Order picking optimisation on a unidirectional cyclical picking line
Date
2020-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH SUMMARY : The order picking system in a company's distribution centre is the biggest contributor to the operational cost within the DC. Optimisation should thus aim at running this activity as effciently as possible. The order picking process consists of three main activities, namely walking to the stock, picking stock in fullment of a customer order and handling the picked stock for further processing. While the total amount of work for the picking and handling activities remain constant, the minimisation of walking distance becomes the main objective when minimising the total picking effort. The minimisation of walking distance can be translated into
a reduced overall picking time which can lead to a decrease in the total cost of operating the
picking system.
The main objective of this dissertation is to optimise the order picking system on a unidirectional
cyclical picking line. Order batching is introduced to the picking system, since it is an effective
methodology that minimises walking distance in operations research literature. Order batching
has been introduced to the standard single block parallel-aisle warehouse layout, but not to the
specic layout of a unidirectional cyclical picking line. Additionally, the unidirectional cyclical
picking line can offer two conguration options that change the physical set up and thereby
inffuence the way in which pickers walk during the order picking process.
Order batching is introduced to the unidirectional cyclical picking line through picking location
based order-to-route closeness metrics. These metrics are further extended by taking the
characteristics of the layout into account. The distribution centre of a prominent South African
retailer provides real life test instances. Introducing the layout specic stops non-identical spans
metric in combination with the greedy smallest entry heuristic results in a reduction of 48:3%
in walking distance.
Order batching increases the pick density which may lead to higher levels in picker congestion.
In a discrete event simulation, the reduction of the overall picking time through a decrease in
walking distance is thus conrmed. On tested sample picking waves, the overall picking time
can be reduced by up to 21% per wave. A good number of pickers in the picking system is
dependent on the pick density. The pick density, amongst other explanatory variables, can also
be used to predict the reduction in picking time.
The effects of different structural options of the unidirectional cyclical picking line, namely
the U- and Z-conguration, are investigated. This results in four decision tiers that have to
be addressed while optimising the order picking system. The rst decision tier assigns stock to
picking lines, the second arranges stock around a picking line, the third chooses the conguration
and the last sequences the orders to be picked. Order batching is added as an additional layer.
An increase in pick density benets the reduction of walking distance throughout the decision
tiers and supports the choice of the U-conguration after evaluating different test instances. The
total completion time of a picking wave can thus be reduced by up to 28% when compared to
benchmark instances. The dissertation is concluded by suggesting further research directions.
AFRIKAANSE OPSOMMING : Die opmaak van bestellings op 'n uitsoeklyn in 'n onderneming se distribusiesentrum is die grootste bydraer tot die bedryfskoste van 'n distribusiesentrum. Dit is dus belangrik om hierdie aktiwiteit so doeltreffend moontlik te maak. Die proses om bestellings op te maak bestaan uit drie hoofaktiwiteite, naamlik stap na die voorraad, uitsoek (kies en bymekaarsit) van die voorraad vir 'n bestelling en die pak van die gekose voorraad in kartonne vir verdere verwerking en verspreiding. Omdat die totale hoeveelheid werk vir die uitsoek- en hanteringsaktiwiteite konstant bly, word die vermindering van loopafstand die hoofdoelwit om die totale koste van hierdie proses te minimeer. Die minimering van loopafstand lei tot 'n vermindering in totale tyd om bestellings op te maak, wat op sy beurt weer lei tot 'n afname in die totale koste van die stelsel om bestellings op te maak. Die hoofdoel van hierdie proefskrif is om die stelsel vir die uitsoek van bestellings op 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn te optimeer. Metodes vir die samevoeging of groepering (Eng.: batching) van bestellings (om gelyktydig opgemaak te word) word ontwikkel vir hierdie uitsoekstelsel aangesien operasionelenavorsingsliteratuur aantoon dat groepering van bestellings 'n effektiewe metode is om loopafstand te verminder. Groepering van bestellings is reeds gedoen vir die standaard blokuitleg van distribusiesentra, maar nie vir hierdie spesieke uitleg van 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn nie. Daarbenewens het die eenrigting sikliese uitsoeklyn twee kongurasie-opsies wat die siese opstelling verander en sodoende die manier beinvloed waarop werkers tydens die uitsoekproses loop. Die groepering van bestellings word ontwikkel vir 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn deur middel van 'n plek-gebaseerde maatstaf wat die nabyheid van bestellings se roetes meet. Hierdie maatstaf word verder uitgebrei deur die eienskappe van die uitleg in ag te neem. Regte voorbeelde van die probleem uit 'n distribusiesentrum van 'n prominente Suid-Afrikaanse kleinhandelaar word gebruik vir toetsing. Die ontwikkeling en implementering van 'n uitlegspesieke stop-nie identiese-strek-maatstaf in kombinasie met die gulsige kleinste-invoegingsheuristiek lei tot 'n vermindering van 48:3% in stapafstand. Die groepering van bestellings verhoog die digtheid van plekke waar werkers stop vir voorraad, wat kan lei tot ho er vlakke van kongestie vir werkers. 'n Diskrete-gebeurtenis-simulasie bevestig dat 'n afname in loopafstand ook 'n vermindering van die totale voltooiingstyd tot gevolg het. Met behulp van werklike historiese data kon die totale tyd vir die uitsoek van bestellings met tot 21% per golf verminder word. 'n Goeie aantal werkers in die uitsoekstelsel is afhanklik van die uitsoekdigtheid. Die uitsoekdigtheid en andere verklarende veranderlikes, kan ook gebruik word om die vermindering in totale tyd om bestellings op te maak, te voorspel. Die invloed van verskillende strukturele opsies van die eenrigting sikliese uitsoeklyn, naamlik die U- en Z-kongurasie, word ook ondersoek. Dit het tot gevolg dat vier besluitnemingsvlakke aangespreek moet word om die uitsoekstelsel te optimeer. Die eerste besluitnemingsvlak ken voorraad aan die uitsoeklyne toe, die tweede rangskik voorraad binne die uitsoeklyn, die derde kies die kongurasie van die lyn en die laaste kies die volgorde waarin die bestellings uitgesoek word. Groepering van bestellings word bygevoeg as 'n addisionele vlak. 'n Toename in werksdigtheid bevoordeel die vermindering van loopafstand deur die besluitvlakke en bevoordeel die U-kongurasie na evaluering van verskillende toetsdata. Die totale voltooiingstyd van 'n uitsoekgolf kan dus verminder word met tot 28% in vergelyking met eweknie voorbeelde. Die studie word afgesluit deur verdere navorsingsmoontlikhede voor te stel.
AFRIKAANSE OPSOMMING : Die opmaak van bestellings op 'n uitsoeklyn in 'n onderneming se distribusiesentrum is die grootste bydraer tot die bedryfskoste van 'n distribusiesentrum. Dit is dus belangrik om hierdie aktiwiteit so doeltreffend moontlik te maak. Die proses om bestellings op te maak bestaan uit drie hoofaktiwiteite, naamlik stap na die voorraad, uitsoek (kies en bymekaarsit) van die voorraad vir 'n bestelling en die pak van die gekose voorraad in kartonne vir verdere verwerking en verspreiding. Omdat die totale hoeveelheid werk vir die uitsoek- en hanteringsaktiwiteite konstant bly, word die vermindering van loopafstand die hoofdoelwit om die totale koste van hierdie proses te minimeer. Die minimering van loopafstand lei tot 'n vermindering in totale tyd om bestellings op te maak, wat op sy beurt weer lei tot 'n afname in die totale koste van die stelsel om bestellings op te maak. Die hoofdoel van hierdie proefskrif is om die stelsel vir die uitsoek van bestellings op 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn te optimeer. Metodes vir die samevoeging of groepering (Eng.: batching) van bestellings (om gelyktydig opgemaak te word) word ontwikkel vir hierdie uitsoekstelsel aangesien operasionelenavorsingsliteratuur aantoon dat groepering van bestellings 'n effektiewe metode is om loopafstand te verminder. Groepering van bestellings is reeds gedoen vir die standaard blokuitleg van distribusiesentra, maar nie vir hierdie spesieke uitleg van 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn nie. Daarbenewens het die eenrigting sikliese uitsoeklyn twee kongurasie-opsies wat die siese opstelling verander en sodoende die manier beinvloed waarop werkers tydens die uitsoekproses loop. Die groepering van bestellings word ontwikkel vir 'n eenrigting sikliese uitsoeklyn deur middel van 'n plek-gebaseerde maatstaf wat die nabyheid van bestellings se roetes meet. Hierdie maatstaf word verder uitgebrei deur die eienskappe van die uitleg in ag te neem. Regte voorbeelde van die probleem uit 'n distribusiesentrum van 'n prominente Suid-Afrikaanse kleinhandelaar word gebruik vir toetsing. Die ontwikkeling en implementering van 'n uitlegspesieke stop-nie identiese-strek-maatstaf in kombinasie met die gulsige kleinste-invoegingsheuristiek lei tot 'n vermindering van 48:3% in stapafstand. Die groepering van bestellings verhoog die digtheid van plekke waar werkers stop vir voorraad, wat kan lei tot ho er vlakke van kongestie vir werkers. 'n Diskrete-gebeurtenis-simulasie bevestig dat 'n afname in loopafstand ook 'n vermindering van die totale voltooiingstyd tot gevolg het. Met behulp van werklike historiese data kon die totale tyd vir die uitsoek van bestellings met tot 21% per golf verminder word. 'n Goeie aantal werkers in die uitsoekstelsel is afhanklik van die uitsoekdigtheid. Die uitsoekdigtheid en andere verklarende veranderlikes, kan ook gebruik word om die vermindering in totale tyd om bestellings op te maak, te voorspel. Die invloed van verskillende strukturele opsies van die eenrigting sikliese uitsoeklyn, naamlik die U- en Z-kongurasie, word ook ondersoek. Dit het tot gevolg dat vier besluitnemingsvlakke aangespreek moet word om die uitsoekstelsel te optimeer. Die eerste besluitnemingsvlak ken voorraad aan die uitsoeklyne toe, die tweede rangskik voorraad binne die uitsoeklyn, die derde kies die kongurasie van die lyn en die laaste kies die volgorde waarin die bestellings uitgesoek word. Groepering van bestellings word bygevoeg as 'n addisionele vlak. 'n Toename in werksdigtheid bevoordeel die vermindering van loopafstand deur die besluitvlakke en bevoordeel die U-kongurasie na evaluering van verskillende toetsdata. Die totale voltooiingstyd van 'n uitsoekgolf kan dus verminder word met tot 28% in vergelyking met eweknie voorbeelde. Die studie word afgesluit deur verdere navorsingsmoontlikhede voor te stel.
Description
Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2020.
Keywords
Order picking systems -- Cost of operation, Order batching, Unidirectional carousel, UCTD