Introduction of an AutoStore system in a grocery dark store : an analytical model for performance estimation

E-grocery sector has grown exponentially in recent times, driven also by new customer needs resulting from the pandemic. Raised service level expectations on consumer side, combined with the complexity associated to order features, pose a multitude of challenges for players in the market. In this perspective, logistics plays a pivotal role for economic sustainability of business models. Specifically, automation of logistics processes represents a strategic lever to streamline operations and enhance performances. This study addresses picking automation in a grocery dark store. In particular, the research objective is to evaluate the introduction of a Robotic Compact Storage and Retrieval System (RCS/RS) in terms of impact on layout, management policies, and performances of the facility, as well as of investment profitability. To this end, an investigation of the characteristics of the automated system application context, together with market research to identify an existing solution, is the first step of the study. Based on that, an analytical model is developed as a combination of travel time closed-form expressions and queueing theory formulas. The choice derives from the need to capture the complex dynamics underlying the automated system, accentuated by orders featured with a high number of lines. The application of the RCS/RS is evaluated against a fully manual system for five configurations characterised by a different degree of automation in terms of product range and volumes handled. Furthermore, as the modelling of the automated system represents the most delicate part of the research, a sensitivity analysis on specific parameters is conducted to verify the robustness of defined relations. As an outcome, the implementation of an RCS/RS can lead to a saving in the time needed to prepare an order by up to 18.75%, allowing a reduction in the facility size with a positive return on the investment. The proposed model represents the first work to quantitatively assess automation in the e-grocery sector and can be exploited by interested practitioners as a decision tool to identify specific areas of convenience for the introduction of an RCS/RS in a grocery dark store.

Il settore dell’e-grocery è cresciuto esponenzialmente nell’ultimo periodo, spinto anche dalle nuove esigenze dei clienti derivanti dalla pandemia. L’aumento del livello di servizio atteso da parte dei consumatori, combinato con la complessità associata alle caratteristiche degli ordini, pone numerose sfide alle aziende nel mercato. In questa prospettiva, la logistica gioca un ruolo fondamentale per la sostenibilità economica dei modelli di business. In particolare, l’automazione dei processi logistici rappresenta una leva strategica per aumentare l’efficienza e migliorare le performance. Questa ricerca esamina l’automazione del processo di picking in un grocery dark store. In particolare, l’obiettivo del lavoro è quello di valutare l’introduzione di un Robotic Compact Storage and Retrieval System (RCS/RS) in termini di impatto su configurazione, politiche di gestione e performance della struttura, nonché di profittabilità dell’investimento. A tal fine, un’indagine delle caratteristiche del contesto di applicazione del sistema automatizzato, unitamente ad una ricerca di mercato per identificare una soluzione esistente, è il primo passo dello studio. A partire da ciò, viene sviluppato un modello analitico basato sulla combinazione di travel time models e formule della teoria delle code. La scelta deriva dalla necessità di rappresentare le complesse dinamiche che caratterizzano il sistema automatizzato, accentuate da ordini composti da un elevato numero di linee. L’applicazione del RCS/RS viene valutata rispetto a un sistema completamente manuale per cinque configurazioni caratterizzate da un diverso grado di automazione in termini di assortimento di prodotti e volumi gestiti. Inoltre, poiché la modellazione del sistema automatizzato rappresenta la parte più delicata della ricerca, viene condotta un’analisi di sensitività su parametri specifici per verificare la robustezza delle relazioni definite. Come risultato, l’implementazione di un RCS/RS può portare ad un risparmio sul tempo necessario per preparare un ordine fino al 18.75%, permettendo una riduzione delle dimensioni della struttura ed un ritorno positivo sull’investimento. Il modello proposto rappresenta il primo lavoro che valuti quantitativamente l'automazione nel settore dell’e-grocery e può essere sfruttato dagli interessati come strumento di supporto decisionale per identificare specifiche aree di convenienza dell’introduzione di un RCS/RS in un dark store.