Centralized or decentralized system? Analyzing intelligent order picking warehouses with autonomous mobile robots

The advent of Industry 4.0 has obliged humans to collaborate with robots to improve safety and avoid alienating tasks. In logistics, human-machine interaction (HMI) is a way to answer to the low workforce availability in the industry, while improving the flexibility of automatized systems. On top of that, decentralized control and zoning policies enhance flexibility, creating synergies with an HMI-supported system, and limiting performance drawbacks. Therefore, in distribution center logistics, the mentioned characteristics are integrated into a single-picking, picker-to-parts system. The objective of this work is to study the performances of a dynamic-changing fixed order size zoning policy in an HMI-supported system and compare them with three controls: centralized task-assignment, decentralized task-assignment, and decentralized task-assignment and rerouting. Further, this thesis answers the relationship between the three cases and system size factors – i.e. number of AMR and arrival rate. After developing a simulation model for each case, it is shown the performances of the picker, AMR, picking orders, and replenishments. To reply to the second research question, the three cases are tested through a sensitivity analysis. Results indicate that with the system size growth, centralized control is the best, as stated in the literature. However, for small systems, the orders are completed relatively quicker in decentralized control.

L'avvento dell'Industria 4.0 ha obbligato gli esseri umani a collaborare con i robot per migliorare la sicurezza ed evitare compiti alienanti. Nella logistica, l'interazione uomo-macchina (HMI) è un modo per rispondere alla scarsa disponibilità di forza lavoro nel settore, migliorando al contempo la flessibilità nei sistemi automatizzati. Inoltre, il controllo decentralizzato e le politiche di suddivisione in zone aumentano la flessibilità, creando sinergie con un sistema in ottica HMI e limitando il contro di prestazioni non all’altezza. Pertanto, nella logistica dei centri di distribuzione, le caratteristiche menzionate sono integrate in un sistema a prelievo singolo, picker-to-parts. L'obiettivo di questo lavoro è studiare le prestazioni di una politica di suddivisione in zone con dimensioni d'ordine fisse a variazione dinamica in un sistema supportato da HMI e confrontarle con tre controlli: assegnazione centralizzata dei compiti, assegnazione decentralizzata dei compiti e assegnazione decentralizzata dei compiti e reinstradamento. Inoltre, questa tesi risponde alla relazione tra i tre casi e i fattori di dimensione del sistema – i.e. il numero di AMR e il tasso di arrivo. Dopo aver sviluppato un modello di simulazione per ciascun caso, vengono mostrate le prestazioni del picker, dell’AMR, degli ordini di prelievo e dei rifornimenti. Per rispondere alla seconda domanda di ricerca, i tre casi sono stati testati attraverso un'analisi di sensibilità. I risultati indicano che con l'aumentare delle dimensioni del sistema, il controllo centralizzato è il migliore, come indicato in letteratura. Tuttavia, per i sistemi di piccole dimensioni, gli ordini vengono completati in tempi relativamente più brevi con il controllo decentralizzato.