automated order picking systems: review of solutions and real case application

Manual order picking is a common process in warehouse operations, where workers are required to physically retrieve items from shelves or storage units and place them on a pallet for shipment. Despite its widespread use, manual order picking is often associated with several challenges, including the risk of work-related injuries, inefficiencies, and errors. These challenges have led to a growing interest in the automation of this process in recent years. The purpose of this thesis is to explore the current solutions available for improving the manual picking process through automation. In this way, it is possible to relieve operators from the manual handling of loads, which may cause musculoskeletal disorders in the long term. For this reason, a comprehensive overview of the state of the art is presented and, based on the literature contributions, an ad-hoc automated system is developed for an Italian company operating in the retail sector. The design process covers data analysis, constraint definition, requirements definition and finally layout design. The integration among the different automated subsystems is tested through a dedicated simulation, which allowed to verify the overall performance of the system. This thesis provides valuable insights for organisations looking to improve their manual picking processes through automation and highlights the benefits and limitations of different automated systems. The developed system demonstrates the feasibility of implementing an automated order picking system in a micro fulfilment center, capable of handling bulky and heavy items, relieving the workload of the operators from this activity.

L’operazione di prelievo manuale degli ordini è un processo comune all’interno di un magazzino, in cui gli operatori si muovono tra gli scaffali, o tra le unità di stoccaggio, per effettuare il prelievo di articoli. Questi dovranno poi essere posizionati su di un pallet che sarà successivamente spedito. Nonostante sia molto diffuso, il prelievo manuale degli ordini presenta diverse criticità, tra cui il rischio di infortuni sul lavoro, inefficienze ed errori. Queste sfide hanno portato negli ultimi anni ad un crescente interesse per l'automazione di questo processo. Lo scopo di questa tesi è quello di esplorare le attuali soluzioni disponibili per migliorare il processo di prelievo manuale mediante l’utilizzo di sistemi automatici. In questo modo è possibile sgravare gli operatori dalla necessità di muovere i carichi manualmente, sottoponendosi al rischio di problemi muscolo scheletrici sul lungo periodo. Per questa ragione è presentata una panoramica completa dello stato dell'arte e, sulla base di quanto presente in letteratura, è stato progettato un sistema automatizzato ad-hoc, sviluppato per un'azienda italiana operante nel settore della GDO. Il processo di progettazione copre l'analisi dei dati, la definizione dei vincoli, la definizione dei requisiti ed infine la progettazione del layout. L'integrazione tra i diversi sistemi automatici è testata attraverso una simulazione dedicata, che ha permesso di verificare le performance del sistema. Questa tesi fornisce preziose informazioni per le organizzazioni che desiderano migliorare i propri processi di prelievo manuale introducendo sistemi automatici e mette in evidenza i vantaggi e i limiti dei diversi sistemi. Il sistema sviluppato dimostra la fattibilità dell'implementazione di un sistema di prelievo automatico in un micro fulfillment center, in grado di movimentare articoli ingombranti e pesanti, sgravando il carico di lavoro degli operatori da questa attività.