A simulation-driven approach to dynamic warehouse layout and space reconfiguration in heavy industry

This thesis tackles warehouse space management within production logistics systems (PLS), focusing on floor-based, safety-constrained facilities typical of heavy industry and metallurgy. A systematic literature review (PRISMA-based) highlights that most simulation and Digital Twin (DT) applications in intralogistics remain flow-centric, focusing on routing, picking, or real-time control whereas layout, space allocation and accessibility are seldom modelled as jointly optimised decisions. To address this gap, the thesis proposes a simulation-driven methodology that (i) defines KPIs explicitly targeted at space use and direct access, (ii) encodes real operational and safety constraints in the model and (iii) embeds these elements in a day-aware, repeatable evaluation loop. The approach is applied to a real steel-plant warehouse, where coils are stored on the floor in pyramidal stacks under strict compatibility rules. A DT is built from plant data (stocks, production, outbound plans, layout) and is verified and validated against warehouse-level indicators to ensure that simulated behaviour matches the actual system. On this validated basis, a deterministic merge/split planner is developed to reconfigure contiguous storage areas day by day, reducing slack while preserving family integrity and front exposure. Experiments over multiple days show that the planned layouts improve space exploitation and spatial orderliness and increase the share of directly accessible families. The results demonstrate that DT-enabled simulation can effectively support space-centric warehouse design in contexts where physical trial-and-error would be risky or impractical.

Questa tesi affronta la gestione dello spazio di magazzino all’interno dei sistemi di logistica di produzione, con particolare attenzione ai magazzini a pavimento, vincolati da regole di sicurezza e tipici dell’industria pesante e metallurgica. Una revisione sistematica della letteratura mostra come la maggior parte delle applicazioni di simulazione e gemello digitale in ambito intralogistico rimanga orientata ai flussi mentre layout, allocazione dello spazio e accessibilità sono raramente trattati come decisioni congiunte. Per colmare questo divario, la tesi propone una metodologia basata sulla simulazione che (i) definisce KPI mirati all’uso dello spazio e all’accesso diretto, (ii) incorpora nel modello vincoli operativi e di sicurezza reali e (iii) integra tali elementi in un ciclo di valutazione giornaliero e ripetibile. L’approccio è applicato a un magazzino reale di uno stabilimento siderurgico, dove bobine di filo sono stoccate a pavimento in pile piramidali soggette a rigorose regole di compatibilità. Un gemello digitale è costruito a partire dai dati di impianto ed è verificato e validato su indicatori di livello magazzino per garantire coerenza tra comportamento simulato e reale. Su questa base viene sviluppato un planner deterministico di merge/split per riconfigurare giorno per giorno le aree di stoccaggio contigue, riducendo gli spazi inutilizzati e preservando integrità delle famiglie ed esposizione frontale. Gli esperimenti mostrano che i layout pianificati migliorano utilizzo dello spazio, ordine spaziale e quota di famiglie direttamente accessibili, dimostrando che la simulazione supportata da DT può sostenere efficacemente la progettazione di magazzini spazio centrici in contesti dove le prove reali sarebbero rischiose o impraticabili.