Reconfigurability in warehousing: conceptual insights and simulation study of reconfigurable robotized warehousing systems

Growing demand volatility in modern distribution and logistics systems, with e commerce as a prominent example, has pushed warehouses to operate under uncertain conditions, making reconfigurability, which is the ability to alter structure and control quickly and economically, a core design objective. However, the warehousing literature lacks a shared understanding of reconfigurability and mostly benchmarks alternative heuristics under static conditions, without isolating the incremental impact of reconfigurability itself against non-reconfigurable baselines. This thesis first proposes conceptual insights on reconfigurability by mapping reconfiguration levers to warehouse decision areas and then quantifies the operational impact of selected levers in Robotic Mobile Fulfilment Systems (RMFS) via Agent Based Simulation. To isolate the effect of reconfigurability under demand variability, three RMFS configurations with different reconfigurability levels are compared ceteris paribus and varying demand profiles: a fixed baseline (F-RMFS), a physically reconfigurable system with dynamic pod repositioning (D-RMFS), and a hybrid design (H-RMFS) that introduces functional reconfigurability by allowing two sub-systems (pickers-to parts and parts-to-pickers) to coexist, enabling pickers and robots to switch their function within the order fulfilment system. Results show that D-RMFS, thanks to the pod-repositioning lever, outperforms the F-RMFS in most scenarios, yet it suffers a productivity decline for high line-count orders, revealing a limitation under such workloads. H-RMFS resolves this limitation: it overtakes D-RMFS for medium to large orders, delivering higher throughput, lower per-line cycle times, and shorter travel distances. Moreover, H-RMFS offers enhanced scalability: whereas other systems can only increase capacity by adding robots (an ineffective strategy once pickers become the bottleneck), the possibility to add one to two floor pickers in H-RMFS raises productivity by roughly 15-45% without infrastructure changes, while maintaining balanced resource saturation near the maximum operating load. Conceptually, the work clarifies vocabulary and lever classification for reconfigurable warehousing; managerially, it shows how reconfiguration levers can enhance performance and resilience in RMFS operating under volatile demand conditions, without structural redesign.

La crescente volatilità della domanda nei moderni sistemi distributivi e logistici, di cui l’e-commerce rappresenta un esempio di rilievo, ha trasformato i magazzini in nodi operativi che lavorano in condizioni di forte incertezza; in questo scenario la riconfigurabilità, ovvero la capacità di modificare rapidamente ed economicamente struttura e logiche di controllo, diventa un obiettivo di progettazione centrale. La letteratura, però, non offre ancora una definizione condivisa di tale proprietà e valuta spesso le soluzioni in condizioni statiche, senza isolare l’effetto specifico della riconfigurabilità. Il presente studio interviene su entrambi i fronti: sul piano concettuale propone una mappatura delle leve di riconfigurabilità applicata alle principali aree decisionali di magazzino; sul piano empirico quantifica l’impatto operativo di alcune di queste leve nei Robotic Mobile Fulfilment Systems (RMFS) tramite simulazione ad agenti. Per isolare l’effetto della riconfigurabilità al variare della domanda, si confrontano tre configurazioni di RMFS con diversi livelli di riconfigurabilità ceteris paribus e sotto profili di domanda differenti: una configurazione base fissa (F-RMFS), un assetto fisicamente riconfigurabile caratterizzato da riposizionamento dinamico dei pod (D RMFS) ed una configurazione ibrida (H-RMFS), che introduce riconfigurabilità funzionale facendo coesistere i flussi “merce all’operatore” ed “operatore alla merce” e permettendo a robot ed operatori umani di spostarsi dinamicamente da un flusso all’altro. I risultati mostrano che il D-RMFS, grazie alla leva di riposizionamento dei pod, supera la configurazione base nella maggior parte degli scenari, ma subisce un calo di produttività sugli ordini con molte righe. L’assetto ibrido supera tale limite: prevale sul D-RMFS per ordini medio-grandi, garantendo produttività superiore, tempi di evasione ordine inferiori e minori distanze percorse. Inoltre, la configurazione ibrida è caratterizzata da un’intrinseca scalabilità: mentre in altri sistemi è possibile aumentare la capacità solo aggiungendo robot (strategia inefficace quando il collo di bottiglia sono le persone), la possibilità di aggiungere da uno a due operatori nell’H RMFS aumenta la produttività di circa il 15-45%, senza modifiche infrastrutturali. Concettualmente, il lavoro chiarisce terminologia e classificazione delle leve di riconfigurabilità nei magazzini logistici; dal punto di vista manageriale mostra come tali leve possano migliorare prestazioni e resilienza dei sistemi RMFS che operano in condizioni di domanda volatile, senza ricorrere ad interventi strutturali.