Analysis and design of an automated storage system for pallets and totes

This thesis investigates the design of an automated warehouse combining pallet‑based storage with a high‑performance tote system. Developed in collaboration with Jungheinrich, it examines how automation, data analysis, and logistics engineering come together to create an intralogistics solution capable of supporting modern distribution needs. The work begins with an overview of warehouse functions and of the transition from traditional manual storage to automated systems. Several technologies are compared—such as stacker cranes, shuttle systems, miniloads, and emerging robot‑based solutions—to highlight their advantages, limitations, and typical application scenarios. Storage configurations and inventory‑management principles are introduced to provide the analytical basis for evaluating warehouse performance. A real industrial case is then analysed: the design of a new automated warehouse for a company in the building‑hardware sector. A large dataset of products and order lines was examined to understand item characteristics, packaging structure, storage requirements, and picking behaviour. The analysis showed that most items can be handled efficiently in standardized totes, making a miniload system highly suitable for the costumer’s assortment. The performance study revealed that a pallet‑only automated warehouse would not provide sufficient throughput or operational robustness. For this reason, the thesis develops a hybrid solution in which a miniload system manages the majority of the order lines, while the pallet AS/RS handles only the heavier or more voluminous items. This division of roles ensures high productivity, stable handling flows, and efficient use of storage volume. The final layout brings together a high‑bay pallet warehouse, a compact miniload system, and an integrated handling network composed of conveyors, rail‑guided vehicles, mezzanine structures, and mixed picking stations. Safety requirements, system scalability, and quality‑control loops are included to guarantee reliable long‑term operation. Among the possible configurations, the study identifies a solution that offers a balanced compromise between performance, simplicity, and investment level, while also enabling future expansion. The thesis concludes that the hybrid architecture, where the miniload acts as the main picking engine and the pallet warehouse supports the heavier product families, provides the most efficient and future‑oriented response to the customer’s operational needs.

Questa tesi analizza la progettazione di un magazzino automatico che combina uno stoccaggio pallet based con un sistema ad alte prestazioni dedicato ai contenitori. Sviluppato in collaborazione con Jungheinrich, il lavoro esamina come automazione, analisi dei dati ed engineering logistico convergano nella realizzazione di una soluzione intralogistica moderna ed efficiente. La ricerca si apre con una panoramica sulle funzioni del magazzino e sull’evoluzione dai sistemi tradizionali manuali alle tecnologie automatizzate. Diversi sistemi, tra cui stacker crane, shuttle, miniload e soluzioni robotiche emergenti, vengono confrontati per evidenziarne vantaggi, limiti e ambiti applicativi. Principi di classificazione degli articoli e configurazioni di stoccaggio forniscono la base analitica per la valutazione delle prestazioni. Segue un caso industriale reale: la progettazione di un nuovo magazzino automatizzato per un’azienda produttrice di ferramenta per serramenti. L’analisi di un ampio dataset ha permesso di comprendere dimensioni, imballi, esigenze di stoccaggio e comportamenti di picking dei diversi articoli. I risultati mostrano che la maggior parte dei prodotti può essere gestita in contenitori standardizzati, rendendo il miniload una tecnologia particolarmente adatta. Lo studio prestazionale evidenzia che un magazzino automatico solo pallet non garantirebbe la capacità operativa necessaria né sufficiente robustezza nelle ore di picco. Per questo motivo viene sviluppata una soluzione ibrida, in cui il miniload gestisce la quota principale delle righe d’ordine, mentre l’AS/RS pallet è riservato agli articoli più pesanti o voluminosi. Questa divisione dei ruoli permette maggiore produttività, flussi più stabili e un uso più efficiente dei volumi di stoccaggio. Il layout finale integra un magazzino pallet, un sistema miniload compatto, un sistema di handling e postazioni di picking miste. Requisiti di sicurezza, scalabilità e controlli di qualità sono inclusi per garantire un funzionamento affidabile nel lungo periodo. Tra le alternative analizzate, l’architettura ibrida, con il miniload come motore principale del picking e l’AS/RS pallet dedicato ai prodotti più impegnativi, è la soluzione più efficiente e orientata al futuro per soddisfare le esigenze operative del cliente.