Multi-Criteria Optimization of Component Placement in an Automated Warehouse
Uložené v:
| Názov: | Multi-Criteria Optimization of Component Placement in an Automated Warehouse |
|---|---|
| Zdroj: | Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making; No. 69(1) (2025); 45-51 Вестник Киевского политехнического института. Серия приборостроение; № 69(1) (2025); 45-51 Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування; № 69(1) (2025); 45-51 |
| Informácie o vydavateľovi: | National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», 2025. |
| Rok vydania: | 2025 |
| Predmety: | metaheuristics, рівень обслуговування (SLA), multi-criteria optimization, генетичні алгоритми, service level (SLA), багатокритеріальна оптимізація, метаевристики, automated warehouse, автоматизований склад, genetic algorithms |
| Popis: | The problem of effectively placing components in an automated warehouse is key to enhancing the productivity of logistical processes and meeting modern requirements for order fulfillment speed in the context of Industry 4.0. Traditional storage approaches—including ABC analysis and single-objective optimization based on the popularity of components—often lead to an uneven distribution of the most demanded items across zones, excessive load on certain areas, and unjustified raising of heavy components to high racks. This reduces the system’s flexibility in the face of demand changes and complicates maintaining the required service level (SLA). The aim of the study was to develop a multi-criteria model for component placement that simultaneously minimizes the access time to items, balances the workload across different warehouse zones, and avoids placing heavy components on high-level racks. The proposed approach is based on taking into account three interrelated criteria—picking time, balance of component popularity among zones, and compliance with weight and dimensional constraints of storage cells—with the possibility of adjusting priorities through weighted coefficients. To verify the model’s adequacy, several validation methods were employed: residual analysis of the fulfillment of structural constraints, sensitivity analysis to changes in weighted coefficients, and comparison of the results with benchmark scenarios. The proposed validation procedure ensures that the solutions meet technical requirements, prevent violations of the storage cells’ load capacity and volume, and guarantee a balanced load across automated zones. The results obtained indicate the feasibility of using multi-criteria optimization as an alternative to traditional storage methods. This approach allows for flexible adaptation of component placement strategies in accordance with business priorities and current production constraints. The proposed model can be integrated into warehouse management information systems (ERP/MES) for automated planning and reconfiguration of item placement, thereby improving the accuracy of order picking, reducing operating costs, and enhancing the overall efficiency of automated warehouses. Проблема ефективного розміщення деталей на автоматизованому складі є ключовою для підвищення продуктивності логістичних процесів і дотримання сучасних вимог до швидкості виконання замовлень у межах індустрії 4.0. Класичні підходи до складування — зокрема ABC‑аналіз і одноцільова оптимізація за критерієм популярності деталей — часто призводять до нерівномірного розподілу найзатребуваніших позицій між зонами, надмірного навантаження окремих ділянок і необґрунтованого підйому важких компонентів на високі яруси. Це знижує гнучкість системи у разі змін попиту та ускладнює підтримку необхідного рівня обслуговування (SLA). Метою дослідження стало створення багатокритеріальної моделі розміщення деталей, що одночасно забезпечує мінімізацію часу доступу до деталей, збалансованість завантаження різних зон складу та уникнення розміщення важких компонентів на високих рівнях стелажів. Запропонований підхід базується на врахуванні трьох взаємопов’язаних критеріїв — час відбору, балансу популярності деталей між зонами та відповідність вагових і габаритних обмежень технічним характеристикам комірок — із можливістю налаштування пріоритетів через вагові коефіцієнти. Для перевірки адекватності моделі використано кілька методів валідації: аналіз залишків виконання структурних обмежень, аналіз чутливості до зміни вагових коефіцієнтів та порівняння результатів із еталонними сценаріями. Запропонована процедура валідації дозволяє переконатися, що рішення відповідають технічним вимогам, уникати порушення вантажопідйомності й об’єму комірок та забезпечувати рівномірне навантаження автоматизованих зон. Отримані результати свідчать про доцільність застосування багатокритеріальної оптимізації як альтернативи традиційним методам складування, що дозволяє гнучко адаптувати стратегії розміщення деталей відповідно до бізнес‑пріоритетів і поточних виробничих обмежень. Запропонована модель може бути інтегрована в інформаційні системи управління складом (ERP/MES) для автоматизованого планування і переналаштування розміщення товарів, що сприятиме підвищенню точності комплектування замовлень, зменшенню експлуатаційних витрат і покращенню загальної ефективності роботи автоматизованих складів. |
| Druh dokumentu: | Article |
| Popis súboru: | application/pdf |
| Jazyk: | Ukrainian |
| ISSN: | 0321-2211 2663-3450 |
| Prístupová URL adresa: | https://visnykpb.kpi.ua/article/view/331853 |
| Rights: | CC BY |
| Prístupové číslo: | edsair.scientific.p..6b0ff52ec5dab6823dedc0729c792d55 |
| Databáza: | OpenAIRE |
Nájsť tento článok vo Web of Science | Abstrakt: | The problem of effectively placing components in an automated warehouse is key to enhancing the productivity of logistical processes and meeting modern requirements for order fulfillment speed in the context of Industry 4.0. Traditional storage approaches—including ABC analysis and single-objective optimization based on the popularity of components—often lead to an uneven distribution of the most demanded items across zones, excessive load on certain areas, and unjustified raising of heavy components to high racks. This reduces the system’s flexibility in the face of demand changes and complicates maintaining the required service level (SLA). The aim of the study was to develop a multi-criteria model for component placement that simultaneously minimizes the access time to items, balances the workload across different warehouse zones, and avoids placing heavy components on high-level racks. The proposed approach is based on taking into account three interrelated criteria—picking time, balance of component popularity among zones, and compliance with weight and dimensional constraints of storage cells—with the possibility of adjusting priorities through weighted coefficients. To verify the model’s adequacy, several validation methods were employed: residual analysis of the fulfillment of structural constraints, sensitivity analysis to changes in weighted coefficients, and comparison of the results with benchmark scenarios. The proposed validation procedure ensures that the solutions meet technical requirements, prevent violations of the storage cells’ load capacity and volume, and guarantee a balanced load across automated zones. The results obtained indicate the feasibility of using multi-criteria optimization as an alternative to traditional storage methods. This approach allows for flexible adaptation of component placement strategies in accordance with business priorities and current production constraints. The proposed model can be integrated into warehouse management information systems (ERP/MES) for automated planning and reconfiguration of item placement, thereby improving the accuracy of order picking, reducing operating costs, and enhancing the overall efficiency of automated warehouses.<br />Проблема ефективного розміщення деталей на автоматизованому складі є ключовою для підвищення продуктивності логістичних процесів і дотримання сучасних вимог до швидкості виконання замовлень у межах індустрії 4.0. Класичні підходи до складування — зокрема ABC‑аналіз і одноцільова оптимізація за критерієм популярності деталей — часто призводять до нерівномірного розподілу найзатребуваніших позицій між зонами, надмірного навантаження окремих ділянок і необґрунтованого підйому важких компонентів на високі яруси. Це знижує гнучкість системи у разі змін попиту та ускладнює підтримку необхідного рівня обслуговування (SLA). Метою дослідження стало створення багатокритеріальної моделі розміщення деталей, що одночасно забезпечує мінімізацію часу доступу до деталей, збалансованість завантаження різних зон складу та уникнення розміщення важких компонентів на високих рівнях стелажів. Запропонований підхід базується на врахуванні трьох взаємопов’язаних критеріїв — час відбору, балансу популярності деталей між зонами та відповідність вагових і габаритних обмежень технічним характеристикам комірок — із можливістю налаштування пріоритетів через вагові коефіцієнти. Для перевірки адекватності моделі використано кілька методів валідації: аналіз залишків виконання структурних обмежень, аналіз чутливості до зміни вагових коефіцієнтів та порівняння результатів із еталонними сценаріями. Запропонована процедура валідації дозволяє переконатися, що рішення відповідають технічним вимогам, уникати порушення вантажопідйомності й об’єму комірок та забезпечувати рівномірне навантаження автоматизованих зон. Отримані результати свідчать про доцільність застосування багатокритеріальної оптимізації як альтернативи традиційним методам складування, що дозволяє гнучко адаптувати стратегії розміщення деталей відповідно до бізнес‑пріоритетів і поточних виробничих обмежень. Запропонована модель може бути інтегрована в інформаційні системи управління складом (ERP/MES) для автоматизованого планування і переналаштування розміщення товарів, що сприятиме підвищенню точності комплектування замовлень, зменшенню експлуатаційних витрат і покращенню загальної ефективності роботи автоматизованих складів. |
|---|---|
| ISSN: | 03212211 26633450 |