Warehouse & Distribution Science

[Pages:323]WAREHOUSE & DISTRIBUTION SCIENCE Release 0.97

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John J. BARTHOLDI, III 1 Steven T. HACKMAN

The Supply Chain & Logistics Institute H. Milton Stewart School of Industrial and Systems Engineering

Georgia Institute of Technology Atlanta, GA 30332-0205 USA

Revised August 21, 2016

1Copyright c 1998?2016 John J. BARTHOLDI, III and Steven T. HACKMAN. All rights reserved. This material may be freely copied for educational purposes -- but not for resale -- as long as the authors' names and the copyright notice appear clearly on the copies. Corresponding author: john.bartholdi@gatech.edu

2

Contents

Preface

i

0.1 Why this book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i

0.2 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

0.3 Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

0.4 But first. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

I Issues, equipment, processes

1

1 Warehouse rationale

5

1.1 Why have a warehouse? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2 Types of warehouses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Material flow

11

2.1 The fluid model of product flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Units of handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.3 Two fundamental resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.4 Storage: "Dedicated" versus "Shared" . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.5 The warehouse as a queuing system . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.6 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 Warehouse operations

23

3.1 Receiving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2 Put-away . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.3 Order-picking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3.1 Sharing the work of order-picking . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4 Checking and packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.5 Shipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.7 More . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.8 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3

4

CONTENTS

4 Warehouse management systems

33

4.1 Receiving and shipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.2 Stock locator system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.3 Menu of features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.4 The market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.5 Supply Chain Execution Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.6.1 More . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5 Storage and handling equipment

37

5.1 Storage equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.1.1 Pallet storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.1.2 Bin-shelving or static rack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.1.3 Gravity flow rack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.2 Conveyors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.2.1 Sortation equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.4 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

II Layout

47

6 Layout of a unit-load area

51

6.1 Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.1 Rack or stack? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.2 Lane depth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

6.2 Labor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2.1 Reducing labor by dual-cycle operations . . . . . . . . . . . . 60

6.2.2 Reducing labor by careful product placement . . . . . . . . . 63

6.2.3 Location of receiving and shipping . . . . . . . . . . . . . . . 65

6.2.4 Aisle configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

6.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.4 More . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

7 Layout of a carton-pick-from-pallet area

77

7.1 Layout for a forward area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

7.1.1 Operating protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7.1.2 Quantities to store forward . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

7.1.3 Choosing skus for the forward-pick area . . . . . . . . . . . . 81

7.1.4 Allocating space by auction . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7.2 Redirecting uneconomical picks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

7.4 More . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

7.4.1 Pallet presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

CONTENTS

5

7.4.2 Congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 7.4.3 Pallet-building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 7.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

8 Layout of a piece-pick-from-carton area

97

8.1 What is a fast-pick area? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

8.2 Estimating restocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

8.3 How much of each sku to store in the fast-pick area? . . . . . . . . . 100

8.3.1 Minimizing labor to maintain a forward pick area . . . . . . . 101

8.3.2 Two commonly-used storage strategies . . . . . . . . . . . . 104

8.3.3 Comparison with optimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.3.4 Differing costs per restock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

8.3.5 Minimum and maximum allocations . . . . . . . . . . . . . . 108

8.3.6 Reorder points and safety stock . . . . . . . . . . . . . . . . 108

8.4 Which skus go into the fast-pick area? . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

8.4.1 Selecting skus to minimize labor . . . . . . . . . . . . . . . . 111

8.4.2 Stocking to equalize space or restocking frequencies . . . . . 113

8.4.3 Further comments on the model . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.5 Additional issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

8.5.1 Storage by family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

8.5.2 Accounting for safety stock . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

8.5.3 Limits on capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

8.5.4 Accounting for on-hand inventory levels . . . . . . . . . . . . 117

8.5.5 Setup costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

8.5.6 Redirecting uneconomical picks . . . . . . . . . . . . . . . . 118

8.5.7 Multiple fast-pick areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

8.6 Limitations of the fluid model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

8.7 Size of the fast-pick area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

8.7.1 How large should the fast-pick area be? . . . . . . . . . . . . 121

8.7.2 How can the fast-pick area be made larger? . . . . . . . . . . 123

8.8 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

8.10 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

9 Detailed slotting

137

9.1 Case orientation and stack level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

9.2 Packing algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

9.2.1 Next Fit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

9.2.2 First Fit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

9.2.3 More on packing algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

9.3 Other issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

9.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

6

CONTENTS

III Order-picking

149

10 Routing to reduce travel

153

10.1 The problem of pick-path optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

10.2 Heuristic methods of generating short pick paths . . . . . . . . . . . . 154

10.2.1 Path outlines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

10.2.2 Product placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

10.3 Pick-path optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

10.3.1 How to take advantage of optimization . . . . . . . . . . . . 165

10.3.2 How much is optimization worth? . . . . . . . . . . . . . . . 165

10.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

10.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

11 Work flow and balance

171

11.1 Organizing a team of order-pickers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

11.1.1 A model of work and workers . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

11.1.2 Improvements that are not . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

11.1.3 Some advantages of bucket brigades . . . . . . . . . . . . . . 179

11.2 Bucket brigades in the warehouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

11.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

11.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

IV Automation

187

12 Carousels, A-frames, and AS/RS

191

12.1 Carousels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

12.1.1 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

12.1.2 Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

12.1.3 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

12.2 A-frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

12.3 In-aisle cranes, AS/RS, and their relatives . . . . . . . . . . . . . . . 200

12.3.1 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

12.4 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

12.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

V Special topics

211

13 Crossdocking

215

13.1 Why crossdock? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

13.2 Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

13.3 Freight flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

13.3.1 Congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

13.4 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

13.4.1 Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

CONTENTS

7

13.4.2 Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 13.5 Trailer management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 13.6 Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 13.7 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

VI Measuring warehouse performance

225

14 Activity profiling

229

14.1 Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

14.2 Warehouse activity profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

14.2.1 ABC analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

14.2.2 Statistical analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

14.2.3 Doing it . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

14.2.4 Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

14.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

14.4 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

14.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

15 Benchmarking

251

15.1 Performance measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

15.2 Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

15.2.1 Ratio-based benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

15.2.2 Aggregate benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

15.3 Are smaller warehouses more efficient? . . . . . . . . . . . . . . . . 260

15.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

VII Miscellaneous

263

16 Warehousing around the world

267

16.1 North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

16.2 East Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

16.2.1 India . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

16.2.2 China . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

16.2.3 Singapore, Hong Kong, Japan . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

16.3 Central and South America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

16.4 Europe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

17 In preparation

275

VIII Appendices

281

A The Economic Order Quantity

283

A.1 The Economic Order Quantity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

A.2 Safety stock and reorder points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

8

CONTENTS

A.3 Implications for the warehouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

B The Knapsack Problem

289

C The Shortest Path Problem

293

 ................
................

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