Mixed Integer Linear Programming Model for Warehouse Shelf Assignment Problem Involving Ergonomic Risks: A Case Study

Abstract

In this study, warehouse shelf assignment problem in a company that produces bread ovens and bakery equipment was taken into account. With the analysis of the current system, it has been observed that manual work in the warehouse contains ergonomic risks due to intense lifting/lowering and carrying of loads. In order to solve the problem, Analytical Hierarchy Process (AHP) and multi-criteria ABC analysis methods were used for product classification. Then, a mixed integer linear programming model was developed that assigns different types of products to different capacity shelves in the warehouse. The primary objective is to minimize worker costs, while the secondary one is to minimize the metabolic rate of the worker that eventually reduce the ergonomic stress. In addition to the cost minimization objective, these formulas were integrated into the mathematical model. With the proposed model, the metabolic rate and thus the ergonomic risk on the worker can be reduced, while productivity can be increased. Additionally, a software was developed and presented in the study, in which the products to be assigned to the shelves can be determined and a warehouse can be designed with the parameter interfaces using the developed mathematical model.

Keywords

• Mixed Integer Linear Programming
• Shelf Assignment
• Metabolic Rate
• Warehouse Management

ERGONOMİK RİSKLER İÇEREN DEPO RAF ATAMA PROBLEMİ İÇİN KARIŞIK TAMSAYILI DOĞRUSAL PROGRAMLAMA MODELİ: BİR UYGULAMA

Abstract

Bu çalışmada, ekmek fırınları ve fırın ekipmanları üreten bir firmada depo raf atama problemi ele alınmıştır. Mevcut sistemin analizi sonucunda, malzeme ambarındaki işlemlerin yoğun yük kaldırma/indirme ve taşıma işlerinden dolayı ergonomik riskler içerdiği gözlenmiştir. Problemin çözümü için, öncelikle bileşen sınıflandırması amacıyla Analitik Hiyerarşi Süreci (AHS) ve çok kriterli ABC analizi yöntemleri kullanılmıştır. Daha sonra depodaki farklı kapasiteli raflara farklı tiplerdeki bileşenleri atayan bir iki amaçlı karışık tamsayılı doğrusal programlama modeli geliştirilmiştir. Öncelikli amaç işçilik maliyetini, ikincil amaç ise çalışanın üzerindeki ergonomik yükü azaltacak şekilde metabolik hızını enküçüklemektedir. Çalışanın sorumlu olduğu temel malzeme talebi karşılama çevrimi dört iş öğesine bölünmüş ve bunların enerji maliyeti literatürdeki mevcut denklemler kullanılarak tanımlanmıştır. Bu denklemler, maliyet enküçüklemesi amacına ek olarak matematiksel modele eklenmiştir. Önerilen modelin çözümlenmesi sonucunda çalışanın metabolik hızı ve dolayısıyla üzerindeki ergonomik riski azaltılabilirken, aynı anda çalışan verimliliğinin de artırılabileceği gösterilmiştir. Ayrıca, geliştirilen matematiksel modeli kullanarak parametre ara yüzleri ile raflara atanacak bileşenlerin belirlenebileceği ve bir depo tasarımının yapılabileceği bir yazılım geliştirilmiş ve çalışma kapsamında sunulmuştur.

Keywords

• Karışık Tamsayılı Doğrusal Programlama
• Raf Ataması
• Metabolik Hız
• Depo Yönetimi

References

1. 1. Akyol, B. (2011) Çok Kriterli ABC Stok Sınıflandırma Problemi İçin Yeni Bir Yaklaşım, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
2. 2. Battini, D., Persona, A. ve Sgarbossa, F. (2014) Innovative real-time system to integrate ergonomic evaluations into warehouse design and management, Computers & Industrial Engineering, 77, 1-10. https://doi.org/10.1016/j.cie.2014.08.018
3. 3. Beğik, M., Hamurcu, M. ve Eren T. (2017) Stok kontrolde ABC analizi ve Analitik Ağ Süreci yönteminin ısı cihazları firmasında uygulanması, Kırıkkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 7(1), 197-216.
4. 4. Bortolini, M., Faccio, M., Gamberi, M. ve Pilati, F. (2017) Multi-objective assembly line balancing considering component picking and ergonomic risk. Computers and Industrial Engineering, 112, 348- 367. https://doi.org/10.1016/j.cie.2017.08.029
5. 5. Botti, L., Mora, C. ve Regattieri, A. (2017) Integrating ergonomics and lean manufacturing principles in a hybrid assembly line, Computers and Industrial Engineering, 111, 481-491. https://doi.org/10.1016/j.cie.2017.05.011
6. 6. Calzavara, M., Glock, C.H., Grosse, E.H., Persona, A. ve Sgarbossa, F. (2016). Models for an ergonomic evaluation of order picking from different rack layouts. IFAC-PapersOnLine, 49(12), 1715-1720. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.07.829
7. 7. Calzavara, M., Glock, C.H., Grosse, E.H., Persona, A. ve Sgarbossa, F. (2017) Analysis of economic and ergonomic performance measures of different rack layouts in an order picking warehouse, Computers and Industrial Engineering, 111, 527-536. https://doi.org/10.1016/j.cie.2016.07.001
8. 8. Çolak, M., Keskin, G.A., Günel, G. ve Akkaya, D. (2016) Bir cam işletmesinde kimyasal hammadde deposunun etkin yerleşimi için bir model önerisi, Beykent Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(2), 55-76.

9. 9. Dağdeviren, M. ve Eren. T. (2001) Tedarikçi firma seçiminde Analitik Hiyerarşi Prosesi ve 0-1 Hedef Programlama yöntemlerinin kullanılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 16(1), 41-52.
10. 10. Demir, M.H. ve Gümüşoğlu, Ş. (2009) Üretim Yönetimi (İşlemler Yönetimi), Beta Basım Yayım, İstanbul.
11. 11. Diefenbach, H. ve Glock, C.H. (2019) Ergonomic and economic optimization of layout and item assignment of a U-shaped order picking zone, Computers and Industrial Engineering, 138, 106094. https://doi.org/10.1016/j.cie.2019.106094
12. 12. Erdinç, E. (1996) AHP Metoduyla Çok Kriterli Envanter Sınıflaması: Bir Uygulama, Yüksek Lisans Tezi, İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi, İşletme Enstitüsü.
13. 13. Garg, A., Chaffin, D.B. ve Herrin, G.D. (1978) Prediction of metabolic rates for manual materials handling jobs, American Industrial Hygiene Association Journal, 39(8), 661-674. https://doi.org/10.1080/0002889778507831
14. 14. Güvenir, N. (1993) Application of AHP to Multicriteria Inventory Classification, Doktora Tezi, Bilkent Üniversitesi, İşletme Enstitüsü.
15. 15. Nookea, W. ve Vanichchinchai, A. (2020). An ergonomics-based storage bin allocation for picking efficiency improvement, 7th International Conference on Industrial Engineering and Applications (ICIEA), IEEE, Bangkok, 307-310. https://doi.org/10.1109/ICIEA49774.2020.9101951
16. 16. Özdemir, A. ve Özveri, O. (2004) Çok kriterli envanter sınıflandırmasında Analitik Hiyerarşi Süreci Analizinin uygulanması, Dokuz Eylül Üniversitesi İktisadi İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 19(2), 137-154.
17. 17. Toktaş-Palut, P. ve Okçuoğlu, F. (2019) Depo tasarımı ve yerleşimi: Bir gerçek hayat uygulaması, Beykent Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(2), 14-22. https://doi.org/10.20854/bujse.577992
18. 18. Ürencik, C. (1990) Stok Yönetiminde Çok Kriterli ABC Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
19. 19. Wind, Y. ve Saaty, T.L. (1980) Marketing applications of the analytic hierarchy process, Management Science, 26(7), 641-658. http://dx.doi.org/10.1287/mnsc.26.7.641