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自律移動ロボットを活用した物流センターにおける次世代型オーダーピッキング方法

Research Project

Project/Area Number 22K04587
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 25010:Social systems engineering-related
Research InstitutionSophia University

Principal Investigator

伊呂原 隆  上智大学, 理工学部, 教授 (60308202)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords物流 / 倉庫 / オーダーピッキング / 自律移動ロボット / 数理モデル
Outline of Research at the Start

電子商取引の急拡大により、注文された多品種少量の商品を保管場所から取り出す作業であるオーダーピッキングの生産性向上が、世界中の物流センターにおいて共通の課題となっている。本研究では、簡易的な搬送装置である自律移動ロボットを活用し、商品をピッキングする作業者の歩行の無駄を改善するとともに、操業費用と投資費用の両者を抑え、かつ様々なタイプの物流センターに対応可能な柔軟性の高い次世代型のオーダーピッキング方法を提案する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、簡易的な搬送装置である自律移動ロボット(Autonomous Mobile Robot、以下AMR)を活用し、オーダーピッキングを担当するピッカーの歩行の無駄を改善するとともに、低費用かつ柔軟性が高い次世代型のオーダーピッキング方法を提案する。
AMRはピッキングされた商品を運ぶことが可能である一方、棚から商品をピッキングすることができない、もしくはピッキングさせようとすると大きなコストがかかる。そこで、ピッカーとAMRが協調し、棚から商品をピッキングする作業とピッキングされた商品を指定された場所まで運ぶ運搬作業を、ピッカーとAMRが互いに協調しながら行うためのよりよい方法を研究した。
2023年度に実施した研究モデルでは、AMRとピッカーがそれぞれ独自の経路を持ち、アイテムのピッキング時にピッカーがAMRを補完するスウォームシステムを前提とし、1種類の商品(Stock Keeping Unit、以下SKU)を異なる複数の棚に分散して配置する方法の有効性を合わせて検証した。
はじめに、SKUの分散配置を行わない場合を検証した。ピッカー数、AMR数を増加させるほど、目的関数値が改善されるもののその改善効果幅は徐々に減少する、という想定通りの結果が得られた。
一方、SKUの分散配置を行った場合、一定の分散割合までは、分散割合が高いほど目的関数値が改善される度合いが大きいが、境界値を超えると目的関数値が悪化した。その原因としては、一定の分散割合まではSKUの配置場所が増えるためピッキング距離を短縮する効果がある一方で、分散が過度になるとSKUの配置場所の増加に伴い移動範囲が広がりすぎピッキング距離が増加するためであることが分かった。また、ピッカーの人数、AMRの台数が多いほどSKUを分散配置する効果が大きいことが示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の研究計画では、ピッカー、AMRの両者を複数とする最適化モデルの構築は3年目の予定であったが、2年目である2023年度に、前述の研究実績のとおり、複数人、複数台まで拡張できたこと、さらにはAMR環境下では検討されたことがなかったSKUの分散配置についても検討できたことは想定以上であったため、上記区分を選択した。

Strategy for Future Research Activity

一般のオーダーピッキング問題においてはオーダーをまとめてピッキングするオーダーバッチングに関する数多くの研究がなされているが、AMRを使用する状況や、1種類の商品を複数個所に分散して配置するような状況に対する研究では、バッチングの研究がなされていない。また、AMRを導入する際には、どの程度の機能を有するAMRをどのぐらいの規模で導入するのが適切であるかについても十分な研究がなされていない。よって、本研究では、AMR環境下におけるオーダーバッチングや適切なAMRの機能・導入台数の見積もりに関する研究を推進していきたい。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Approximate Solution of the Storage Assignment Problem for Order Picking in a Mixed-Shelves Warehouse2023

    • Author(s)
      網野 皓介,伊呂原 隆,田中 貴,杉山 尚美
    • Journal Title

      Journal of Japan Industrial Management Association

      Volume: 74 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.11221/jima.74.1

    • ISSN
      1342-2618, 2187-9079
    • Year and Date
      2023-04-15
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Recent Research on Variants of the Location Routing Problem2022

    • Author(s)
      Junko Hosoda and Takashi Irohara
    • Journal Title

      Journal of Japan Industrial Management Association

      Volume: 73 Issue: 2E Pages: 75-91

    • DOI

      10.11221/jima.73.75

    • ISSN
      1342-2618, 2187-9079
    • Year and Date
      2022-07-15
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Simulated Annealing based algorithm for Storage Location Assignment Problem under the Mixed Shelve Strategy in a Warehouse2023

    • Author(s)
      Kohei Yamashita, Takashi Irohara, Takashi Tanaka and Naomi Sugiyama
    • Organizer
      Asia Pacific Industrial Engineering and Management Systems conference (APIEMS)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 物流倉庫における分散配置された商品の保管場所割当問題における解の特性分析2023

    • Author(s)
      山下晃平, 伊呂原隆, 田中貴, 杉山尚美
    • Organizer
      日本経営工学会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Joint Optimization of Item Location Assignment and Task Scheduling for Tier-to-Tier Shuttle-Based Storage and Retrieval System (SBS/RS)2022

    • Author(s)
      Billy Sagara and Takashi Irohara
    • Organizer
      Asia Pacific International Conference on Industrial Engineering and Operations Management
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Storage Assignment Heuristic for Order Picking Problem in the Mixed Shelves Warehouses2022

    • Author(s)
      Takashi Irohara
    • Organizer
      Institute for the Operations Research and Management Science (INFORMS) Annual Meeting
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Mathematical Model for Inventory Minimization in Supporting Capacity Planning of a Dual Resource-Constrained Hybrid Flow Shop2022

    • Author(s)
      Muhammad Akbar, Takashi Irohara, Wisnu Aribowo and Fariz Muharram Hasby
    • Organizer
      Asia Pacific Industrial Engineering and Management Systems conference (APIEMS)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 物流倉庫における商品の分散配置方法に関する研究2022

    • Author(s)
      山下晃平,伊呂原 隆,田中貴,杉山尚美
    • Organizer
      日本経営工学会(秋季大会)
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Book] A Novel Bi-Encoded NSGA-II for A DRC Scheduling Problem to Minimize the Makespan and Unbalanced Workload. In: Kuo, YH., Fu, Y., Chen, PC., Or, C.Kl., Huang, G.G., Wang, J. (eds) Intelligent Engineering and Management for Industry 4.0.2022

    • Author(s)
      Akbar, M., Irohara, T.
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      Springer, Cham.
    • ISBN
      9783030946838
    • Related Report
      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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