Configuration Design and Optimization of Circular Automated Storage and Retrieval System (C-AS/RS)

Abstract

Automated Storage and Retrieval Systems (AS/RS) are used as warehouses, specifically designed for material handling in advanced manufacturing systems and are broadly utilized in distribution centers as subsystem for production area. Previous research efforts on have focused on the design and optimization of rectangular AS/RS configurations, however, there is still a gap of research on the design and optimization of Circular AS/RS Configurations. The aim of the research is to analyze, optimize and propose a Circular AS/RS Configuration for automotive car parking. Recently AS/RS are implemented to the automotive factories due to inventory control, landscape utilization, cost and efficiency. The proposed configuration is based on a single aisle; single S/R (Storage/Retreival) machine. Randomly storage assignment policy is applied for the proposed system. The Cost and Travel time models are adapted from the previous research on AS/RS. A mixed integer multi-objective optimization problem is formulated to be optimized using Genetic Algorithm (GA), which is a non-gradient, direct search metaheuristic optimization method, well suited for this class of problems. The design objectives are to minimize travel time, minimize carbon footprint, and minimize the total cost under the constraints for system height, diameter and storage capacity. The number of rows and columns, vertical, rotational and radial velocities of the S/R machine are taken as the decision variables. The results show that travel time, total cost, and the carbon footprint has been minimized up to 1.05%, 16.31% and 67% respectively. Keywords: Configuration, Design, Automated Storage and Retrieval Systems, Optimization, Travel Time, Total Cost, Carbon Footprint.

ÖZ: Otomatik Depolama Sistemleri depo olarak kullanima uygun olup ozellikler ileri derece üretim sistemlerinde malzemelerin taşınmasında ve depoanmasında kullanılmak için dizayn edilmişlerdir. Ayrıca dağıtım merkezlerinde ana eleman olarak kullanılmaktadırlar. Geçmiş araştırmalar dikdörtgen şeklinde otomatik depolama sistemlerinin konfigurasyon dizaynı ve optimizasyonu üzerine yapılmış olup, yuvarlak otomatık depolama sistemlerinin konfigurasyon dizaynı ve optimizasyonu hakkında yeterli bilgiye ve araştırmaya rastlanmamıştır. Bu tezin amacı, otomotiv endüstrisinde araç otoparkı olarak kullanılmak üzere otomatik depolama sistemi önermek ve önerilen sistemin analizi ve optimizasyonunu yapmaktır. Güncel olarak otomatik depolama sistemleri güvenliği arttırmak, daha iyi kontrol sağlamak, yeryüzünde daha az alan kaplaması, az kurulum maliyeti ve daha verimli bir sistem (hızlı depolama ve yüksek sayıda saatlik yapabileceği depolama) elde edilmesi için otomotiv alanlarına uyarlanmaktadır. Araç parkları için çeşitli otomatik depolama sistem konfigürasyonları analiz edilmiştir. Önerilen konfigurasyon dizaynı yalnızca bir koridordan, yalnızca bir taşıyıcı makineden oluşmaktadır. Ayrıca rastgele depolama politikası uygulanmıştır. Yani herhangi bir depolama hücresi rastgele eşit olarak seçilip depolama işlemi gerçekleştirilmektedir. Maliyet ve yolculuk süresi hesaplamaları daha önce yapılmış olan araştırmalardan yararlanılarak bulunmuş olup, karışık tamsayı birden fazla amaç için yapılan optimizasyon problemi formule edilip Genetik Algoritma tekniği kullanılarak önerilen sistem optimize edilmiştir. Gradyan olmayan doğrudan arama tekniğinin kullanıldığı Genetik Algoritma optimizasyonu otomatik depolama sistemi optimizasyonu için uygundur. Tezin amacı, toplam sistem maliyetini düşürmek, yolculuk süresini kısaltarak saatlik yapılan taşıma sayısını arttırmak ve sistemin yıllık açığa çıkarmış olduğu karbon dioksit miktarını düşürmektir. Bu amaçlar bazı kısıtlamalar altında gerçekleştirilmiş olup, sistem yüksekliği, sistem çapı ve depolama kapasitesi bu kısıtlamaları oluşturmaktadır. Toplam yatayda ve düşeyde bulunan hücre sayıları, taşıyıcı makinenin yatayda, düşeyde ve radyal hızları sistem dizayn değişkenleri olarak atanmıştır. Çalışma sonuçları yolculuk süresinde %1.05 kısalma olduğunu, toplam kurulum maliyetinde % 16.31 iyileşme olduğunu ve karbon dioksit emisyonunda %67’lik bir iyileştirme olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Configrasyon, dizayn, otomatik depolama sistemleri, optimizasyon, seyahat süresi, maliyet, CO2 tüketimi.