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
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
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
7.4.2 Congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.4.3 Pallet-building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
7.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
8 Layout of a piece-pick-from-carton area 99
8.1 What is a fast-pick area? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
8.2 Estimating restocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
8.3 How much of each SKU to store in the fast-pick area? . . . . . . . . . 102
8.3.1 Minimizing labor to maintain a forward pick area . . . . . . . 103
8.3.2 Two commonly-used storage strategies . . . . . . . . . . . . 106
8.3.3 Comparison with optimal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.3.4 Differing costs per restock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.3.5 Minimum and maximum allocations . . . . . . . . . . . . . . 110
8.3.6 Reorder points and safety stock . . . . . . . . . . . . . . . . 110
8.4 Which SKUs go into the fast-pick area? . . . . . . . . . . . . . . . . 111
8.4.1 Selecting SKUs to minimize labor . . . . . . . . . . . . . . . 113
8.4.2 Stocking to equalize space or restocking frequencies . . . . . 115
8.4.3 Further comments on the model . . . . . . . . . . . . . . . . 116
8.5 Additional issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.5.1 Storage by family . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.5.2 Accounting for safety stock . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.5.3 Limits on capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.5.4 Accounting for on-hand inventory levels . . . . . . . . . . . . 119
8.5.5 Setup costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.5.6 Redirecting uneconomical picks . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.5.7 Multiple fast-pick areas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.6 Limitations of the fluid model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
8.7 Size of the fast-pick area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
8.7.1 How large should the fast-pick area be? . . . . . . . . . . . . 123
8.7.2 How can the fast-pick area be made larger? . . . . . . . . . . 125
8.8 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8.10 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
9 Detailed slotting 141
9.1 Case orientation and stack level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
9.2 Packing algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.2.1 Next Fit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
9.2.2 First Fit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.2.3 More on packing algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
9.3 Other issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
9.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
6 CONTENTS
III Order-picking 153
10 Routing to reduce travel 157
10.1 The problem of pick-path optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.2 Heuristic methods of generating short pick paths . . . . . . . . . . . . 158
10.2.1 Path outlines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
10.2.2 Product placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10.3 Pick-path optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.3.1 How to take advantage of optimization . . . . . . . . . . . . 169
10.3.2 How much is optimization worth? . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
10.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
11 Work flow and balance 175
11.1 Organizing a team of order-pickers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
11.1.1 A model of work and workers . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
11.1.2 Improvements that are not . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
11.1.3 Some advantages of bucket brigades . . . . . . . . . . . . . . 183
11.2 Bucket brigades in the warehouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
IV Automation 191
12 Carousels, A-frames, and AS/RS 195
12.1 Carousels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.1.1 Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
12.1.2 Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.1.3 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
12.2 A-frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
12.3 In-aisle cranes, AS/RS, and their relatives . . . . . . . . . . . . . . . 204
12.3.1 Throughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
12.4 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
12.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
V Special topics 215
13 Crossdocking 219
13.1 Why crossdock? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
13.2 Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
13.3 Freight flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
13.3.1 Congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
13.4 Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
13.4.1 Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
13.4.2 Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
13.5 Trailer management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
13.6 Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
13.7 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
VI Warehouse performance 229
14 Activity profiling 233
14.1 Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
14.2 Warehouse activity profiling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
14.2.1 ABC analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234
14.2.2 Statistical analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
14.2.3 Doing it . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
14.2.4 Visualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.4 On the lighter side . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
14.5 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
15 Benchmarking 255
15.1 Performance measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
15.2 Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
15.2.1 Ratio-based benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
15.2.2 Aggregate benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
15.3 Are smaller warehouses more efficient? . . . . . . . . . . . . . . . . 264
15.4 Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
16 Designing warehouses to be efficient 267
16.1 More space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
16.2 More usable space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
16.3 Fewer impediments to product flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
16.4 Other improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
16.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
VII Miscellaneous 273
17 Warehousing around the world 277
17.1 North America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
17.2 East Asia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
17.2.1 India . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
17.2.2 China . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
17.2.3 Singapore, Hong Kong, Japan . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
17.3 Central and South America . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
17.4 Europe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
18 In preparation 285
VIII Appendices 291
A The Economic Order Quantity 293
A.1 The Economic Order Quantity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
A.2 Safety stock and reorder points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
A.3 Implications for the warehouse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
B The Knapsack Problem 299
C The Shortest Path Problem 303
D Glossary of Notation