Modelagem e otimização do problema de order batching em sistemas Vertical Lift Module por programação linear inteira

Abstract

Os sistemas de armazenagem automatizados do tipo Vertical Lift Module (VLM) têm sido amplamente utilizados para aumentar a eficiência das operações de armazenagem e coleta de pedidos em armazéns. Apesar da ampla utilização desses sistemas, muitas operações ainda empregam regras simples de agrupamento de pedidos, limitando o potencial de desempenho do processo de coleta. Nesse contexto, esta pesquisa propõe avaliar modelos de otimização para o problema de formação de lotes de pedidos em sistemas VLM, buscando reduzir os recursos demandados durante o processo de coleta. Inicialmente, foi proposta uma formulação matemática de Programação Linear Inteira (PLI) capaz de representar a lógica operacional observada no processo de coleta de pedidos de uma empresa do setor industrial. Em seguida, foram formulados dois modelos de PLI, com funções objetivo voltadas à minimização da quantidade de bandejas acessadas e da movimentação total de bandejas realizada pelo sistema VLM. Para avaliar a qualidade das soluções obtidas e o tempo computacional demandado por cada modelo, foram considerados cenários com diferentes quantidades de pedidos processados. Para cada instância analisada, os modelos foram executados múltiplas vezes considerando diferentes configurações de armazenamento dos itens. Essa abordagem permitiu avaliar o impacto da variabilidade na disposição dos produtos sobre os resultados obtidos. Os modelos de otimização atingiram os objetivos para os quais foram desenvolvidos, apresentando desempenho superior ao modelo de referência para os dados considerados neste estudo. Os resultados também evidenciaram que, para os cenários testados, os ganhos proporcionados pelos modelos se tornam mais expressivos à medida que aumenta a quantidade de pedidos processados, com uma redução média de até 27,88% na quantidade de bandejas acessadas e até 37,39% na movimentação total realizada pelo VLM. Dessa forma, a metodologia proposta demonstra o potencial da aplicação de técnicas de Pesquisa Operacional para apoiar a tomada de decisão em sistemas de armazenagem automatizados, contribuindo para a melhoria da eficiência operacional de processos de coleta de pedidos em ambientes VLM.

Automated storage systems based on Vertical Lift Modules (VLM) have been widely adopted to improve the efficiency of storage and order picking operations in warehouses. Despite their extensive use, many facilities still rely on simple order batching rules, limiting the performance potential of the order picking process. In this context, this study proposes the evaluation of optimization models for the order batching problem in VLM systems, aiming to reduce the resources required during the order picking process. Initially, an Integer Linear Programming (ILP) formulation was developed to represent the operational logic observed in the order picking process of an industrial company. Subsequently, two ILP models were formulated with objective functions focused on minimizing the number of trays accessed and the total tray movement performed by the VLM system. To evaluate the quality of the solutions obtained and the computational time required by each model, scenarios with different numbers of processed orders were considered. For each instance analyzed, the models were executed multiple times using different item storage configurations. This approach made it possible to evaluate the impact of product storage variability on the results obtained. The optimization models successfully achieved their intended objectives, outperforming the reference model for the data considered in this study. The results also showed that, for the tested scenarios, the benefits provided by the proposed models became more significant as the number of processed orders increased, achieving an average reduction of up to 27.88% in the number of trays accessed and up to 37.39% in the total tray movement performed by the VLM. Therefore, the proposed methodology demonstrates the potential of applying Operations Research techniques to support decision-making in automated storage systems, contributing to improved operational efficiency in order picking processes within VLM environments.