Dağıtım merkezi depolarına ilişkin hiyerarşik depo tasarım metodolojisi ve konvansiyonel/otomatik depo karar problemine ilişkin analitik bir model
Hierarchical warehouse design methodology and an analytical model for conventional/automatic warehouse decision problem for distribution centers
Yazar: İSMAİL KARAKIŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT BASKAK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Otomatik stoklama = Automated storage ; Sistematik tasarım = Systematic design

Özet:
Depo ve depolama kavramları, müşteri hizmet ve mâliyet düzeyi açısından her tedârik zinciri için önem arzetmektedir. Depolar, tedârik zincirleri için vazgeçilmez bileşenlerdendir. Müşteri hizmet düzeyi ve stok yönetimi açısından bir işletmenin başarılı veya başarısız olmasında önemli rol oynayan depo yönetimi faaliyetleri, aynı zamanda mâliyet açısından da kritiktir. Depolar, tedârik zinciri içerisinde birçok önemli işleve sahiptir. Örneğin, mevsimselliğe bağlı olarak değişen talepler nedeniyle malzemelerin tedârik zinciri boyunca akışlarında bir tampon görevi gören depolar, diğer yandan parti oluşturma, sevkiyata hazırlama, ürün birleştirme ve ürünlere etiket, bandrol yapıştırma gibi katma değerli hizmetlerin de yürütüldüğü bir yer olarak değerlendirilebilir.
Söz konusu bu önemli işlev ve roller, pazardaki rekabet koşulları ile birlikte düşünüldüğünde, tedârik ağlarının önemli bileşenleri olan depolardan daha fazla performans elde etmek için, depoların tasarıma dayalı ve operasyonel açılardan sürekli olarak iyileştirilmeleri gerekmektedir. Günümüzde işçilik ve çalışma ücretlerindeki artışlardan ötürü, depo yönetimi faaliyetleri ile ilgili problemlerin çözümünde daha fazla işgücü kullanmak, çok geçerli bir çözüm olarak görülmemektedir. Bu bağlamda, depolarda sürekli iyileştirme çabaları, ancak yeni yönetim felsefelerinin uyarlanması ile olanaklı gözükmektedir. Söz konusu yeni yaklaşımlar; sıkı stok kontrolü, daha kısa yanıt süreleri, barkod ve radyo frekanslı tanıma sistemi (RFID), depo yönetim sistemi (WMS) gibi teknolojik uygulamalar ile otomatik depolama sistemleri (AS/RS) olarak değerlendirilebilir.
Tüm bu çözümlerin önemli ve anlamlı bir düzeyde mâliyet unsuru olduğu açıkça görülmektedir. Dolayısıyla, depolara ilişkin bu tür lojistik mâliyetlerin çok iyi yönetilmesi gerekmektedir. Bir başka deyişle, depoların mâliyet açısından etkin bir şekilde faaliyet göstermeleri gerekmektedir ve bu mâliyet öğeleri, aslında deponun tasarım aşamasında belirlenmektedir. Bu bağlamda depo tasarımı, giderek daha önemli ve odaklanılması gereken bir konu hâline gelmektedir.
Depo tasarımı, deponun mâliyet ve/veya performansı açısından gerekli amaçlara ulaşması için birçok farklı tasarım parametresi ile ilgili kararların alınması süreci olarak tanımlanabilmektedir.
Bu tez çalışmasında öncelikle depo tasarımı ile ilgili ayrıntılı bir literatür araştırması sonucunda depo tasarımına ilişkin problemler, çözüm yöntemleri ve/veya yaklaşımları içeren 243 çalışma incelenmiş olup 170 çalışma, kullandığı yönteme göre ayrıntılı bir sınıflandırmaya tâbi tutulmuştur. Literatürde farklı depo tasarım problemlerine ilişkin birçok çalışma bulunmakla birlikte, depo tasarımına ilişkin sistematik/yapısal bir yaklaşım konusunda oldukça az sayıda çalışma olduğu gözlemlenmiştir.
Öte yandan literatür araştırması sonucunda depo tasarımı yaklaşımları konusunda akademik çalışmalar ile uygulamalar arasında da boşlukların bulunduğu gözlemlenmiştir. Bu bağlamda, Türkiye'deki depolama hizmeti konusunda öncü olan 7 lojistik şirketi, 3 hızlı tüketim malları üreticisi ve 2 perakende şirketi ile depo tasarım konusundaki yaklaşımları üzerine bire-bir görüşmeler yapılmıştır. Bu görüşmelere, söz konusu şirketlerin lojistik yöneticileri, depo yöneticileri, satış ve iş geliştirme yöneticileri katılmıştır. Bu görüşmelerde öncelikle yeni bir depo projesi söz konusu olduğunda şirketlerin bu projeye yaklaşımları, depo tasarımı için süreç akışı ve kullanılan yöntemler üzerine konuşulmuştur.
Tez çalışması kapsamında, literatür araştırması sonuçları doğrultusunda özellikle farklı parametreleri göz önünde bulunduran bir depo tasarım sistematiğine gereksinim olduğu ortaya konmuş olup depo tasarımına ilişkin hiyerarşik bir yöntembilim geliştirilmiştir. Bu yöntembilim çerçevesinde depo tasarım problemleri üç hiyerarşik düzeyde ele alınmıştır. Stratejik düzeyde; depoya ilişkin stratejik hedefler ve yatırım plânlama, depo yeri seçimi, veri analizi, konvansiyonel/otomatik depo kararı, depo süreçlerine ilişkin ilkeler ve üst düzey depo yerleşimi aşamaları yer almaktadır. Taktik düzeyde; depolama politikaları, koridor tasarımı, raf sistemleri ve ekipman seçimi ile ayrıntılı depo yerleşimi aşamaları bulunmaktadır. Operasyonel düzeyde ise depolama süreçlerinin ayrıntılı olarak tasarımı yer almaktadır. Söz konusu yöntembilim ile depo tasarımı problemine sistematik ve bütünsel bir yaklaşım geliştirilmiş olup tasarım süreci boyunca gerçekleştirilmesi gereken faaliyetler ve karar konuları hiyerarşik bir yapı içerisinde birbirleri ile olan etki ve ilişkileri de ortaya konulmaktadır.
Bu tez çalışması kapsamında depo tasarım yöntembiliminin yanı sıra, literatür araştırması sonucunda potansiyel bir diğer araştırma alanı olarak saptanmış olan ve stratejik düzey depo tasarımı bünyesindeki önemli aşamalardan biri olan konvansiyonel/otomatik depo karar verme problemine ilişkin analitik bir model önerilmektedir. Bu model iki aşamadan oluşmakta olup ilk aşamasında her bir alternatif için mâliyet hesaplanmasının yanı sıra, farklı alternatiflerin kombinasyonu olacak şekilde optimum sonuç elde edilmiştir. Söz konusu sonuç, Türkiye'de faaliyet gösteren ve depolama alanında lider konumunda olan lojistik hizmet sağlayıcı şirketlerden bir tanesi ile yapılan ayrıntılı çalışma sonucunda doğrulanmıştır. Diğer yandan depo tasarımı konusundaki bu stratejik kararın verilmesinde mâliyetin tek etmen olmadığı gerçeğinden hareketle, mâliyet dışı 5 etmen de değerlendirilmeye alınmış ve nihai karar, AHP yöntemi ile yapılan uygulama sonucunda önerilmiştir. Modelin tüm aşamalarında birçok verinin parametrik olarak modele girilebilmesi, farklı durumlar için esnek analizlerin yapılmasına olanak vermektedir.
Tez çalışması, toplam sekiz bölümden oluşmaktadır.
Tez çalışmasının ilk bölümünde depo, depolama ve depo tasarımı kavramları ile depo tasarımı konusunun önemi, tez çalışmasının amacı, kapsamı ve yöntemi kısa ve özet bir şekilde anlatılmıştır.
İkinci bölümde, depo tasarımı konusunda literatürdeki çalışmalar kapsamlı ve derinlemesine incelenerek çözüm yöntemlerine ilişkin ayrıntılara göre sınıflandırılmıştır. Bu bölümde ayrıca literatür araştırması sonuçları değerlendirilerek bu doğrultusunda depo tasarım problemi tanımlanmış ve tez çalışmasının amacı belirtilmiştir.
Üçüncü bölümde, depo yönetimi ve depo tasarımı konusuna doğrudan etkili olan depolama sistem elemanları ve depo yönetimi süreçlerine ilişkin ayrıntılı bilgiler verilmiştir.
Dördüncü bölümde, depo tasarımı konusunda Türkiye'de yapılmış olan uygulamalar ve gelişmeler anlatılmıştır.
Beşinci bölümde, geliştirilen hiyerarşik depo tasarım yöntembilimi ayrıntılı bir şekilde anlatılmıştır.
Altıncı bölümde, depo tasarım parametreleri ve performans yönetimi konusu anlatılarak, geliştirilen depo tasarım yöntembilimine ilişkin aşamalar bazında anahtar performans göstergeleri sınıflandırılmış ve açıklanmıştır.
Yedinci bölümde ise konvansiyonel/otomatik depo karar verme problemine ilişkin geliştirilen analitik modele ilişkin ayrıntılar verilmiş, örnek problem çözümü ile modelin doğrulanmasına ilişkin çalışmalar anlatılmıştır.
Sekizinci ve son bölümde ise, tüm tez çalışmasının genel bir değerlendirmesi yapılarak, ilerleyen dönemde gerçekleştirilebilecek yeni çalışmalar hakkında öneriler sunulmuştur.

Abstract:
Warehouses are essential components of the supply chains.  They are one of the important players in the success or failure of the businesses from not only customer service levels perspective, but also the cost perspective. Warehouses have several major roles; enabling a buffer for the material flow along the supply chain due to the variability caused by seasonality, batching, transportation, and a value-added service place such as kitting, labeling, and stamping. When market competition is added to this situation, warehouses, as an important role player of supply networks, need to have a continuous improvement in the design and operations to get higher performance from the warehouses. 
Because of the increase in labor costs, allocating more people for any warehouse performance problem is not a viable solution. Therefore, these improvement efforts result in the adoption of new management philosophies; tighter inventory control, shorter response times, as well as the new technology implementations like bar coding, radio frequency communications (RF), warehouse management systems (WMS), automatic storage and retrieval systems (AS/RS). All these solutions have a very significant cost impact. Because of that reason, such logistics costs related to warehouses should be very well managed, in other words warehouses should function cost effectively. Moreover, these cost drivers are in fact determined during the design phase.
Warehouse Design is to make decisions for different design parameters in order to satisfy the objectives in terms of costs and/or performance of the warehouse. Since there are different types of problems or decision points that affect the design of the warehouse, it is considered as a process that consists of sub-processes which have also relations and/or affects to each others.
Firstly, a comprehensive literature review and detailed interviews with leading 7 Turkish logistics service provider companies as well as 3 multi-national FMCG and 2 local retail companies in Turkey.
The literature review mainly focuses on the literature review for the design phase of the warehouses. There were 243 studies reviewed accordingly and 170 of these classified based on their method(s) used for warehouse design in more details. The studies in the literature are firstly classified into three levels as strategic, tactical, and operational according to the problem types from warehouse design perspective. It is realized that one study may focus on more than one topic under the same or different hierarchical levels. This is due to warehouse design problems are strongly hard coupled. 
These studies are grouped into three hierarchical levels; strategic, tactical and operational. Strategic level contains warehouse design methodology, warehouse location selection, warehouse capacity (sizing), warehouse layout (dimensioning), AS/RS design and storage systems design. Tactical level includes equipment selection, storage policies, organization (human capital management) and order picking related decision sets, and operational level covers receiving and shipping, batching, sorting, dwell point determination, AS/RS operations, and storing, routing and sequencing related decisions and problems. 
Moreover, the methodologies of the reviewed research papers are categorized as well. The methods are classified as "A-Analytical" for mathematical and optimization models, quantitative techniques. The studies use heuristics classified as general "H-Heuristics" or "MH-Metaheuristics" based on the heuristics used. The papers that used simulation models are indicated as "S-Simulation" and the ones that use conceptual models like case studies, general approach, or benchmarking are evaluated as "K-Conceptual". The methods classification done based on the objectives of the models as "T-Single" or "C-Multi-objective" models. For the models that use probability distributions or random variables are indicated as "P-Probabilistic", models while the ones that have every set of variables determined by parameters as "D-Deterministic". If all sets of data is ready at the beginning of the model execution, the model is indicated as "S-Static" while the methods that generate the data within the execution phase and/or require the input/decision from the modeler at a further stage are considered as "D-Dynamic" models like simulation or interactive methods.
It is obvious from the results of the study that there are many studies regarding the operational level. However, for tactical level, the numbers of the studies are less than operational level ones. Strategic level studies are significantly less than the tactical level research papers. Therefore, this dissertation asserts that there is a need to focus on warehouse problems at strategic level since there are no significant numbers of studies on that area. Furthermore, despite the fact that there are several studies regarding the problems of the warehouse design, there is a lack of study on systematic approach and/or methodology. It is obvious that although there is a consensus on the overall structure of the approaches there are fewer consensuses on the tools used for warehouse design.
In the light of this literature review, a type of design methodology called as hierarchical warehouse design approach is developed for distribution centers for FMCG industry. This methodology consists of three hierarchies as strategic, tactical and operational levels and indicates the steps that should be completed within each level. This methodology provides a holistic and systematic view for overall warehouse design problem that states step by step solutions for warehouse design problem with sequencing the sub-problems. Moreover, this methodology identifies the interrelated sub-problems and differentiates the impacts of each sub-problem to the other related areas. 
In this dissertation, an analytical model is proposed due to the fact that there are several studies in the literature regarding the implementation and optimization of specifically focused on selected warehouse automation solutions. Moreover, the practitioners use intuitive knowledge and previous experiences in order to analyze these cases in the real life. In other words, there is no systematic or analytical approach regarding the automatic / conventional warehouse decision problem.
This analytical model considers not only operational and capital expenses dimensions but also technical performance dimension (e.g. speed, throughput, material handling equipment attributes, etc.) for conventional/automatic warehouse decision problem which is one of the key strategic level decisions as well as a potential research area. This model consists of two steps. In the first step, the problem is solved to find out the most feasible solution alternative as well as the optimum solution in terms of combination of different alternatives based on minimizing the total costs. For optimum solution, a linear programming model is developed with the objective function of total cost minimization. The model proposes the optimum number of the aisles operated by each equipment under the area, througput, annual budget, speed, and the minimum number of the equipment constraints. This model enables the decision makers to consider an optimum solution without sticking to one specific equipment alternative.
The result of this cost model is validated through the deep interviews with one of the leading warehouse service provider logistics company in Turkey. On the other hand, it is asserted that cost is not the only decision critera for this strategic decision, and therefore 5 non-cost factors that are flexibility, supporting growth strategies, transaction accuracy, personnel management,and success of implementation are also considered besides the cost factor through AHP method and the final result is found. The proposed model is also enabling the flexible analysis for the decision makers since most of the data input can be set as parameter. 
This analytical model is another contribution to the literature in terms of providing a systematic approach in order to make the decision of automatic / conventional warehouses with considering the multi criteria. The model also proposes the threshold values for both daily throughput and number of the storage bins which make the automatic warehouse alternative more feasible in terms of cost data of Turkish market.
In this dissertation there are eight sections. Contents of these sections are summarized as follows.
In the first section of dissertation, warehouse, warehousing concepts and warehouse design and the importance of these and the scope and purpose of the disseration are briefly explained. 
In the second section, attributes and solution methods of the existing studies in the literature are explained. The classification of these studies according to the methods used is summarized. Moreover, all the outputs of the comprehensive literature review are evaluated within this section. In the light of these, warehouse design problem is defined based on the literature review findings and the purpose of the dissertation is stated.
In the third section, warehousing system elements and warehouse management processes that directly affect the warehouse management and warehouse design are explained in details.
In the fourth section, warehouse design practices in Turkey are explained and the findings are evaluated.
In the fifth section, hierarchical warehouse design methodology is developed and each level of the proposed conceptual model is explained.
In the sixth section, basics of warehouse design parameters and warehouse performance management are explained. Key performance indicators are classified and explained according to the hierarchical warehouse design methodology levels.
In the seventh section, analytical model for conventional / automatic warehouse decision problem is developed. Besides the comprehensive explanation of this model, several solution examples are stated and the results of these sample solutions are evaluated. Moreover, the solution of practical problem with the validation of the model are explained. 
In the eighth and the last section, general evaluation of dissertation is given and potential future relevant studies are outlined.