物流工程课件-第七章物料搬运系统设计

1第7章物料搬运系统设计Chapter7DesignoftheMaterialHandlingSystem2引导案例一家手表带厂生产几种金属表带，表带由若干咬合齿片组成。它的工艺是，用冲床冲压出这些齿片，然后操作工人将生产好的元件装满容器箱后，将容器箱送往装配线进行装配。工厂原来整个生产周期需要48天。显然这么长的时间在激烈的竞争环境下是难以接受的，于是工厂请张教授寻找问题根源。由于张教授的工业工程背景，很快就确定了问题的所在。首先是所用容器箱太大，需要花很多时间才能装满这种容器箱，其次冲床成为一个瓶颈，限制了整个系统的生产率。张教授提出的建议是：第一，用小得多的容器箱向下游频繁地传送元件；第二，增加一台冲床。这样可将生产周期降到4天。37.1物料搬运概述物料搬运（MaterialHandling）是制造企业生产过程中的辅助生产过程，它是工序之间、车间之间、工厂之间物流不可缺少的重要环节。据国外统计：在中等批量的生产车间里，零件在机床上的时间仅占生产时间的5%，而95%的时间消耗在原材料、工具、零件的搬运、等待上，物料搬运的费用占全部生产费用的30~40%。为此，设计合理、高效、柔性的物料搬运系统，对压缩库存资金占用、缩短物流搬运所占时间，是十分必要的。47.1.1物料搬运的概念物料搬运是指在同一场所范围内进行的、以改变物料的存放（支承）状态（即狭义的装卸）和空间位置（即狭义的搬运）为主要目的的活动，广义的搬运呢??即对物料、产品、零部件或其他物品进行搬上、卸下、移动的活动，如装卸、移动、分类、堆码、理货和取货等作业都属于物料搬运活动。5装卸搬运是物料装卸和物料搬运两项作业的统称。这两项作业又密不可分，习惯上常常以“装卸”或“搬运”代替“装卸搬运”的完整涵义。流通领域：装卸搬运=“货物装卸”；生产领域：“物料搬运”。一般，在强调物料存放状态的改变时，使用“装卸”一词，在强调物料空间位置的改变时，使用“搬运”这个词。因此在本书中统一使用“物料搬运”一词概括物料的装卸搬运活动。物料搬运的基本内容有三项：即物料，移动和方法。这三项内容是进行任何搬运分析的基础。基本概念67.1.2物料搬运的原则国际物料管理协会下属的物料搬运研究所浓缩数十年物料搬运专家的经验，总结出了物料搬运的20条原则：美国物料搬运教育大学与产业联系理事会(CICMHE)将其进一步浓缩为10条原则，如下所示：(1)规划原则。全面考虑需求、作业目标和功能要求来规划所有的物料搬运和物料存储工作。(2)标准化原则。物料搬运方法、设备、器具、控制和软件应标准化，以达到系统总体作业目标，且不牺牲灵活性、模块化和吞吐量的要求。(3)工作原则。物料搬运工作应当尽可能最少，且达到作业所需的生产率和服务水平。工作的衡量可以用运量乘以运距来衡量，即W=F*D。(4)人机工效原则。在设计物料搬运作业和选择设备时，要考虑人的作业能力和局限性，以保证安全和有效的作业。(5)集装单元化原则。尽可能采用标准容器与装载工具集装物料，以利搬运过程的标准化、集装化。710原则续(6)充分利用空间原则。最大可能地充分利用建筑物的整个空间，包括高度方向。不要忘了往上看。(7)系统化原则。尽可能广泛地把各种搬运活动当作一个整体，使之组成相互协调的搬运系统。其范围包括收货、检验、储存、生产、检验、包装、成品储存、发货、运输和反向物流等。(8)自动化原则。应当采用合理的作业机械化和/或自动化，以提高作业效率、反应速度和一致性，降低成本并消除重复性和有潜在不安全性的人工作业。(9)环境原则。在设计物料搬运系统和选择设备时，应当将对环境的影响和能量消耗作为一个重要依据。(10)全生命周期成本原则。对所有的物料搬运设备和最终的物料搬运系统，应当作出它们在整个生命周期内的全面深入的经济分析。87.1.3物料搬运活性分析用物料活性系数来衡量物料搬运的难易程度，这也是物流分析的一个重要指标。91．活性系数搬运处于静止状态的物料时，需要考虑搬运作业所必需的人工作业。物料搬运的难易程度称为活性。我们用活性系数来衡量，所费的人工越多，活性就越低。反之，所需的人工越少，活性越高，但相应的投资费用也越高。下面哪个活性最大???10散放在地上的物料要运走，需要经过集中、搬起、升起和运走四次作业，所需的人工作业最多，即活性水平最低，即活性系数定为0。活性指数确定的原则见下表所示。在对物料的活性有所了解的情况下，可以利用活性理论，改善搬运作业。112．活性分析图表搬运作业活性分析图。考虑提高某些作业的活性系数，如活性系数为0的散放，通过放入容器中（活性系数为1）或码放在托盘上（活性系数为2），来提升搬运活性，提高工作效率。0123401234567891027散放在地上装入车内移动卸放在地上装入车内移动放置在车架移动放在托盘上用叉车搬运合计系数1692研究：装入容器中，活性系数1放在托盘上，活性系数2作业工序流程顺序平均2.7活性系数计算平均活性系数。图中的平均值2.7由下式计算：平均活性系数=活性系数总和/作业工序数12这样，由平均活性系数的大小，可以采用以下不同的改进方法：低于0.5：有效利用集装器具、手推车。0.5~1.3：有效利用动力搬运车、叉车、卡车。1.3~2.3：有效利用传送带、自动导引车。2.3以上：从设备、方法方面进一步减少搬运工序数。总之，活性系数越高，所需人工越少，但设备投入越多。在进行搬运系统设计时，不应机械地认为活性系数越高越好，而应综合考虑。01234移动运走装车支垫装箱散放升起搬起集中137.1.4物料搬运的单元化与标准化1.物料实行单元化后改变了物料散放状态，提高了搬运活性指数，易于搬运，同时也改变了堆放条件，能更好地利用仓库面积和空间；2.实现标准化能合理，充分地利用搬运设备、设施，提高生产率和经济效益。实现单元化和标准化对物料搬运的意义非常重大。141.单元化单元化是将不同状态和大小的物品，集装成一个搬运单元，便于搬运作业。也叫做集装单元化或单元载荷(UnitLoad)，它是物料搬运中最重要的一个概念。集装单元可以是托盘、箱、袋、筒和集装箱等，其中以托盘和集装箱应用最为广泛。采用单元化的主要优点是增加了一次搬运更多物品的能力，减少了搬运次数，降低搬运成本、减少装卸次数和物品的破损。具有一定规格尺寸的货物单元，便于搬运机械的操作，减轻人力装卸，从而提高生产作业率。另外，集装单元可以防止物品散失，易于清点和增加货物堆码层数，更好地利用仓库空间。单元化是将规模思想应用到不同物料的搬运中，其效果已在物流业得到最好的印证。151.单元化Unitizing单元化还要考虑物料的包装。零部件的包装形态和装箱数是与日常作业有紧密联系的，若在装箱时调整，就会浪费很多时间。因此，在进行新产品的生产准备阶段，就要进行充分的考虑。比如以下问题：相对于生产量，每箱数量合适吗？零部件箱子是否比实际需要大？零部件箱能否重叠堆放？箱重合适（劳动法建议15kg/箱以下）吗？放置方法容易清点吗？是否容易发生品质问题？包装是否过剩？包装票容易取放、引人注目吗？162.标准化Standardization标准化是指物品包装与集装单元的尺寸（如托盘的尺寸，包箱的尺寸等）要符合一定的标准模数，仓库货架、运输车辆、搬运机械也要根据标准模数决定其主要性能参数。有利于物流系统中各个环节的协调配合，在易地中转等作业时不用换装，提高通用性，减少搬运作业时间，减轻物品的散失、损坏，从而节约费用。171)物流基础模数物流基础模数尺寸是标准化的基础，它的作用和建筑模数尺寸的作用大体相同，其考虑的基点主要是简单化。基础模数尺寸一旦确定，设备的制造，设施的建设，物流系统中各个环节的配合协调，物流系统与其他系统的配合，就有了依据。目前ISO中央秘书处及欧洲各国已基本认定以600mm×400mm为基础模数尺寸，我国尚在研究。由于物流标准化比其他标准化系统建立较晚，因此，确定基础模数尺寸主要考虑对物流系统影响最大而又最难改变的输送设备，采用“逆推法”，即由输送设备的尺寸来推算最佳的基础模数。同时也考虑到现在已通行的包装模数和已使用的集装设备，以及人体可能操作的最大尺寸等因素而定。182)物流模数物流模数即集装单元基础模数尺寸（即最小的集装尺寸）。集装单元基础模数尺寸，可以从600mm×400mm按倍数系列推导而来，也可以在满足600mm×400mm的基础模数的前提下，从卡车或大型集装箱的分割系列推导出来。物流模数尺寸以1200mm×1000mm为主，也允许1200mm×800mm及1100mm×1100mm等规格。19物流基础模数尺寸与集装单元基础模数尺寸的配合关系，以集装单元基础模数尺寸1200mm×l000mm为例，如图所示。60060012006004001000欧式托盘尺寸为1200×800mm，日式托盘为1100mm方托盘，美式为48×40英寸，试问它们可以由几个物流基础模数尺寸组成？以图示之。20良好的配合关系便于全球的通用化和一体化，例如第三代欧洲标准可堆式物流周转箱的五种规格是300×200×165400×300×165400×300×295600×400×295600×400×165，适合1200×1000国际标准和1200×800欧洲标准托盘。217.2物料搬运系统物料搬运是物流系统的主要活动，在物流系统中各环节的前后或同一环节的不同活动之间都有装卸搬运活动的发生。物料搬运是在已经设计和建立的物流系统条件下，使系统中的物料（包括液体、散装物体、单件物体、包装件、单元装载体等）按照生产工艺及服务的要求运动，以实现系统设计提出的目标。它不仅是一项技术作业，也是物流系统的控制与管理活动。22设备、容器和路线结构共同组成物料搬运系统。其中设备决定了路线是固定的，还是变动的，例如传送带就是固定路线式设备；叉车则是可变路线的设备，只要有通道，就可以一处到另一处。路线结构分为直达型和间接型两种，其中间接型结构又分为渠道型和中心型。容器集纳并保护产品，大的容器可以满足设备生产能力的需要，通常需要直达型路线，例如叉车叉起的一托盘货物。小的容器不能满足设备生产能力的需要，就要采用渠道型和中心型间接路线。物料搬运系统中设备、容器性质取决于物料的特性和流动的种类。23由于前面第4章时我们说过，合理的生产布局能够保证物流的顺畅，减少无价值的搬运动作，提高现场的管理透明度和生产效率。搬运是所有作业中附加的动作，包括：搬运、倒退让路、排除路障、堆码、清点、整列、寻找、停下与返回等，其本身并不增值。把零件、材料从仓库运到生产线，为了运送物品需要工具和搬运交换，这一切是必不可少的。但是，没有必要的搬运和长距离的搬运是浪费。搬运的浪费往往因为工厂布局、流水线制造、工程设定等考虑不周而造成。要降低搬运的浪费，首先要考虑改善工厂的布局，做到即使不搬运，也可以完成工作任务，其次才是考虑搬运手段的合理化。247.2.1物料控制系统按Tompkins等人的观点，物料搬运是“用正确的方法，以正确的成本，按正确的程序，在正确的时间，将正确的物料，以正确的数量，运送到正确的地点。”这里所指的物料不仅包括生产所需的物料，还包括辅助装备和工具，如刀具、模具和夹具等。从这个角度，物料搬运是物流系统的控制与管理活动。它在已经设计和建立的物流系统条件下，使系统中的物料按生产、工艺及服务的要求运动，以实现系统设计提出的目标。物料控制系统是现代物料搬运系统不可缺少的灵魂部分。零部件编号系统、定位系统、库存系统、标准化、生产批量、订单数量、安全库存量、标签和自动标识技术等都是控制工厂物料流动的所必须的，没有它们就根本谈不上上述的几个“正确”（R）。25物料搬运系统具有五个维度：移动、数量、时间、空间和控制。移动物料产生了时间和空间效用，正确的数量、时间和空间离不开精确的控制。控制包括对