【教学课件】第6章物料搬运.ppt

第6章 物料搬运系统分析,2,物料搬运（Material Handling）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3040%。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。,3,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。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。建议：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。,4,第一节 范围和定义,一味的减少搬运并不是物料搬运系统设计的目标，应体现在高效的物流控制、更低的库存水平、更好的安全性。正如上例，在两个工作站之间用巨大的周转箱，搬运次数是减少了，在制品库存上升，周转速度慢。,5,一、定义,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。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）为主要目的的活动都属于物料搬运活动。它不仅是一项技术作业，也是物流系统的控制与管理活动。,6,物料搬运系统是用正确的方法，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、正确的状态，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。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）。目的：减少浪费，降低工作强度,盲目的追求搬运成本最小化是错误的目标。正确的目标是使企业提供的产品或服务的附加价值达到最高，因此增加对搬运技术的投资可能是有必要的。,7,搬运系统要素：物料、搬运设备与容器、移动路径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、容器的选择取决于物料的特性和移动路径。,二、分析范围,8,物料搬运系统设计是一个十分复杂的问题，物料搬运方程式在解决物料搬运问题的各个方面都被证明十分有用。设计者需要考虑6个主要的问题，即6个变量。这六个变量就是著名的5W1H法（六问法）。,Why,What,Where,When,How,Who,物料,移动,方法,搬运系统,物料搬运系统变量,Which,搬运对象,空间时间需求,搬运方法,对现行搬运系统或设计方案持怀疑态度，对下面的5W1H深入分析,9,Why 为何要搬运？为何如此操作？为何按此种顺序操作？为何这样接收、运送、包装？What 要移动的物料是什么？物料特征？移动、存储数量？Where 物料从哪来？交付到哪？存储在哪？哪里的物料搬运可以取消、合并或简化？When 何时需要移动物料？何时需要实施自动化？How 物料如何移动、存储？如何跟踪物料移动？Who 谁来搬运物料？谁来维护物料搬运系统？Which 何种搬运是必要的？用哪种搬运设备？,10,第二节 物料搬运系统分析,一、物料搬运原则 美国物料搬运教育产学理事会（CICMHE）编列了20条原则，之后又精简为10条。(1)计划原则。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、控制和软件应减少自定义，更通用化，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。工作的衡量可以用物流量乘以移动距离来衡量。(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。,11,(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。(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。,12,二、搬运系统分析方法,13,第I阶段外部衔接。这个阶段要弄清整个区域或所分析区域的全部物料进出搬运活动。在这之前，先要考虑所分析区域以外的物料搬运活动，就是把区域内具体的物料搬运问题同外界情况或外界条件联系起来考虑。第II阶段编制总体搬运方案。这个阶段要确定各主要区域之间的物料搬运方法。对物料搬运的基本路线系统、搬运设备大体的类型以及运输单元或容器做出总体决策。,14,第III阶段编制详细搬运方案。这个阶段要考虑每个主要区域内部各工作地点之间的物料搬运，要确定详细物料搬运方法。例如，各工作地点之间具体采用哪种路线系统、设备和容器，如果说，第II阶段是分析工厂内部各车间或各厂房之间的物料搬运问题，那么第III阶段就是分析从一个具体工位到另一个工位或者从一台设备到另一台设备的物料搬运问题。第IV阶段方案的实施。任何方案都要在实施之后才算完成。这个阶段要进行必要的准备工作，订购设备，完成人员培训，制定并实现具体搬运设施的安装计划，以及后面的实施与管理。上述四个阶段是按时间顺序依次进行的。但是为取得最好的效果，各阶段在时间上应有所交叉重叠。总体方案和详细方案的编制是物流系统规划设计人员的主要任务。,15,第三节 SHA,搬运系统分析(System Handling Analysis,SHA)是缪瑟提出的一种系统分析方法，适用于一切物料搬运项目。SHA方法包括：一种解决问题的方法；一系列依次进行的步骤和一整套关于记录、评定等级和图表化的图例符号。,16,一、数据收集,P产品或物料（部件、零件、商品）物品特征影响容器的选择Q数量（销售量或合同订货量）R路线（操作顺序和加工过程）经过的地点条件影响设备的选择S后勤与服务（如库存管理、定货单管理、维修、建筑物特征等）T时间因素（时间要求和操作次数）,17,二、物料的分类,在选择搬运方法时，最有影响的因素通常是所要搬运的物料。对任何物料搬运问题，先要解决的问题是搬运什么？如果需要搬运的物料只有一种，那我们唯一要做的就是弄清这种物料的特性。如果多种不同的物品，则必须按“物料类别”对它们进行分类。对同一类的物料采用同一方式进行搬运。对所有的物料进行分类，第一可简化分析工作，第二有助于把整个问题化整为零，逐个解决。,18,1分类方法与依据,根据影响物料可运性（即移动的难易程度）的各种特征和影响能否采用同一种搬运方法的其他特征进行分类物理特征通常是影响物料分类的最重要因素。就是说，任何物料的类别通常是按其物理性质来划分的。尺寸（长宽高）重量、密度形状易损性（易碎否、易爆、易污、有毒、腐蚀性）状态（稳定否、热、冷、湿、脏）数量（批量）也特别重要。搬运大量的物品同搬运小量的物品一般是不一样的。另外，从搬运方法和技术分析的观点出发，适当归并产品或物料的类别也很重要。时间（频度、紧迫性、季节性）方面的各项因素，一般急件的搬运成本高，而且要考虑采用不同的方法。间断的物流会引起不同于稳定物流的其他问题。季节的变化也会影响物料的类别。,19,管理特征（法规标准、搬运要求）往往对物料分类有决定作用。麻醉剂，弹药，贵重毛皮，酒类饮料，珠宝首饰和食品等都是一些受政府法规、市政条例、公司规章或工厂标准所制约的典型物品。但在实际分类时，往往起作用的是装有物品的容器。要按物品的实际最小单元（瓶、罐、盒等等）分类，或按最便于搬运的运输单元（瓶子装在纸箱内，衣服包扎成捆，板料放置成叠等等）进行分类，即前面提到的单元化和标准化。在大多数物料搬运问题中都可以把所有物品归纳为810类。,20,2分类程序,（1）形成所有物料的特征表,21,22,（2）分析每种物料或每类物料的各项特征，并在主导、起决定作用的特征下面划标记线。（3）确定物料类别，把那些具有相似的主导特征或特殊影响特征的物料归并为一类。并写出分类说明（4）对物料分类后，如用a、b、c、d表示，即可编制物料特征表。,23,注：按特征相似性分，在实际分类时，往往起作用的是装有物品的容器。尽量按物品的实际最小单元（瓶、罐、盒等等）分类，或按最便于搬运的运输单元（瓶子装在纸箱内，衣服包扎成捆，板料放置成叠等等）进行分类。避免超过15类，在大多数物料搬运问题中都可以把所有物品归纳为810类。,24,三、移动分析,分析移动前，先要分析系统布置，因为布置决定了移动和距离，并影响影响搬运设备和容器的选择。当我们根据现有的布置制订搬运方案时，路线和距离几无更改余地。然而，只要能达到充分节省费用的目的，我们就很可能要改变布置。所以，我们往往要同时对搬运和布置进行分析。如果项目本身要求考虑新的布置，并作为改进搬运方法的规划工作的一部分，那么规划人员就必须把两者结合起来考虑。,25,1、路线,根据现有布局图了解：各项移动的起点、终点、距离直线程度（水平、倾斜、垂直、直线、弯曲）拥挤程度、路面情况环境（室内室外、冷库、清洁卫生区、易爆区）物料搬进运出和穿过的每个作业区所涉及的建筑特点是什么样的（包括地面负荷，厂房高度，柱子间距，屋架支承强度，室内还是室外，有无采暖，有无灰尘等等）；取货、卸货地点、数量、分布,26,2、物流量,单位时间在一条具体路线上移动的物料数量通常单位t/天、t/小时通常要折合成当量物流量,27,3、搬运条件（要求）,数量（批量、频率）时间（要求缓急程度）管理（法规、政策、标准）,28,4、分析方法,（1）流程分析法。每次只观察一类物料，并跟随它沿整个生产过程收集资料，必要时要跟随从原料库到成品库的全过程，然后编制出流程图（表）。当物料品种很少或是单一品种时，常采用此法。,29,30,流程分析法中的流程线路图,某零件接收和检查的物流流程线路分析,31,（2）起迄点分析法。起迄点分析法有两种不同的做法。一种是搬运路线分析法，另一种是区域进出分析法。,32,搬运路线分析法,是通过观察每项移动的起迄点来收集资料，编制搬运路线一览表，每次分析一条路线，收集这条路线上移动的各类物料或各种产品的有关资料，每条路线要编制一个搬运路线表,33,区域进出分析法,每次对一个区域进行观察，收集这个区域运进运出的所有物料的资料，每个区域要编制一个物料进出表数据来源：物流路径图、流程图、相关图,34,所有路线（方向、距离、具体情况）所有物料类别所有移动（每种物料在每条路线上的移动）所有移动物流量、距离、重要性等级（相关图）,5、汇总成搬运活动一览表,35,36,四、各项移动的图表化,图表化是将各项移动的分析结果标注在区域布置图上，达到一目了然的效果。物流图表化的方法有四种，即：物流流程简图、平面布置图上绘制的物流图、坐标指示图和物流距离表。,37,1、物流流程简图 只描述移动顺序，但没表达工作区域位置，没标明距离。只能作为中间分析步骤。2、在布局图上绘制的物流图 在厂区布局图上标明相对位置、距离、物流量、方向。通常绘成直线距离算，其他情况需特别说明。,P,a 600kg,8.0m,作业活动,物料类别、物流量,距离、方向,38,平面布置图上绘制的物流图,39,3 坐标指示图（距离物流量指示图）多用于问题复杂时，用2会太复杂 可绘制单独的搬运活动（每条路线上的每类物料），也可绘制每条路线上的总搬运量。,40,4 物流-距离表,41,5 F-D图,42,五、搬运方案设计,物料搬运方法是物料搬运路线、设备和容器的总和。一个工厂的搬运活动可以采用同一种搬运方法，也可以采用不同的方法。一般情况下，搬运方案都是几种搬运方法的组合。,43,1、物料搬运路线决策,（1）类型直达型D。这种路线上各种物料从起点到终点经过的路线最短。当物流量大、距离短或距离中等时，一般采用这种形式是最经济的，尤其当物料有一定的特殊性而时间又较紧迫时更为有利,44,渠道型K。一些物料在预定路线上移动，同来自不同地点的其他物料一起运到同一个终点。当物流量为中等或少量，而距离为中等或较长时，采用这种形式是经济的。尤其当布置是不规则的分散布置时更为有利。,45,中心型G。各种物料从起点移动到一个中心分拣处或分拨地，然后再运往终点。当物流量小而距离中等或较远时，这种形式是非常经济的。尤其当厂区外形基本上是方整的且管理水平较高时更为有利。特列，环型。,46,（2）选择原则,47,2、物料搬运设备选择,（1）设备分类简单搬运设备 设备便宜，但运转费用高 设备按照迅速方便取放物料设计，不适宜长途运输 适用于距离短、物流量小复杂搬运设备 设备贵，但运转费用低 设备按照迅速方便取放物料设计，不适宜长途运输 适用于距离短、物流量大,48,简单运输设备 设备便宜，但运转费用高 设备长途运输设计，但装卸不太方便 适用于距离短、物流量大复杂运输设备 设备贵，但运转费用低 设备长途运输设计，但装卸不太方便 适用于距离长、物流量大,49,（2）考虑因素 技术适用性 性价比合适（3）选择原则,巷道式堆垛机叉车、输送机,手推车托盘搬运车,集装货车无人驾驶AGV,机动货车,50,3、容器（运输单元）选择,容器（搬运单元）是指物料搬运时的基本装载方式，如散装采用车厢、罐装等，单件采用单件包装、集装器具等。应根据物料特点和设备来选择运输与搬运单元。,51,散装 最简单、便宜 适用于不易被破坏、不引起危险的物料 通常物流数量很大单件 尺寸大，外形复杂 易损，易于抓取或用架子支起的物品 大量的小件物品，如流水线容器或托架 多数物料 物料可用桶、箱、盒组成或运输单元 可减少搬运装卸费 标准化集装单元 尺寸外形都一致 可简化物料分类 最小集装单元（物流模数）：1200mm1000mm 最常见：托盘,52,物流模数,由于物流标准化系统较之其它标准系统建立较晚，所以确定基础模数尺寸主要考虑了目前对物流系统影响最大而又最难改变的事物，即输送设备。采取“逆推法”，由输送设备的尺寸来推算最佳的基础模数。当然，在确定基础模数尺寸时也考虑到了现在已通行的包装模数和已使用的集装设备，并从行为科学的角度研究了人及社会的影响。从其与人的关系看，基础模数尺寸是适合人体操作的最高限尺寸的。物流基础模数：600400mm,53,物流模数：即集装基础模数尺寸。物流标准化的基点建立在集装的基础之上。集装基础模数尺寸可以从600400mm按倍数系列推导出来，也可以在满足 600400mm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。12001000mm为主，也允许1200800mm及11001100mm。,54,六、初步方案汇总,1、常用图示符号路线：直达D、渠道K、中心G设备：输送机、轨道运输、无轨运输、起重机运输单元：散装、包装件、集装单元,55,56,57,2、编制搬运方案,（1）在普通工作表上编制 适用于物料品种少，路线顺次流通无折返,58,（2）在物流图或流程图上编制 无布局信息 物料复杂时不容易看,59,（3）汇总表,60,每条路线上每种物料的搬运方法辅以说明必要的改变（布局、作业计划、生产流程、建筑物、公用设施、道路）搬运设备、人员数量投资数、预期转运费用,61,七、评价与改进,1、SHA与SLP的结合 从前面SHA的设计是可以看到，搬运设计系统时必须考虑布置的具体情况，作为布置设计和搬运系统设计的方法，SLP和SHA有十分密切的关系。SLP和SHA的相互关系1)二者具有共同的目标，其出发点都是力求物流合理化2)SLP和SHA具有相互制约、相辅相成的关系。SLP和SHA的结合1)进行SLP时，尽可能考虑到SHA的需要2)SLP和SHA交叉进行，相互补足,62,SLP和SHA的相互关系,1)二者具有共同的目标，其出发点都是力求物流合理化SLP的重点在于空间的合理规划，使得物流路线最短，在布置时位置合理，尽可能减少物流路线的交叉、迂回、往复现象。SHA的重点在于搬运方法和手段的合理化，即根据所搬运物料的物理特征、数量以及搬运距离、速度和频度等，确定合理搬运方法，选定合适的搬运设备，使搬运系统综合指标达到最优。,63,2)SLP和SHA具有相互制约、相辅相成的关系。如前所述，良好的设施布置和合理的物料搬运系统相结合才能保证物流合理化的实现。在进行设施设计时，必须同时考虑到物料搬运系统的要求，如采用输送带作为主要物料搬运手段，则各种设施应该按输送带的走向呈线性分布；如果采用叉车，则应考虑有适当的通道和作业空间。在进行设施布置设计，如果对物料搬运系统中的临时储存、中间库、成品包装作业场地等未给以足够的注意，则可能造成投产后生产系统物料拥挤混乱的现象。总之，设施布置设计是物料搬运系统设计的前提，而前者则只有通过完善搬运系统才能显示出其合理性。所以说，设施布置设计和物料搬运系统设计是一对搭档。,64,SLP和SHA的结合,一般SLP根据产品的工艺设计进行，即根据产品加工工艺流程的顺序，根据所选定的加工设备规格尺寸，进行布置设计。而SHA则以布置设计为前提选择适当的搬运设备，以及确定搬运工艺。由于二者之间的相辅相成关系，这两个步骤不应孤立地进行：1)进行SLP时，尽可能考虑到SHA的需要SLP的主要依据虽然是产品加工工艺流程和加工设备的规格尺寸，但是，对尚未进行的设计的物料搬运系统仍应有相应的估计。比如：采用连续输送或是单元输送采用传送带、叉车或是其他起重运输机械作为物流缓冲环节的临时储存、中间仓库的数量和规模进料及产品包装、存放的场所切屑、废料的排除方法，等等。要通过对这些因素的考虑尽可能为SHA创造一个良好的前提条件。,65,SLP和SHA的结合,2)SLP和SHA交叉进行，相互补足 SLP是SHA的前提，对大的步骤SLP先于SHA，在设计中可能根据加工设备的规格尺寸和经验数据为物料搬运系统留出必要的空间。但是，由于搬运设备尚未选定，还存在一定的盲目性。当SHA设计之后，可以对SLP的结果进行修正，相互补足，使这两部分工作得到较为完善的结合，实现比较理解的物流合理化。,66,2、技术评价（1）物料搬运活性分析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。,67,68,活性分析图表,平均活性系数=活性系数总和/作业工序数,69,根据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。,70,（2）搬动重量比率分析 搬运重量比率搬运重量累计值/产成品净重量 搬运重量累计值，是把由人力每次取放或移动物品的重量累计后的数值。通过简化与合并搬运作业、减少搬运环节和搬运次数、实行单元化搬运或提高搬运机械化水平等，都可以降低搬运重量比率。,71,（3）空搬运分析 空搬运属于无效搬运，在搬运作业中有许多空搬运是可以减少或消除的，应把它作为分析与改进的对象。空搬运系数小于或等于1为良好。如果大于1的空搬运系数有多个，则把其中最大者作为重点改进对象。,72,总体评价 留待以后说,73,第四节 集装单元设计,一、定义 单件物品、多件物品或散料安排或约束在一起，作为整体单元进行存储、拣取和在两个不同位置之间的移动。集装单元可以是人手拿的单个零件，输送系统上移动的一个箱子，也可以是托盘上的多个箱子，多式联运集装箱，集装箱船只。,74,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；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。,二、实现单元化和标准化,75,1.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(Unit Load)，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。,优点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。易于清点和增加货物堆码层数，更好地利用仓库空间。便于实现装卸搬运机械化，减轻劳动强度，提高工作效率。减少气候的影响，保证货物的质量，加速货物的流转。,76,集装的方式栈板化，将物品加以组装并固定于搬运车或起重机移动的栈板（托盘、平台）上。集装袋，将物品加以组装并固定集装袋或专门设计的小型传送车上。货柜化，将物品加以组装于大型盒子或箱子（主要是集装箱）。,77,2.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。,78,三、集装单元大小对作业完成时间的影响,小 增加运转次数，在制品库存减少大 减少运转次数，在制品库存增加例：,79,四、可回收容器的选择,例：容器尺寸 内尺寸 181111（in）外尺寸 201212拖车厢内尺寸 240120120,80,容器空间利用率存储空间效率,间隙要求,81,容器可嵌套率车厢空间利用率 假定车厢长度方向可摆240/20=12个 宽度 120/12=10 高度 120/12=10 共摆放121010=1200个（前提：所有容器同一个方向码垛）,即6个嵌套的容器占用单个容器的空间,82,车厢容器回收率 车厢高度允许码垛空容器个数=1+=55 车厢可放空容器数量=55=6600 回收率=55 当然应选择上述指标高的容器,83,五、集装单元系统设计,