第五章 物流搬运系统设计.pptVIP

1 第5章物料搬运系统设计Chapter5DesignoftheMaterialHandlingSystem 2 本章主要内容 物料搬运概述物料搬运的概念 物料搬运的20条原则 物料搬运活性分析 单元化和标准化 物料搬运方程式 物料搬运系统分析方法SHASHA的阶段结构 物料分类 布置 移动分析 布置方案分析 SHA与SLP的结合 搬运系统的改善生产现场的搬运改善 改进搬运的着眼点 物料搬运 方案 系统评估的量化分析方法 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 于是工厂请李教授寻找问题根源 由于李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 李教授提出的建议是 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 第5章物料搬运系统设计 4 5 1物料搬运概述 意义 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 解决重点 掌握物料搬运的概念及设计原则物料搬运路线的选择与设计系统搬运分析设计其他物料搬运分析技术 5 5 1 1物料搬运的概念 一 什么是物料搬运系统 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 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 系统的设计取决于物料的特性和种类 6 物流界的三次革命 一 合理地改变货物的物流状态1 石油运输从桶装改为散装 现代超级油轮的诞生 2 谷物有袋装改为散装 诞生了连续输送机械和机械化粮食筒仓 使装卸搬运劳动率提高10 20倍 二 扩大货物单元3 集装箱的产生 5 1 1物料搬运的概念 7 在物料装卸搬运时 要注意三个基本因素 一是距离 距离越短 移动越经济 二是数量 移动的数量越多 每单位移动的成本越低 三是工艺流程 流程越短越经济 5 1 1物料搬运的概念 8 二 物料搬运系统的分析方法 一 流程分析 二 起讫点分析 三 物料流量分析 四 搬运高度分析 5 1 1物料搬运的概念 9 三 搬运方式分析搬运方式是指搬运时采用何种线路 搬运的对象采用何种单位来运作 线路是否重复行走 物料是否合并传送等 要根据整个区域的物流运作情况 设备的使用情况和物料搬运量的多少来进行整体规划 5 1 1物料搬运的概念 10 5 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 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 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 5 1 2物料搬运的原则 12 5 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 13 1 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 14 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 15 2 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 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 16 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 17 5 1 4物料搬运的单元化与标准化 1 单元化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 标准化实现标准化能合理 充分地利用搬运设备 设施 提高生产率和经济效益 18 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 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 19 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 20 1 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 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 21 2 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 22 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 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 2 标准化Standardization 23 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 165400 300 165400 300 295600 400 295600 400 165 适合1200 1000国际标准和1200 800欧洲标准托盘 2 标准化Standardization 2 标准化Standardization 25 5 1 5物料搬运方程式 物料搬运系统设计是一个十分复杂的问题 设计人员必须具有相当多的操作方面的知识 以及物料搬运方面软件和硬件的知识 物料搬运系统的有效设计需要设计人员从内到外地理解问题 设计出有效的解决方案 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 如图所示 26 5 2搬运系统分析方法 搬运系统分析 SystemHandlingAnalysis 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 27 物料搬运系统分析过程如图所示 28 5 2 1SHA阶段结构 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 29 5 2 1SHA阶段结构 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 30 物料搬运系统分析时所需输入的主要数据是 P 产品或物料 部件 零件 商品 Q 数量 销售量或合同订货量 R 路线 操作顺序和加工过程 S 后勤与服务 如库存管理 定货单管理 维修等 T 时间因素 时间要求和操作次数 31 5 2 2物料的分类 1 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 2 如果多种不同的物品 则必须按 物料类别 对它们进行分类 3 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 32 1 物料的分类方法 物料分类的基本方法是 固体 液体还是气体 单独件 包装件还是散装物料 SHA的物料分类是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的 物理特征通常是影响物料分类的最重要因素 数量也特别重要 时间方面的各项因素 特殊控制问题往往对物料分类有决定作用 33 1 物料的分类方法 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 数量也特别重要 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 特殊控制问题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 34 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 进行分类 即前面提到的单元化和标准化 35 2 物料分类的程序 把生产系统所需储运的全部物料按搬运和储存的技术要求进行分类 要特别注意它们的形式 特征和性质 因为这些因素影响搬运和储存的技术要求最大 一般可分为8个基本类型 散装物料 如煤 型砂等 板料 型材 如金属 塑料等 单件物料 如大型机械部件 桶装料 如油 各种粉料 箱盒装料 如各种小零件 袋装料 如各种粉料 罐装料 如各种气体 液体 粉料 其他 一般归为8 10类 避免超过15类 36 物料分类应按以下程序进行 列表标明所有的物品或分组归并的物品的名称 记录其物理特征或其他特征 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 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 对物料分类后 如用a b c d表示 即可编制物料特征表 2 物料分类的程序 37 5 2 3布置 对物料鉴别并分类后 根据SHA的模式 下一步就是分析物料的移动 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 并影响搬运设备和容器的选择 1 布置对搬运的影响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 38 2 对系统布置的分析 对物料搬运分析来说 我们需要从布置中了解的信息 基本上有四点 1 每项移动的起讫点 提取和放下的地点 具体位置在哪里 2 有哪些路线及这些路线上有哪些物料搬运方法 是在规划之前已经确定了的 还是只大体上规定的 3 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 4 物料运进运出的每个作业区内进行什么工作 作业区内部分已有的 或大体规划的 安排或大概是什么样的布置 39 当进行某个区域的搬运分析时 应该先取得或先准备好这个区域的布置草图 蓝图或规划图 这是非常有用的 如果分析一个厂区内若干建筑物之间的搬运活动 那就要厂区总体布置图 如果分析一个加工车间或装配车间内两台机器之间的搬运活动 那就要这两台机器所在区域的详细布置图 总之 当我们最后确定搬运方法时 我们选择的方案必须是建立在物料搬运作业与具体布置相结合的基础之上的 2 对系统布置的分析 40 5 2 4移动分析 1 收集各项移动分析的资料 在分析各项移动时 需要掌握的资料包括 物料的分类 路线的起讫点 搬运路径和具体情况 以及物流量和物流条件 2 移动分析方法 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 然后编制出流程图当物料品种很少或是单一品种时 常采用此法 2 起迄点分析法 起迄点分析法又有两种不同的做法 一种是搬运路线分析法 另一种是区域进出分析法 5 2 4移动分析 工艺流程图 42 1 流程分析法 5 2 4移动分析 ffff 43 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 搬运线路一览表 物料进出表 2 起迄点分析法之搬运路线分析法 45 2 起迄点分析法之搬运路线分析法 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 如下表 46 2 起迄点分析法之区域进出分析法 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 如下表 47 4 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 各种移动的图表化是SHA模式中的一个重要步骤 物流图表化的方法有三种 即 物流流程简图 平面布置图上绘制的物流图和坐标指示图 其中平面布置图上绘制的物流图由于注明了准确位置和距离 可用于选择搬运方案 例子如图6所示 坐标指示图是距离与物流量的指示图 如图7所示 48 4 各项移动的图表化 49 坐标指示图距离与物流量的指示图 如下图 物流图 51 平面布置图上绘制的物流图 52 5 2 5搬运方案分析 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 53 1 物料搬运方法及选择原则 1 物料搬运路线的特点及选择原则 2 物料搬运设备选择原则 3 选择容器 54 1 物料搬运路线的特点及选择原则 物料搬运路线分为直达型D 渠道型K和中心型C 直达型 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渠道型 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 中心型 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 55 56 2 物料搬运设备选择原则 下图所示为距离与物流量指示图 a 为物料搬运三种形式选择图 注意 若物流量大而距离又长 则说明这样的布置不合理 物料搬运设备选择原则 这时要根据距离与物流量指示来确定设备的类别 见图 b 我们一般把设备分成四类 综合距离和物流量两个指标来选择 57 设备按技术或具体性能分类时 可分为起重机 输送机 无轨搬运车辆和有轨搬运设备 例如 简单的搬运设备如二轮手推车 复杂的搬运设备如狭通道带夹具的叉车 简单的运输设备如机动货车 复杂的运输设备如电子控制的无人驾驶车辆AGV 2 物料搬运设备选择原则 2 物料搬运设备选择原则 59 3 选择容器 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 确定了物料方法也就完成了物料搬运初步方案的大部分工作 结合实际条件和限制 对初步方案进行分析 评价和修改后 就可以进入搬运方案的详细设计阶段 60 5 3搬运作业的改善 搬运系统的设计只进行一次 但由于企业运营后 受到内外各种因素的影响 要不时进行产品 工艺 原材料等的调整 这些都会影响到搬运系统 因此在实际工作中经常碰到的是搬运作业的改善和搬运系统的改进问题 61 5 3 1生产现场的搬运改善 在生产现场的物料搬运中还大量存在着原始的搬运动作 如 抓取捆扎提升摆上放下垒高挪动重新取向翻转等 人们分析这些搬运动作 然后以机器来模拟 取代人工作业 仿生带给我们改进的启迪 62 在人工搬运还大量存在时 物料搬运系统的设计和改善必需考虑人机工程学的因素 例如 站立搬运操作时 操作者腰部附近20 高度的区域 即手臂自然下垂时前臂的区域是黄金区域 在这个区域内操作时 操作者不需弯腰或翘脚 登高 因此可考虑工作台面 手推车 搁架高度尽量在此区域 若是以人手进行搬运作业时 腰部以下的高度用于大重物品 腰部以上的高度用于轻小物品 以利于工作效率和人货的双重安全 没有实现全自动化的物料搬运系统有许多重复性的手工作业 在系统设计和改善时要考虑动作经济原则 尽量降低人体的动作等级 劳动强度 这方面的详细内容请参见工效学方面的书籍 5 3 1生产现场的搬运改善 63 5 3 2改进搬运的着眼点 1 首先是整理整顿2 注意操作环节3 重视放置方法4 减少不合理搬运5 安全轻松的搬运6 应重视搬运的连接点有了上述六项着眼点 我们就会发现问题 然后分析问题 解决问题 即用作业分析 工序分析等方法找到问题的症结所在 再用ECRS原则来改进搬运系统 64 1 首先是整理整顿 对于日复一日的工作场所 大多数人会因为习惯而忽视存在的问题 另外 因为厂房狭小 设备陈旧 要改善环境就必须改善设备设施 购买搬运的机械和材料 而公司又不愿投入资金 也会让有些人放弃改进搬运的打算 在这种情况下 首先要从整理入手确保安全通道的通畅 只要进行了整理 不必多费脑筋 就能改善工作环境 提高安全生产系数 大大省去物料不必要的移动 防止物料的误用 从而大幅度提高工作效率 整理还有一个好处就是 便于发现以前忽视的问题 找到一个改进的办法 65 2 注意操作环节 搬运这个词 容易让人联想到平面移动物体 但上下移动物体更费时间和体力 这要引起注意 例如用起重机搬运重物时 挂上挂钩 解开挂兜索是最费时间的 也比较容易出安全事故 向上吊起和移动只要按一下按钮就可以 操作很简单 时间也短 如搬运物体时要进行举起 翻转的操作 我们把这种操作叫做再操作 用RH表示 比如再操作是5次的话就用RH5表示 要达到改善搬运方式的目的 就要减少再操作的次数 对不必可少的再操作 就只有想办法怎样有效而安全地进行操作 66 3 重视放置方法 注意搬运物料 工具的放至地方 搬运有一定数量的物体时 收集在一起搬运 可以提高效率 因此通常把它们装入袋内 箱子或捆在一起打包 如果把要搬运的物体摆放在托盘上 就可以方便地用叉车操作了 从前面介绍的活性系数我们知道 活性系数越高 越便于搬运 关键在于我们在实际中灵活应用 67 4 减少不合理搬运 在工厂里 时常会有我们不太注意的搬运是否合理 例如某次搬运的步骤如下 去取挂钩起吊用的挂兜索