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1、第七章 物料搬运系统设计,本章的主要内容,1、物料搬运概述；2、物料搬运系统；3、物料搬运系统分析方法SHA；4、搬运系统的改善；5、物料搬运系统分析与设计案例。,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。根据工业工程背景，很快就确定了问题的所在。所用容器箱太大，需要花很多时间才能装满容器箱；冲床成为一个瓶颈，限制了整个系统的生产率。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。,
2、7.1 物料搬运概述1.物料搬运的概念,（1）物料搬运（Material Handling）包括物料（产品、元件或工装夹具）的移动、运输或重新安放，以改变物料的存放状态和空间位置为主要目的的活动。,（3）物料搬运的基本要素：物料、移动和方法。,（2）具体物料搬运作业：搬运装卸转向,2.物料搬运20条原则,（1）规划原则（2）系统化原则（3）物流顺畅原则（4）精简原则（5）利用重力原则（6）利用空间原则（7）集装单元化原则（8）机械化原则（9）自动化原则（10）最少设备原则,2.物料搬运20条原则,（11）标准化原则（12）灵活性原则（13）减轻自重原则（14）充分利用原则（15）维护原则（16
3、）摒弃落后原则（17）控制原则（18）生产能力原则（19）搬运作业效能原则（20）安全原则,3.物料搬运活性分析,（1）活性系数 活性系数：表示物料搬运难易的程度。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。,图1 物料搬运,图1 物料搬运活性系数,（2）活性分析图表 活性系数确定原则,活性分析图表,活性系数平均为2.7,作业工序流程顺序,装入容器中，活性系数为1，放在托盘中，活性系数为2,图2 活性系数分析表示示例,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。
4、2.3以上：从设备、方法方面进一步减少搬运工序数。,4.物料搬运的单元化,（1）单元化的定义 单元化集装单元化或单元载荷(Unit Load)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。,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。,（2）实现单元化的方法集装 集装集装是以最有效地实现物料搬运作为基本条件，把若干物品或散放货物恰当地组合，达到适合于装卸搬运设备和机械操作的程度，这种对货物
5、的处理过程。,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）。,5.物料搬运的标准化,标准化的定义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。,（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，堆码层数，更好地利用仓库空间。,目前ISO及欧洲各国已基本认定以600 mm400mm为基础模数
6、尺寸。,（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）。物流模数尺寸以1200mm1000mm为主，也允许1200mm800mm及1100mm1100 mm 等规格。,图3 物流基础模数与物流模数的尺寸配合关系,7.2 物料搬运系统1.物料搬运系统的概念,物料搬运系统是以物料搬运为主的物流系统，由设备、容器和路线共同构成。,物料搬运系统五个维度：移动、数量、时间、空间和控制。,2.物料控制系统,按Tompkins等人的7R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。”,物料控制系统是现代物料搬运系统
7、不可缺少的灵魂部分。包括零部件编号系统、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。,控制包括对物料物理和状态两个方面物理控制是指对物料的方位、顺序和相互间隙的控制；状态控制是对物料的位置、数量、目的地、初始地、所有者、进度安排的实时状态控制。,3.物料搬运方程式,物料搬运方程式在解决物料搬运问题时，设计者需要考虑6个主要的问题，即6个变量，著名的5W1H法控制。,图4 物流搬运方程式,7.3 物料搬运系统分析方法,物料搬运系统分析方法（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
8、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。,1.物料搬运系统分析方法过程,图5 物料搬运系统分析过程,第I阶段外部衔接要弄清整个区域或所分析区域的全部物料进出搬运活动。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。,第III阶段编制详细搬运方案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。,第IV阶段方案的实施进行必要的准备工作，订购设备，完成人员培训
9、，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。,2.物料的分类,（1）物料的分类方法固体、液体还是气体；单独件、包装件还是散装物料。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。,（2）分类影响因素 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。,（3）物料的分类程序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
10、归并为一类。,3.移动分析,（1）搬运路线分析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。,图6 物料搬运路线表,（2）物料进出表通过对某一个区域运进运出的所有物料资料进行统计，并编制物料进出表。,图7 物料进出表,（3）搬运活动一览表列出所有路线、并排出每条路线的方向、距离和具体情况。列出所有的物料类别；列出各项移动的物流量、运输工作量、搬运活动的具体状况 及相对重要性等级。,表1 搬运活动一览表,（4）各项移动的图表化在布置图上绘制物流图（作业单位相对少）。,图8 在布置图上绘制的
11、物流图,（4）各项移动的图表化坐标指示图：是距离与物流量的指示图（作业单位相对较多）。,图9 距离与物流量指示图,（5）物流距离表在布置方案图上，确定各作业单位物流路线及物流量，同时测得各条路线的距离，编制成物流距离表。,物流 距离表,物流 距离表,（6）F-D图（流量距离图）物料搬运总的费用：,根据上式可得F-D图：,图10 F-D的双曲线,（6）F-D图根据分析，按照物流量和距离的关系，可得F-D图。,图11 某车间F-D图,（7）讨论作业单位物流大，距离远作业单位物流小，距离近,图12 物流与距离关系,（7）讨论,图13 物流与距离关系,（7）讨论,图14 物流与距离关系,7.4 物料搬
12、运方案分析,（1）物料搬运路线物料搬运路线分为直达型D、渠道型K和中心型C：,1.物料搬运方法及选择原则,a、直达型 b、渠道型 c、中心型 图15 搬运路线形式,物料搬运路线的选择，一般根据距离与物流量指示图来分析。,图16 物料搬运路线选择,（2）物料搬运设备选择原则物料搬运设备的选择，一般根据距离与物流量指示图来分析。,图17 物料搬运设备选择,（3）运输单元（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、集装器具等如桶装、纸盒、箱子、板条箱、托盘、托架等。根据物料特点和设备来选择运输与搬运单元。,2.初步物料搬运方案搬运方法：实际上就是以
13、一定形式的搬运设备，与一定形式的运输单元相结合，进行一定模式的搬运活动，以形成一定的搬运路线系统。,SHA方法用的图例符号,图19 SHA图例,（1）在普通表格上表示搬运方法,编制搬运方案：填写工作表格，列出每条线路上每种物料路线系统、搬运设备和运输单元。,图20 物料搬运方法工作表,（2）在汇总表上表示搬运方法,原材料,造粒,D,托盘,a,（1）考虑实际限制条件,3.搬运方案的修改与各需求的计算,同外部衔接的搬运方法；满足生产需要，又要适应长远规划发展；和生产流程或流程设备保持一致；可以利用现有公用设施和辅助设施保证搬运方案的实现；布置方案及对面积、空间条件的限制；建筑物及其结构特征。,（1
14、）考虑实际限制条件,库存制度及存放物料的方法和设备；原有的搬运设备和容器的数量以及适用程度；投资的限制；设计进度和允许的限制；影响工人安全搬运方法。,（2）说明和各项需求的计算,说明每条路线上每种物料的搬运方法；说明其它变动说明，如更改布置、作业计划、生产流程、公用设施、道路；计算搬运设备和人员的需求量；计算投资数和预期的经营费用。,需求计算表,图21 需求计算表,（1）费用比较或财务比较 1)需要的投资 2)经营费用 固定费用 a.资金费用。b.其他固定费用。可变费用,4.方案的评价,4.方案的评价,（2）优缺点比较优缺点比较法是直接把各个方案的优点和缺点列在一张表上。对各方案的优缺点进行分
15、析和比较，从而得到最后方案。,（3）加权因素法主要有以下几个步骤：列出搬运方案需要考虑或包含的因素(或目的)；把最重要的一个因素的加权值定为10，再按相对重要性 规定其余各因素的加权值；标出各比较方案的名称，每一方案占一栏；对所有的方案的每个因素进行打分；计算各方案加权值，并比较各方案的总分。,4.方案的评价,加权因素例题,现有一仓库设计配置有4个方案，需要从中优选。,图22 仓库,物料搬运系统设计 机械与运载工程学院,表4 系统配置方案中有关设备的经济技术参数,解：,1、首先对方案按设备尺寸、工作参数、数量、投资等确定出相应的权重系数Gj，再确定个子项的权重系数Gk，计算各子项的权重系数Gi
16、GjGk。,2、量化,K19.6,图23 设备性能评分经验曲线,2、量化,图24 设备性能评分经验曲线,方案子项量化,3.加权量化评价,由表可知：方案4（选用自行式悬挂式输送机的方案）为最佳。,物料的分类 布置 移动分析,5.详细的搬运方案设计,6.5 搬运作业的改善,分析搬运动作，以ECRS原则来改善；用机器来代替人工作业；搬运动作符合人因学，尽量降低动作级别和劳动强度。,1.生产现场的搬运改善,2.改进搬运的着眼点,整理整顿；注意操作环节；重视放置的方法；减少不合理的搬运；安全轻松的搬运；重视搬运的连接点；,6.5 搬运作业的改善,改善前,改善后,物料搬运系统设计案例,案例1 某药品配送中
17、心分拣库设计一、现状某药品配送中心主要负责周边地区各大药房及医院所需中西药品的配送，药品种类有6500种（中药3000种，西药3500种），日处理订单数约30个，日进出流量1000箱，药箱最大体积为500400340mm。该配送中心有1#、2#两个库区，其中1#库负责中药和西药的整箱出货或者托盘出货；2#库为分拣库，大小为（LBH）：45m25m9m，分拣库负责西药药品拆零出货。分拣库设有3000个西药的拣货货位，其中高频率出货货位占1/3，中低频率出货货位占2/3，拣货货位离地应大于300mm，每个拣货货位需配相应的补货货位。,二、分拣库作业流程分析 根据配送中心的要求，1#库负责客户订单的
18、中药出货和西药的整箱出货或托盘出货，而订单上不足整箱的西药零星出货则是2#库的作业内容，该作业涉及以下几个模块：1补货模块。2拣货模块。3验货、集货模块。4出货模块。5订单信息模块。,三、作业区域规划及相关性分析根据分拣库的作业内容和作业流程，可确定其作业区域配置。拣货区：由货架和通道组成，拣货员按电子标签或拣货单将货架上的药品拣取到拣货箱中，完成拣货作业。补货区：补货人员在此区域完成从补（进）货暂存区到货架存储货位的补货作业。验货区：对拣取完毕的药品与客户订单进行核对，完成验货作业。集货区：作业人员将验货完毕的药品按客户订单理货，将一张订单上的药品集装在一起，便于发货。出货暂存区、补（进）货
19、暂存区和管理办公区。,理清各作业区域之间的相互关系，利用相关分析图来分析各作业单位之间的相互关系：,图26 作业单位相关图,四、物流分析1、物料的分类,图27 物料分类,2物料的移动分析（1）布置图 对物料的移动分析不可避免地要涉及布置。布置决定了和终点之间的距离。拣货区范围ABC区域。,图28 作业区域平面布置图,A高频出货区,C低频出货区,B低频出货区,（2）各项移动的分析 在分析各项移动时，需要掌握一定的资料，这些资料包括；物料（产品物料类别）、路线（起点和终点）和物流（搬运活动）。,表3 搬运活动一览表,（3）各项移动的图表化在布置图上绘制物流图。,图29 在布置图上绘制的物流图,五、
20、初步的物料搬运方案1物料搬运方法的选择（1）搬运路线系统 根据分拣库作业物料搬运的特点，从1#库向2#分拣库补货暂存区的补货、分拣库验货集货区向出货暂存区的搬运以及出货暂存区向1#发货区的发货物流量相对较大采用直接型路线系统，补货暂存区向存储货位的补货采用渠道型路线系统，拣货采用中心型路线系统。（2）物料搬运设备和运输单元结合配送中心的实际情况，物流量小，搬运距离短，故选择简单的搬运设备和输送设备。选用托盘、塑料拣货周转箱和纸箱作为运输单元。,2初步的搬运方案,方案一：采用搬运系统方案表中的原始方案。方案二：将搬运方案表中的原始方案中b和c采用代用方案。方案三：将搬运方案表中的原始方案中a、b
21、、c采用代用方案。方案四：将搬运系统方案表中的原始方案中a、b、c、d都采用代用方案。,六、各项需求的说明和计算 说明每条路线上每种物料的搬运方法。说明搬运方法以外的其他必要的变动，如更改布置、作业计划、生产流程、建筑物、公用设施、道路等。计算搬运设备和人员的需要量。计算投资数和预期的经营费用。,七、方案的评价优缺点比较法,图30 总平面布置图,案例2 线圈搬运的改善1、现状沼津电机厂要验收并压接厂外制造的线圈。交来的线圈每件重量达1040千克。搬运很困难，尤其是女工，而且也不安全，因此决定研究改进物料搬运。,2、分析1）工艺过程,卡车交货称重压接检验下道工序,2、分析2）搬运工序分析,图31 搬运工序分析,2、分析3）搬运活性分析,图32 搬运活性系数分析,3、改进1）着眼点装货卸货次数过多，想办法减少；改进活性系数低的作业工序；缩短移动距离。,2）改进步骤考虑与手推车一起操作（称重、压接、检验）；改变压接机的位置。,4、改进后的搬运工序和布置变化,图33 搬运改善前后的流程图,物料搬运系统设计 机械与运载工程学院,思考题,1、什么是物料搬运活性系数？物料在运动着的分拣机上活性系数为多少？2、在物料搬运中，为什么要强调单元化和标准化？3、物料搬运系统设计的流程？,
