第5章物料搬運系統設計

Chapter5DesignoftheMaterialHandlingSystem1第1頁本章主要內容物料搬運概述

物料搬運概念、物料搬運20條標準、物料搬運活性分析、單元化和標準化、物料搬運方程式。物料搬運系統分析方法SHASHA階段結構、物料分類、布置、移動分析、布置方案分析、SHA與SLP結合。搬運系統改進生產現場搬運改進、改進搬運著眼點。物料搬運(方案)系統評定量化分析方法

2第2頁引導案例一家手表帶廠生產幾個金屬表帶，表帶由若干咬合齒片組成。它工藝是，用沖床沖壓出這些齒片，然后操作工人將生產好元件裝滿容器箱后，將容器箱送往裝配線進行裝配。工廠原來整個生產周期需要48天。顯然這么長時間在激烈競爭環境下是難以接收，于是工廠請李教授尋找問題根源。因為李教授工業工程背景，很快就確定了問題所在。首先是所用容器箱太大，需要花很多時間才能裝滿這種容器箱，其次沖床成為一個瓶頸，限制了整個系統生產率。李教授提出提議是：第一，用小得多容器箱向下游頻繁地傳送元件；第二，增加一臺沖床。這么可將生產周期降到4天。第5章物料搬運系統設計3第3頁5.1物料搬運概述意義：

在中等批量生產車間里，零件在機床上時間僅占生產時間5%，而95%時間消耗在原材料、工具、零件搬運、等候上，物料搬運費用占全部生產費用30-40%。處理重點：掌握物料搬運概念及設計標準物料搬運路線選擇與設計系統搬運分析設計其它物料搬運分析技術4第4頁5.1.1物料搬運概念一、什么是物料搬運系統？物料搬運是指在同一場所范圍內進行、以改變物料存放（支承）狀態（即狹義裝卸）和空間位置（即狹義搬運）為主要目標活動，即對物料、產品、零部件或其它物品進行搬上、卸下、移動活動，如裝卸、移動、分類、堆碼、理貨和取貨等作業都屬于物料搬運活動。系統設計取決于物料特征和種類5第5頁物流界三次革命：（一）合理地改變貨物物流狀態1、石油運輸從桶裝改為散裝—當代超級油輪誕生；2、谷物有袋裝改為散裝—誕生了連續輸送機械和機械化糧食筒倉，使裝卸搬運勞動率提升10-20倍；（二）擴大貨物單元3、集裝箱產生5.1.1物料搬運概念6第6頁在物料裝卸搬運時，要注意三個基本原因：一是距離，距離越短，移動越經濟；二是數量，移動數量越多，每單位移動成本越低；三是工藝流程，流程越短越經濟。5.1.1物料搬運概念7第7頁二、物料搬運系統分析方法（一）流程分析（二）起訖點分析（三）物料流量分析（四）搬運高度分析5.1.1物料搬運概念8第8頁三、搬運方式分析搬運方式是指搬運時采取何種線路，搬運對象采取何種單位來運作，線路是否重復行走，物料是否合并傳送等，要依據整個區域物流運作情況、設備使用情況和物料搬運量多少來進行整體規劃。5.1.1物料搬運概念9第9頁5.1.2物料搬運標準國際物料管理協會下屬物料搬運研究所濃縮數十年物料搬運教授經驗，總結出了物料搬運20條標準：美國物料搬運教育大學與產業聯絡理事會(CICMHE)將其深入濃縮為10條標準，以下所表示：(1)規劃標準。全方面考慮需求、作業目標和功效要求來規劃全部物料搬運和物料存放工作。(2)標準化標準。物料搬運方法、設備、器具、控制和軟件應標準化，以到達系統總體作業目標，且不犧牲靈活性、模塊化和吞吐量要求。(3)工作標準。物料搬運工作應該盡可能最少，且到達作業所需生產率和服務水平。工作衡量能夠用運量乘以運距來衡量，即W=F*D。(4)人機工效標準。在設計物料搬運作業和選擇設備時，要考慮人作業能力和不足，以確保安全和有效作業。(5)集裝單元化標準。盡可能采取標準容器與裝載工具集裝物料，以利搬運過程標準化、集裝化。10第10頁(6)充分利用空間標準。最大可能地充分利用建筑物整個空間，包含高度方向。不要忘了往上看。(7)系統化標準。盡可能廣泛地把各種搬運活動看成一個整體，使之組成相互協調搬運系統。其范圍包含收貨、檢驗、儲存、生產、檢驗、包裝、成品儲存、發貨、運輸和反向物流等。(8)自動化標準。應該采取合理作業機械化和/或自動化，以提升作業效率、反應速度和一致性，降低成本并消除重復性和有潛在不安全性人工作業。(9)環境標準。在設計物料搬運系統和選擇設備時，應該將對環境影響和能量消耗作為一個主要依據。(10)全生命周期成本標準。對全部物料搬運設備和最終物料搬運系統，應該作出它們在整個生命周期內全方面深入經濟分析。5.1.2物料搬運標準11第11頁5.1.3物料搬運活性分析用物料活性系數來衡量物料搬運難易程度，這也是物流分析一個主要指標。12第12頁1．活性系數

搬運處于靜止狀態物料時，需要考慮搬運作業所必需人工作業。物料搬運難易程度稱為活性。我們用活性系數來衡量，所費人工越多，活性就越低。反之，所需人工越少，活性越高，但對應投資費用也越高。13第13頁散放在地上物料要運走，需要經過集中、搬起、升起和運走四次作業，所需人工作業最多，即活性水平最低，即活性系數定為0。活性指數確定標準見下表所表示。在對物料活性有所了解情況下，能夠利用活性理論，改進搬運作業。14第14頁2．活性分析圖表搬運作業活性分析圖。考慮提升一些作業活性系數，如活性系數為0散放，經過放入容器中（活性系數為1）或碼放在托盤上（活性系數為2），來提升搬運活性，提升工作效率。計算平均活性系數。圖中平均值2.7由下式計算：平均活性系數=活性系數總和/作業工序數15第15頁這么，由平均活性系數大小，能夠采取以下不一樣改進方法：低于0.5：有效利用集裝器具、手推車。0.5~1.3：有效利用動力搬運車、叉車、卡車。1.3~2.3：有效利用傳送帶、自動導引車。2.3以上：從設備、方法方面深入降低搬運工序數。總之，活性系數越高，所需人工越少，但設備投入越多。在進行搬運系統設計時，不應機械地認為活性系數越高越好，而應綜合考慮。16第16頁5.1.4物料搬運單元化與標準化1.單元化

物料實施單元化后改變了物料散放狀態，提升了搬運活性指數，易于搬運，同時也改變了堆放條件，能更加好地利用倉庫面積和空間；2.標準化實現標準化能合理，充分地利用搬運設備、設施，提升生產率和經濟效益。17第17頁1.單元化單元化是將不一樣狀態和大小物品，集裝成一個搬運單元，便于搬運作業。也叫做集裝單元化或單元載荷(UnitLoad)，它是物料搬運中最主要一個概念。集裝單元能夠是托盤、箱、袋、筒和集裝箱等，其中以托盤和集裝箱應用最為廣泛。采取單元化主要優點是增加了一次搬運更多物品能力，降低了搬運次數，降低搬運成本、降低裝卸次數和物品破損。18第18頁2.標準化Standardization標準化是指物品包裝與集裝單元尺寸（如托盤尺寸，包箱尺寸等）要符合一定標準模數，倉庫貨架、運輸車輛、搬運機械也要依據標準模數決定其主要性能參數。有利于物流系統中各個步驟協調配合，在易地中轉等作業時不用換裝，提升通用性，降低搬運作業時間，減輕物品散失、損壞，從而節約費用。19第19頁1)物流基礎模數物流基礎模數尺寸是標準化基礎，它作用和建筑模數尺寸作用大致相同，其考慮基點主要是簡單化。當前ISO中央秘書處及歐洲各國已基本認定以600mm×400mm為基礎模數尺寸，我國尚在研究。20第20頁2)物流模數物流模數即集裝單元基礎模數尺寸（即最小集裝尺寸）。集裝單元基礎模數尺寸，能夠從600mm×400mm按倍數系列推導而來，也能夠在滿足600mm×400mm基礎模數前提下，從卡車或大型集裝箱分割系列推導出來。物流模數尺寸以1200mm×1000mm為主，也允許1200mm×800mm及1100mm×1100mm等規格。21第21頁物流基礎模數尺寸與集裝單元基礎模數尺寸配合關系，以集裝單元基礎模數尺寸1200mm×l000mm為例，如圖所表示。歐式托盤尺寸為1200×800mm，日式托盤為1100mm方托盤，美式為48×40英寸，試問它們能夠由幾個物流基礎模數尺寸組成？以圖示之。2.標準化Standardization22第22頁良好配合關系便于全球通用化和一體化，比如第三代歐洲標準可堆式物流周轉箱五種規格是300×200×165400×300×165400×300×295600×400×295600×400×165，適合1200×1000國際標準和1200×800歐洲標準托盤。2.標準化Standardization23第23頁2.標準化Standardization第24頁5.1.5物料搬運方程式物料搬運系統設計是一個十分復雜問題，設計人員必須含有相當多操作方面知識，以及物料搬運方面軟件和硬件知識。物料搬運系統有效設計需要設計人員從內到外地了解問題，設計出有效處理方案。物料搬運方程式在處理物料搬運問題各個方面都被證實十分有用。設計者需要考慮6個主要問題，即6個變量。這六個變量就是著名5W1H法（六問法），如圖所表示。25第25頁5.2搬運系統分析方法搬運系統分析(SystemHandlingAnalysis,SHA)是繆瑟提出一個系統分析方法，適合用于一切物料搬運項目。SHA方法包含：一個處理問題方法；一系列依次進行步驟和一整套關于統計、評定等級和圖表化圖例符號。26第26頁物料搬運系統分析過程如圖所表示。27第27頁5.2.1SHA階段結構第I階段——外部銜接。這個階段要搞清整個區域或所分析區域全部物料進出搬運活動。在這之前，先要考慮所分析區域以外物料搬運活動，就是把區域內詳細物料搬運問題同外界情況或外界條件聯絡起來考慮。第II階段——編制總體搬運方案。這個階段要確定各主要區域之間物料搬運方法。對物料搬運基本路線系統、搬運設備大致類型以及運輸單元或容器做出總體決議。28第28頁5.2.1SHA階段結構第III階段——編制詳細搬運方案。這個階段要考慮每個主要區域內部各工作地點之間物料搬運，要確定詳細物料搬運方法。比如，各工作地點之間詳細采取哪種路線系統、設備和容器，假如說，第II階段是分析工廠內部各車間或各廠房之間物料搬運問題，那么第III階段就是分析從一個詳細工位到另一個工位或者從一臺設備到另一臺設備物料搬運問題。第IV階段——方案實施。任何方案都要在實施之后才算完成。這個階段要進行必要準備工作，訂購設備，完成人員培訓，制訂并實現詳細搬運設施安裝計劃，以及后面實施與管理。上述四個階段是按時間次序依次進行。不過為取得最好效果，各階段在時間上應有所交叉重合。總體方案和詳細方案編制是物流系統規劃設計人員主要任務。29第29頁物料搬運系統分析時所需輸入主要數據是：P——產品或物料（部件、零件、商品）Q——數量（銷售量或協議訂貨量）R——路線（操作次序和加工過程）S——后勤與服務（如庫存管理、定貨單管理、維修等）T——時間原因（時間要求和操作次數）30第30頁5.2.2物料分類（1）搬運物料只有一個，那我們唯一要做就是搞清這種物料特征。（2）假如各種不一樣物品，則必須按“物料類別”對它們進行分類。（3）對同一類物料采取同一方式進行搬運。對全部物料進行分類，第一可簡化分析工作，第二有利于把整個問題化整為零，逐一處理。31第31頁1．物料分類方法物料分類基本方法是：固體、液體還是氣體；單獨件、包裝件還是散裝物料。SHA物料分類是依據影響物料可運性（即移動難易程度）各種特征和影響能否采取同一個搬運方法其它特征進行分類。物理特征通常是影響物料分類最主要原因。數量也尤其主要。時間方面各項原因。特殊控制問題往往對物料分類有決定作用。32第32頁1．物料分類方法物理特征通常是影響物料分類最主要原因。就是說，任何物料類別通常是按其物理性質來劃分。數量也尤其主要。搬運大量物品同搬運小量物品普通是不一樣。另外，從搬運方法和技術分析觀點出發，適當歸并產品或物料類別也很主要。時間方面各項原因，普通急件搬運成本高，而且要考慮采取不一樣方法。間斷物流會引發不一樣于穩定物流其它問題。季節改變也會影響物料類別。特殊控制問題往往對物料分類有決定作用。麻醉劑，彈藥，珍貴毛皮，酒類飲料，珠寶首飾和食品等都是一些受政府法規、市政條例、企業規章或工廠標準所制約經典物品。33第33頁但在實際分類時，往往起作用是裝有物品容器。要按物品實際最小單元（瓶、罐、盒等等）分類，或按最便于搬運運輸單元（瓶子裝在紙箱內，衣服包扎成捆，板料放置成疊等）進行分類，即前面提到單元化和標準化。34第34頁2．物料分類程序

把生產系統所需儲運全部物料按搬運和儲存技術要求進行分類，要尤其注意它們形式、特征和性質，因為這些原因影響搬運和儲存技術要求最大。普通可分為8個基本類型：散裝物料——如煤、型砂等；板料、型材——如金屬、塑料等；單件物料——如大型機械部件；桶裝料——如油、各種粉料；箱盒裝料——如各種小零件；袋裝料——如各種粉料；罐裝料——如各種氣體、液體、粉料；其它。普通歸為8－10類，防止超出15類35第35頁物料分類應按以下程序進行：列表標明全部物品或分組歸并物品名稱。統計其物理特征或其它特征。分析每種物料或每類物料各項特征，并在主導、起決定作用特征下面劃標識線。確定物料類別，把那些含有相同主導特征或特殊影響特征物料歸并為一類。對物料分類后，如用a、b、c、d表示，即可編制物料特征表。2．物料分類程序

36第36頁5.2.3布置對物料判別并分類后，依據SHA模式，下一步就是分析物料移動。分析移動前，先要分析系統布置，因為布置決定了移動和距離，并影響搬運設備和容器選擇。1．布置對搬運影響當我們依據現有布置制訂搬運方案時，路線和距離幾無更改余地。然而，只要能到達充分節約費用目標，我們就很可能要改變布置。所以，我們往往要同時對搬運和布置進行分析。假如項目本身要求考慮新布置，并作為改進搬運方法規劃工作一部分，那么規劃人員就必須把二者結合起來考慮。37第37頁2．對系統布置分析對物料搬運分析來說，我們需要從布置中了解信息，基本上有四點：1)每項移動起訖點（提取和放下地點）詳細位置在哪里；2)有哪些路線及這些路線上有哪些物料搬運方法，是在規劃之前已經確定了，還是只大致上要求；3)物料搬進運出和穿過每個作業區所包括建筑特點是什么樣（包含地面負荷，廠房高度，柱子間距，屋架支承強度，室內還是室外，有沒有采暖，有沒有灰塵等等）；4)物料運進運出每個作業區內進行什么工作，作業區內部分已經有（或大致規劃）安排或大約是什么樣布置。38第38頁當進行某個區域搬運分析時，應該先取得或先準備好這個區域布置草圖、藍圖或規劃圖，這是非常有用。假如分析一個廠區內若干建筑物之間搬運活動，那就要廠區總體布置圖；假如分析一個加工車間或裝配車間內兩臺機器之間搬運活動，那就要這兩臺機器所在區域詳細布置圖。總之，當我們最終確定搬運方法時，我們選擇方案必須是建立在物料搬運作業與詳細布置相結合基礎之上。2．對系統布置分析39第39頁5.2.4移動分析1．搜集各項移動分析資料。在分析各項移動時，需要掌握資料包含：物料分類，路線起訖點、搬運路徑和詳細情況，以及物流量和物流條件。2．移動分析方法：1)流程分析法。每次只觀察一類物料，并跟隨它沿整個生產過程搜集資料，必要時要跟隨從原料庫到成品庫全過程，然后編制出流程圖當物料品種極少或是單一品種時，常采取此法。2)起迄點分析法。起迄點分析法又有兩種不一樣做法。一個是搬運路線分析法，另一個是區域進出分析法。40第40頁5.2.4移動分析工藝流程圖第41頁1）

流

程

分

析

法5.2.4移動分析ffff42第42頁流程分析法中流程線路圖某零件接收和檢驗物流流程線路分析43第43頁搬運線路一覽表物料進出表2）起迄點分析法之搬運路線分析法第44頁2）起迄點分析法之搬運路線分析法是經過觀察每項移動起迄點來搜集資料，編制搬運路線一覽表，每次分析一條路線，搜集這條路線上移動各類物料或各種產品相關資料，每條路線要編制一個搬運路線表，以下表。45第45頁2）起迄點分析法之區域進出分析法每次對一個區域進行觀察，搜集這個區域運進運出全部物料資料，每個區域要編制一個物料進出表，以下表。46第46頁4．各項移動圖表化圖表化是將各項移動分析結果標注在區域布置圖上，到達一目了然效果。各種移動圖表化是SHA模式中一個主要步驟。物流圖表化方法有三種，即：物流流程簡圖、平面布置圖上繪制物流圖和坐標指示圖。其中平面布置圖上繪制物流圖因為注明了準確位置和距離，可用于選擇搬運方案，例子如圖6所表示。坐標指示圖是距離與物流量指示圖，如圖7所表示。

47第47頁4．各項移動圖表化48第48頁坐標指示圖

距離與物流量指示圖，以下列圖49第49頁物流圖第50頁平面布置圖上繪制物流圖51第51頁5.2.5搬運方案分析物料搬運方法是物料搬運路線、設備和容器總和。一個工廠搬運活動能夠采取同一個搬運方法，也能夠采取不一樣方法。普通情況下，搬運方案都是幾個搬運方法組合。52第52頁1．物料搬運方法及選擇標準1）物料搬運路線特點及選擇標準。2）物料搬運設備選擇標準。3）選擇容器。53第53頁1）物料搬運路線特點及選擇標準。物料搬運路線分為直達型D、渠道型K和中心型C：直達型。這種路線上各種物料從起點到終點經過路線最短。當物流量大、距離短或距離中等時，普通采取這種形式是最經濟，尤其當物料有一定特殊性而時間又較緊迫時更為有利渠道型。一些物料在預定路線上移動，同來自不一樣地點其它物料一起運到同一個終點。當物流量為中等或少許，而距離為中等或較長時，采取這種形式是經濟。尤其當布置是不規則分散布置時更為有利。中心型。各種物料從起點移動到一個中心分揀處或分撥地，然后再運往終點。當物流量小而距離中等或較遠時，這種形式是非常經濟。尤其當廠區外形基本上是方整且管理水平較高時更為有利。54第54頁55第55頁2）物料搬運設備選擇標準。下列圖所表示為距離與物流量指示圖，(a)為物料搬運三種形式選擇圖，注意：若物流量大而距離又長，則說明這么布置不合理。物料搬運設備選擇標準。這時要依據距離與物流量指示來確定設備類別，見圖(b)。我們普通把設備分成四類，綜合距離和物流量兩個指標來選擇。56第56頁設備按技術或詳細性能分類時，可分為起重機、輸送機、無軌搬運車輛和有軌搬運設備。比如，簡單搬運設備如二輪手推車，復雜搬運設備如狹通道帶夾具叉車；簡單運輸設備如機動貨車，復雜運輸設備如電子控制無人駕駛車輛AGV。2）物料搬運設備選擇標準。57第57頁2）物料搬運設備選擇標準。第58頁3）選擇容器。容器（搬運單元）是指物料搬運時基本裝載方式，如散裝采取車廂、罐裝等，單件采取單件包裝、集裝器具等。應依據物料特點和設備來選擇運輸與搬運單元。確定了物料方法也就完成了物料搬運初步方案大部分工作。結合實際條件和限制，對初步方案進行分析、評價和修改后，就能夠進入搬運方案詳細設計階段。59第59頁5.3搬運作業改進搬運系統設計只進行一次，但因為企業運行后，受到內外各種原因影響，要不時進行產品、工藝、原材料等調整，這些都會影響到搬運系統。所以在實際工作中經常碰到是搬運作業改進和搬運系統改進問題。

60第60頁5.3.1生產現場搬運改進在生產現場物料搬運中還大量存在著原始搬運動作，如：抓取捆扎提升擺上放下壘高挪動重新取向翻轉等，人們分析這些搬運動作，然后以機器來模擬、取代人工作業。仿生帶給我們改進啟迪。61第61頁在人工搬運還大量存在時，物料搬運系統設計和改進必需考慮人機工程學原因。比如，站立搬運操作時，操作者腰部附近20%高度區域，即手臂自然下垂時前臂區域是黃金區域，在這個區域內操作時，操作者不需彎腰或翹腳、登高。所以可考慮工作臺面、手推車、擱架高度盡可能在此區域；若是以人手進行搬運作業時，腰部以下高度用于大重物品，腰部以上高度用于輕小物品，以利于工作效率和人貨雙重安全。沒有實現全自動化物料搬運系統有許多重復性手工作業，在系統設計和改進時要考慮動作經濟標準，盡可能降低人體動作等級、勞動強度。這方面詳細內容請參見工效學方面書籍。5.3.1生產現場搬運改進62第62頁5.3.2改進搬運著眼點1．首先是整理整理2．注意操作步驟3．重視放置方法4．降低不合理搬運5．安全輕松搬運6．應重視搬運連接點有了上述六項著眼點，我們就會發覺問題，然后分析問題、處理問題，即用作業分析、工序分析等方法找到問題癥結所在，再用ECRS標準來改進搬運系統。63第63頁1．首先是整理整理對于日復一日工作場所，大多數人會因為習慣而忽略存在問題。另外，因為廠房狹小，設備陳舊，要改進環境就必須改進設備設施，購置搬運機械和材料，而企業又不愿投入資金，也會讓有些人放棄改進搬運打算。在這種情況下，首先要從整理入手確保安全通道通暢。只要進行了整理，無須多費腦筋，就能改進工作環境，提升安全生產系數，大大省去物料無須要移動，預防物料誤用，從而大幅度提升工作效率。整理還有一個好處就是，便于發覺以前忽略問題，找到一個改進方法。64第64頁2．注意操作步驟搬運這個詞，輕易讓人聯想到平面移動物體，但上下移動物體更費時間和體力。這要引發注意，比如用起重機搬運重物時，掛上掛鉤，解開掛兜索是最費時間，也比較輕易出安全事故。向上吊起和移動只要按一下按鈕就能夠，操作很簡單，時間也短。如搬運物體時要進行舉起、翻轉操作，我們把這種操作叫做再操作，用RH表示，比如再操作是5次話就用RH5表示。要到達改進搬運方式目標，就要降低再操作次數，對無須可少再操作，就只有想方法怎樣有效而安全地進行操作。65第65頁3．重視放置方法注意搬運物料、工具放至地方。搬運有一定數量物體時，搜集在一起搬運，能夠提升效率，所以通常把它們裝入袋內、箱子或捆在一起打包。假如把要搬運物體擺放在托盤上，就能夠方便地用叉車操作了。從前面介紹活性系數我們知道，活性系數越高，越便于搬運。關鍵在于我們在實際中靈活應用。66第66頁4．降低不合理搬運在工廠里，時常會有我們