第6章 物料搬运系统设计

第6章 物料搬运系统设计

第 6 章 物料搬运系统设计 Chapter 6 Design of the Material Handling System 2004-11-8 1 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。 2 6.1 物料搬运概述 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 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。 3 6.1.1 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， 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。 4 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 5 6.1.2 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。 6 10 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。 7 6.1.3 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。 8 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。 9 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。 10 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 11 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。 12 6.1.4 物料搬运的单元化与标准化 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； 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。 13 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。 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。 14 1. 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？ 15 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。 16 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 。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 600 mm×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。 17 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×1100 mm 等规格。 18 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。 19 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。 20 6.2 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。 21 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。 22 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。 23 6.2.1 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 ）。 24 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。 控制包括对物料物理和状态两个方面的控制。 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。 据统计，物料搬运涉及企业 25% 雇员的工作，占有 55% 的工厂空间和 87% 的生产时间。 物料搬运占制造产品总成本的 15~70% ； 3~5% 的产品由于搬运不当而受损；而且， 50% 以上的工伤事故起源于物料搬运。 总之，通过改善对物料的控制，尤其是采用信息系统来管理，可以降低库存量、减少盗窃、提高安全性，使物料搬运成为降低企业总成本的一种方法。 25 6.2.2 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 6.3 搬运系统分析方法 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。 27 物料搬运系统分析过程如图所示。 28 6.3.1 SHA 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 6.3.1 SHA 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 6.3.2 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。 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 8~10 类。 35 2 ．物料分类的程序 根据物料的主要特征，对所调查物品进行经验判断，编制物料特征表，如下。 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。 37 6.3.3 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。 40 6.3.4 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，参见第 2 章表 2-7 、表 2-8 。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。 41 流程分析法 42 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 43 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。 44 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。 45 把所收集的资料汇总，编制搬运活动一览表。 其中，需要对每条路线、每类物料和每项移动的相对重要性进行标定， 即是著名的 A 、 E 、 I 、 O 、 U 来划分等级。 3 ．搬运活动一览表 46 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 6-6 所示。坐标指示图是距离与物流量的指示图，如图 6-7 所示。 47 平面布置图上绘制的物流图 48 坐标指示图距离与物流量的指示图，如下图 49 6.3.5 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。 50 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。 51 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。 52 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。 53 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 。 54 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。 55 2 ．搬运方案的详细设计 搬运方案的详细设计是在搬运方案的初步设计的总体方案基础之上，制定从工作地到工作地、或从具体取货点到具体卸货点之间的搬运方法。详细搬运方案必须与总体搬运方案协调一致。 实际上， SHA 在方案初步设计阶段和方案详细设计阶段用的是同样的模式，只是在实际运用中，两具阶段的设计区域范围不同，详细程度不同。 详细设计阶段需要大量的资料、更具体的指标和更多的实际条件。 这时我们要掌握物料分类、布置和移动分析的详细资料。 在完成总体搬运方案和详细搬运方案的设计后，加上外部衔接和方案的实施两部分，就是 SHA 阶段构成的完整内容，也是利用 SHA 方法进行物料搬运系统设计的内涵。 56 6.3.6 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。 1. 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。 2. 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 57 1. 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。 58 1. SLP 和 SHA 的相互关系 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。 59 2. 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。 60 2. 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。 61 6.4 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。 62 6.4.1 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。 63 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。 64 下表所示的是根据生产现场的物料流程的合理化程度而大致区分的。 可以说，类型不同，改进搬运的可能性及着眼点就不同。 65 6.4.2 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。 66 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。 67 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。 诸如这样，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。 68 3 ．重视放置方法 搬运散乱放置的物体时，要绑上挂兜索，底部必须悬空，如果在卸下时就在其底下垫好垫木，就可以省去这道工序。 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。 69 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。例如操作小行车的步骤如下： ① 去取挂钩起吊用的挂兜索 ② 拿着挂兜索，直到行车的放置场所 ③ 操作按钮使行车开到想要的操作地点 ④ 挂好挂钩起吊 ⑤ 把物料移到下一个位置去 ⑥ 将物料卸下，解开挂兜索 ⑦ 将解开的挂兜索还回规定的地点 ⑧ 回到自己的工作岗位。 从以上操作可以看到，只有第 ⑤ 项行车搬运着物料，不是空载运。 但第 ③ 项明显是空载运。在 ① 、 ② 、 ⑦ 、 ⑧ 项中虽然行车处于停止状态，但工作人员中断了其他作业。 此外，第 ④ 、 ⑥ 项行车处于运动状态，但不是简单平移，而是上下运动。 所以可以得出除第 ⑤ 项外，其余全是不合理搬运，应当设法用取消、合并、重排和简化（ ECRS ）原则来改善。 70 5 ．安全轻松的搬运 前面提到， 企业工伤大部分是与搬运有关的 ，可见维持安全轻松的搬运的重要性。 货物的搬运方法根据重量、容积和数量来确定。 从劳力来看，可以大致分为以下几种搬运方法： 把物料拿在手上搬运，或是挑在肩上搬运 把物料放在小车上，人前拉后推 用动力车搬运，如叉车、电瓶车 把物料放在专用的传送带上。 不管采用哪种方式，必须考虑尽可能地省力、省能，且安全地搬运。 71 5 ．安全轻松的搬运 此外，不仅搬运方法重要，对搬运通道的保养也很重要： 消除通道的凹凸不平 斜坡尽量修成较缓的坡度 在通道上不要设置台阶 不要把垃圾丢在通道上。弄脏、弄湿了通道，要及时清除擦干。 不言而喻，同样的搬运距离，如果搬运通道始终保持清洁，就便于安全轻松地搬运物料了。 72 6 ．应重视搬运的连接点 物料搬运负责衔接各项不同的作业，即使是采用最高活性系数如传送带来搬运，两种不同搬运之间，仍存在“连接点上的转移”，这才是问题的所在。 要尽量减少连接点，才能筹划在各输送场所的操作，使输送物料象流体一样不停地输送下去。 因为在连接点的操作，是不会增值的，也对生产无益，而且还容易“使产品受损”，“呈不安全状态”，所以必须特别留意。 73 例如金师傅所在的车间是重机加工车间，因为物料重，靠人力无法搬运，所以只有利用起重机和手推车来进行作业。 金师傅通过学习工业工程，观察工艺的眼力就得敏锐起来，他分析了以往的加工工艺和作业时间，注意到可以进一步进行详细分析。 在“准备 → 定位 → 固定 → 加工 → 拆卸”五道工序中，真正的加工只有第四项一项，其余的都属于物料搬运。 为了减少物料搬运作业，金师傅研究设计出了一种工位器具，大大提高了效率。 其实在实际生产中，常有物料搬运所用时间远远大于真正加工所用时间，要解决这类问题，开发专用的工位器具不失为一个好方法。 74 本章总结 物料搬运和物料搬运系统的基本概念和理论，包括 物料搬运的原则 物料搬运活性分析 单元化和标准化 物料控制系统 物料搬运方程式。 搬运系统分析方法 SHA ， SHA 的阶段结构 物料的分类 布置 移动分析 布置方案分析的内容和方法 SHA 与 SLP 的关系。 最后论述了如何对搬运系统进行改进，生产现场的搬运改善和改进搬运的着眼点。并提供实际案例分析。 75 习题与案例 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. 欧洲托盘尺寸为 1200×800mm ，日式托盘尺寸为 1100×1100mm, 美式托盘尺寸为 48×40ft ，试问它们可以由几个物流基础模数尺寸组成？以图示之。 4. 某工厂的产品需由火车外运，其物流过程如下：首先工厂用汽车将产品运至火车站，经过卸货、检斤、暂存、装车等环节运走。试用规定的符号画出物流流程简图。 5. 一啤酒公司的某种啤酒的包装和搬运过程如下：先将 6 瓶啤酒一起装入纸箱中，然后纸箱以三层每层 20 箱堆码在托盘上，采用叉车作业。但是因为啤酒太重，叉车作业时，顶部的啤酒箱子容易滑倒。公司的搬运工程师想出了以下方法来解决问题： a. 顶部箱子用框架固定 b. 用绳子捆扎箱子 c. 用塑料胶带缠绕箱子 d. 采用箱式托盘。 试讨论分析上述各方法的优缺点，还有其他的方法可以解决这个问题吗？ 76 习题与案例 作业 3 、 4 、 7 题 6. 飞泽饮料公司一小仓库天花板高 4.8 米，但因上部有蒸汽管道、通风和照明设施，实际可用的高度只有 3.5 米。该公司的产品多层堆码在托盘上，连托盘总高度为 1.8 米。在仓库中堆垛以托盘为单位，这时托盘货物无法叠放。该如何解决这个问题呢？ 7. 一仓库要存放一批 6 米长直径为 80mm 的捆装的不锈钢管。该仓库原来没有处理过这种货物，叉车工用叉车的货叉插入两捆钢管之间，慢慢推进来取出一捆钢管搬起。但最后货主检查发现钢管有变形损坏。请提出几种防止钢管损伤的搬运方法，并从成本和应用方便角度出发，选择最合适的方法。 8. 正道配送公司处理的货物有几百种，尺寸从 80×100×150mm 到 900×900×900mm 不等。所有订单货物都用包装箱包装好后由货运公司运走。包装过程由两名工人在一个齐腰高的工作平台上进行。因为有些箱子很大，需要两名工人同时操作。为加固包装，要用绳带打包或用塑料胶带密封。这些操作全是手工进行，包装完后按类别由工人手工送到离包装台 12 米远的发货台。请问如何改进包装作业？提出方法或设备来改进上述包装和搬运工艺。 77 案例 木材公司底座的搬运 某木材公司加工电冰箱用的板条式底座，如图 6-12 所示，它由 3 块板条和两块纵梁组成（图中未注明尺寸单位均为英寸 (”) ， 1 英尺 (’)=12” ， 1” 合 25.4mm ， 1 磅合 454 克）。完成的底座重叠堆码，高度为 36” 。用包装带打包捆紧后，形成集装搬运单元（简称为包），用叉车搬运。 78 请讨论分析以下问题： a. 计算该搬运单元内底座数量，搬运单元的总重量（不计包装带重量）。 b. 如果板条和纵梁先不钉装，运到冰箱厂再钉装。而运输仍采用上述搬运单元尺寸，此时纵梁和板条分别独立堆码打包，但底部可以用一个钉装好的底座便于叉车作业。请计算在不超过上述搬运单元尺寸的情况下，板条包内可以堆码的板条数量和总重量是多少？纵梁包的呢？ c. 在 b 的情况下，需要考虑纵梁包和板条包的配比数量，则运送 1 包纵梁需要配套运送多少包板条，使得最后钉装时，两者数量恰好满足配比？ d. 上述 c 问所得比例难得是整数，且纵梁面积小难以叠高，给实际操作带来困难。因此考虑采用纵梁和板条在一个底座上交错堆码的方式，即铺满一层纵梁后再铺一层板条。请问在满足上述搬运单元尺寸和一个底座的配比要求的情况下，纵梁和板条各应铺多少层，此时总重量为多少？ 79 e. 完成的底座运输时装入集装箱中，箱体内尺寸为 39’ 长 ×90” 宽 ×96” 高，箱门尺寸为 90” 宽 ×93” 高，按 a 问的数据，该箱可装入多少底座？若按 d 的数据，可装多少底座呢（折合数据）？ f. 用叉车将底座包装入集装箱时，对叉车有什么要求？请结合第 5 章有关叉车数据，选择可用的叉车类型。 g. 若改用铁路货车运输，货车箱内尺寸为 50’ 长 ×9’ 宽 ×10’6” 高，箱门尺寸为 8’ 宽 ×10’ 高，上述 e 问数据又各为多少？ h. 上述案例对你有何启示？ 80