ch07物料搬运系统设计1

ch07物料搬运系统设计12023/5/27ch07物料搬运系统设计1意义（从数据中看问题）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。据统计，搬运费用占总生产费用的30%~40%•解决重点物料搬运是一个系统工程，牵一发而动全身，因此必须抓住重点.重点注意如下：→1理解掌握物料搬运系统的的概念和设计原则→2物料搬运路线的选择与设计→3物料搬运设备分类与选择→4系统搬运分析设计→5其他物料搬运分析技术ch07物料搬运系统设计1第一节：物料搬运系统的基本概念一、概念什么是物料搬运：对物品进行搬上、卸下、移动的活动。搬上、卸下——改变物料的存放状态。移动（搬运）——改变物料的空间位置。什么是物料搬运系统：将一系列的相关设备或装置，用于一个过程或系统中，协调合理地将物料进行移动、储存和控制。

思考：沙钢卸料时为何要往地上甩？物理改变只增加成本该系统的设计取决于物料特性和种类3ch07物料搬运系统设计1ch07物料搬运系统设计1二、物料搬运系统的目的

(1)通过有效率的搬运方式以降低物料搬运成本，亦即降低生产成本。(2)增加物流的效率，确保适时适地使用物料。(3)改善工场安全和工作状况。(4)改善设施使用效率。(5)改善制造程序。(6)增加生产能力。

三、物料搬运系统的原则美国物料搬运机构和国际物料管理协会所赞助的主管物料搬运教育的学术工业委员会，于20世纪60年代开始编列20条物料搬运原则，并持续修改其内容。ch07物料搬运系统设计1物料搬运原则的运用系统整合方面物料搬运原则可能改善生产力的现象和机会1.指导原则系统需求不明，如物料搬运设备的功能和顾客需求内容不合2.计划原则缺乏物料搬运的中长期计划，未排定物料搬运设备的短期使用日程3.系统原则物料搬运中发生迟延，物料流程中有障碍，因物料短缺导致停机，作业顺序不平衡，设备及车辆停滞未用，物料运错地点，到货日期不准时，多项订单同时出货，在制品控制不良4.流程原则未及时分派设备，物料因书面作业而等待，未使用自动辨识系统，制造前未预先准备零件，接收工作没有预先告知搬运作业与设备方面5.单元负载原则缺乏使负载单元化及稳定化的设备，未使用托板搬运的单元负载，内部使用物料未实施单元化6.空间利用原则储存空间过度浪费，物料直接堆放在地板上，通道太多，储放空间不足，接收及运送时物料堆放地板，不善于利用立体空间7.标准化原则厂内容器缺乏标准化，缺乏单位负载的标准，作业途程未标准化，物料搬运设备缺乏标准化，物料搬运系统未模块化，工作站未模块化，托板架的规格不一致，未按ABC分类储放，未依零件编号顺序储放，零件编号缺乏标准化8.人因化原则人工装载技术欠佳，操作着为取物料而移动，用手举升的危险性9.机械化原则利用直接劳力搬运，搬运设备不足，物料供应的移动技术不合格，用人工装卸托板，缺乏吊车及牵引车10.弹性化原则固定路径的搬运工作使用可变路径的搬运设备，现有系统无法扩充或转换11.简单化原则重复搬运，物料流程倒退，储存规划太繁琐12.电脑化原则引导式通道缺乏轨道指示记录，出货单未按出货顺序打印，累积的订单以人工分类13.能源原则物料搬运设备空转，自动物料搬运设备使用率低，工业机器人使用率低，缺乏能源使用安排以避免尖峰负荷，电池充电次数太多，照明能源的效率差。14.生态原则充电区通风不良，环境控制区域隔绝设计不良15.重力原则物料由高层向低层移动16.安全原则简陋、危险的自制搬运设施，工作人员未预先训练，没有警卫保护物料，用托板悬吊负载，负载超过地板、货架及结构负荷，设备运转超速，货架未标明正反面，缺乏自动洒水装置及火警报警器，危险性及易燃性的物料未给予明确标示和隔离，消防设备不完整，出入口不安全，没有火灾的应变计划17.布局原则搬运距离很长，途经交叉，工作场所布局不良，服务区配置不当，检验点位置不当，通道及储存位置未标示，通道长度未规划，缺乏窄道及特窄道储存设备。物料搬运设备与出入口未配合，停车站没有升降台，停车站没有围篱，停车站得门数不恰当，未适度分散接收及运送作业，灯光、加热器及风扇摆设不当。物料储放的通风、空调及温度不适当。物料、人员或设备移动距离过长，墙及天花板隔离不合理18.成本原则掌握过多的物料，搬运设备闲置，过多的承运费用，间接费用很高19.维护原则物料搬运设备维修成本过高，未清除过多的废品，负荷梁下垂或货架扭曲，没有预防保养计划20.汰旧原则搬运设备不适用，没有设备更新计划，搬运设备老化其他物料搬运人员未设奖励制度ch07物料搬运系统设计1四、物料搬运系统的考虑因素物料搬运方程式是借助于英文中的七个疑问词，即何故(why)、何物(what)、何处(where)、何时(when)、如何(how)、何人(who)及何者(which)，设计一连串的问题以质疑物料搬运系统设计者的设计理念是否合理或是否有其他更好的方法存在，以期找出设计缺陷，改善系统绩效。ch07物料搬运系统设计1物料搬运系统的三要素ch07物料搬运系统设计1简要小结5WHI在应用中的要点： 1)“Why”将应该做的与已做的分开。 2)“What”和“Why”明确搬运的正确物料。 3)“Where”、“When”和“Why”确定必须执行的移动。 4)“How”和“Why”确立使用的正确方法。 5)“Who”和“Why”谁能作出更好的设计。 在考虑可能搬运方案时，应该同时兼顾短期及长期的效果并且保持存疑态度。ch07物料搬运系统设计1五、物料搬运活性系数

物料活性系数是一种度量物料搬运难易程度的指标，由于存放的状态不同，物料的搬运难易程度也不一样。人们把物料的存放状态对搬运作业的方便(难易)程度，称之为搬运活性。a.活性指数：将物料从散放状态到进入装卸搬运状态这一过程，按装卸搬运要求分为四项内容，把物料所处状态已经完成而无须进行的活动称为活性指数。散放状态的活性，规定其系数为零。对此状态每增加一次必要的操作，其物品的搬运活性系数加上1，活性水平最高的状态活性系数为4。ch07物料搬运系统设计1ch07物料搬运系统设计1活性指数确定原则ch07物料搬运系统设计1六、物料搬运的单元化与标准化

（一）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，故也叫做集装单元化。集装单元可以是托盘、箱、袋、筒等，其中以托盘应用最为广泛。物品的搬运单元化，可以缩短搬运时间、保持搬运的灵活性和作业的连贯性。（二）标准化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,这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。ch07物料搬运系统设计11．物流基础模数。物流基础模数尺寸是标准化的基础，目前ISO中央秘书处及欧洲各国已基本认定600mm×400mm为基础模数尺寸。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)。集装单元基础模数尺寸，可以从600mm×400mm按倍数系列推导出来，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×l000mm为主，也允许1200mm×800mm及1100mm×1100mm等规格。

物流基础模数尺寸与集装单元基础模数尺寸的配合关系

1000ch07物料搬运系统设计1第二节物料搬运系统分析SHA一、物料搬运系统的分析过程

物料搬运系统分析SHA(SystemHandlingAnalysis)，物料搬运包括物料、产品、元件或物品的移动、运输或重新安放。通常需要设备、容器和一个包括人员组成的搬运系统。所以物料搬运的基本要素是物料、移动及方法。SHA也是一个系统化、条理化、合乎逻辑顺序、对任何物料搬运项目都适用的方法。这是和SLP相似的系统分析和设计方法。ch07物料搬运系统设计1一、物流搬运系统的分析过程

SHA方法分析过程可分为四个阶段：ch07物料搬运系统设计1每个阶段的工作内容如下：第一阶段：外部衔接，确定位置。搞清对象系统(工厂)物料的输入、输出方式及频率等。使内外衔接能够互相协调，以利于确定设施的具体布置地点。这里设施可以是设备作业单位、活动区域等。第二阶段：总体搬运方案与总体区划设计。制定布置区域的基本物流模式、作业单位、部门或区域的相互关系及外形，制定区域间物料搬运方案，确定移动系统、设备型号、运输单元或容器。

第三阶段：详细搬运方案与详细布置设计。确定每台机器、设备、通道、仓库或服务设计的位置；确定各工作地点之间的移动系统、设备和容器，以及对每项移动的分析，完成详细的物料搬运系统设计。第四阶段：实施、施工安装及生产运行。ch07物料搬运系统设计13、程序模式：主要输入因素：P、Q、R、S、T1、物料的分类3、各项移动的分析4、各项移动的图表化2、布置5、物料搬运方法的知识和理解6、初步的搬运方案7、修改和限制8、各项需求的计算方案A方案C方案B9、方案的评价选定物料分析移动分析方法分析（确定合理经济的搬运方法）18ch07物料搬运系统设计1系统搬运分析（SHA）一、搬运系统分析的体系结构

1、方法结构：一种解决问题的方法一系列依次进行的步骤一整套关于记录、评定等级和图表化的图例符号2、阶段结构：阶段一：外部衔接——弄清所分析区域的物料进出情况。阶段二：总体搬运方案——确定各主要区域搬运方法，对搬运路线、设备类型作初步决策。阶段三：详细搬运方案——各主要区域内部各工作地间的搬运方法。阶段四：方案实施——订购设备、人员培训、安装计划调试、验收。19ch07物料搬运系统设计1二、物料和移动分析

(一)外部衔接分析

外部衔接是指对已确定系统边界的物流系统，研究物料输入与输出系统的情况。包括物料输入输出工厂系统的方式(运输车辆、装载容器、路线人口等)、频率以及输入输出系统的条件(如时间、道路以及工厂周围环境)等的统计资料，必要时应以统计图表表达。(二)输入搬运系统设计要素P、Q、R、S、T此步骤是系统调研、资料与数据搜集工作。包含P、Q、R、S、T共5项，分别代表物料的品种(product)、数量(quantity)、路径(routing)、支持服务(support)、流程(timing)等资料输入。各要素的说明如下表所示。ch07物料搬运系统设计1设计要素影响特征P产品（物料、零件、物品）产品和物料的可运性取决于物品的特征和所用容器的特性。而且每个工厂都有其经常搬运的某些物品Q数量（产量、用量）数量有两种意义：①单位时间的数量（物流量）。②单独一次数量（最大负荷量）。不管按哪种含义，只要搬运的数量越大，搬运所需的单位费用就越低R路线（起点至终点）每次搬运都包括一项固定的终端（即取、放点）费用和一项可变的行程费用。注意路线的具体条件变化（室内或室外）及方向变化所引起的费用变化S服务（周围环境）传送过程、维修人员、发货、文书等均属服务性质；搬运系统和搬运设备都有赖于这些服务。工厂布置、建筑物特性以及存储设施，都属于周围环境；搬运系统及设备都必须在此环境中运行。T时间（时间性、规律性、紧迫性、持续性）一项重要的时间因素（即时间性）：物料必须按其执行的规律；另一重要因素是时间的持续长度——这项工作要持续多长时间、紧迫性和步调的一致性也会影响搬运费用物料搬运系统设计因素ch07物料搬运系统设计1（三）当量物流量计算及物料分类

对于搜集到的资料、数据，必须进行适当的分析与处理才能使用。系统中的物料很多，并且千差万别，需要根据其重要性(价值和数量)进行分类，一般采用A、B、C分类。分类步骤如下：①物料的当量物流量计算。②绘制P-Q图。其中P代表物料种类，Q代表物流量(当量物流量)。根据每一种物料Pi(i=l，2，…，n)及其对应点Qi，即可画出由直方图表示的P-Q图。ch07物料搬运系统设计1P-Q图

ch07物料搬运系统设计14．物流流程分析物流流程分析的工具有物流路径图、物流流程图、相关分析图。5．搬运活动一览表为了把所收集的资料进行汇总，达到全面了解情况的目的，编制搬运活动一览表是一种实用的方法。在搬运活动一览表中，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。一般是用五个英文元音字母来划分等级即A、E、I、O、U。ch07物料搬运系统设计1（五）搬运活动一览表1254a4b673ch07物料搬运系统设计1三、距离与物流指示图（一）在布置图上绘制的物流图

在布置图上绘制的物流图是画在实际的布置图上的，图上标出了准确的位置，所以能够表明每条路线的距离、物流量和物流方向。可作为选择搬运方法的依据。虽然流向线可按物料移动的实际路线来画，但一般仍画成直线。除非有特别的说明，距离总是按水平上的直线距离计算。当采用直角距离，垂直距离(如楼层之间)或合成的当量距离时，分析人员应该有文字说明。ch07物料搬运系统设计1在布置图上绘制的物流图ch07物料搬运系统设计1（二）座标指示图座标指示图就是距离与物流量指示图。图上的横座标表示距离，纵座标表示物流量。每一项搬运活动按其距离和物流量用一个具体的点标明在座标图上。制图时，可以绘制单独的搬运活动(即每条路线上的每类物料)，也可绘制每条路线上所有各类物料的总的搬运活动，或者把这两者画在同—张图表上。ch07物料搬运系统设计1物流量/t距离/m座标指示图（距离与物流量指示图）ch07物料搬运系统设计1在布置图上绘制的物流图和距离与物流量指示图往往要同时使用。但是对比较简单的问题，采用物流图就够了。当设计项目的面积较大，各种问题的费用较高时，就需要使用距离与物流量指示图，因为在这种情况下，物流图上的数据会显得太零乱，不易看清楚。

ch07物料搬运系统设计1（三）物流——距离表在布置方案图上，确定各作业单位之间的物料搬运路线，同时，测出各条路线的距离，编制成物流——距离表，如下表所示。表中每一框格中同时注出物料搬运发送作业单位(从)至物料搬运接收作业单位(至)的物料搬运量(物流强度)fij及物料搬运路线长度(距离)dij，其中i表示从作业单位序号、j表示至作业单位序号。表中空格表示两作业单位之间无明显物流。ch07物料搬运系统设计1(四）F-D图(即流量距离图)当忽略不同物料、不同路线上的物料搬运成本差异，各条路线上物料搬运费用与ƒijdij成正比，则可以将总的物料搬运费用C记为C=

（7-3）

假设不同作业单位之间的物料搬运量相互独立。为了使总的搬运费用C最小，则当ƒij大时，dij应尽可能小，当ƒij小时，dij可以大一些，即ƒij与dij应遵循反比规律。从而有

ƒ∝1/d

（7-4）

写成等式形式ƒ＝D/dn

（7-5）

其中D、n为常数，且应有n>0。式（7-5）说明，一个良好的布置方案的各作业单位之间的物料搬运量与搬运路程成双曲线形曲线函数关系。ch07物料搬运系统设计1F-D图(即流量距离图)F(dm,fm)(dk,fk)(d2,f2)(d1,f1)DF-D的双曲形曲线

由于F-D图反映了布置方案的物料搬运路程与搬运量之间总体趋势，因此，称式ƒ＝D/dn为布置方案的物流——距离基准曲线。ch07物料搬运系统设计1根据分析的需要，按照确定的物流量和距离，可将流量距离图划分为若干部分，如图6-9中划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个部分。划分的目的，是为了发现不合理的物流。从图6-9中可以看出，Ⅱ部分的物流不合理，因为物流量大且距离远。ch07物料搬运系统设计1某车间F-D图

根据分析的需要，按照确定的物流量和距离，可将流量距离图划分为若干部分，如图中划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个部分。划分的目的，是为了发现不合理的物流。从图中可以看出，Ⅱ部分的物流不合理，因为物流量大且距离远。ch07物料搬运系统设计1讨论：1、同一布置方案中，如果作业单位之间存在dij大、ƒij也大的情况，说明作业单位i与j位置布置不恰当，应靠近布置，且路线应短捷。反之，如果dij小、ƒij也小，说明作业单位i与j相对位置可以远离、道路可以长一些。ch07物料搬运系统设计1dfAB物流－距离关系讨论：1、同一布置方案中，如果作业单位之间存在dij大、ƒij也大的情况，说明作业单位i与j位置布置不恰当，应靠近布置，且路线应短捷。反之，如果dij小、ƒij也小，说明作业单位i与j相对位置可以远离、道路可以长一些。ch07物料搬运系统设计12、不同布置方案之间的物流—距离基准曲线之间存在下列数种情况，如图所示。A中方案1的基准曲线I1在方案2的基准曲线I2下方，说明方案1的物流状况更好；图B中I1和I2相交，对于I1来说，d大时f也大。dfABBI2I1dfABAI2I1ch07物料搬运系统设计1第三节物料搬运方法的选择

搬运路线系统

直接型路线系统：各种物料能各自从起点移动到终点的称为直接型路线系统。间接型路线系统：把几个搬运活动组合在一起，在相同的路线上用同样的设备，把物料从—个区域移到其他区域。又可分为渠道型和中心型两种方式。ch07物料搬运系统设计1一、搬运路线类型

•直接型——指物料从起点到终点经过的路线最短，适合于物流量大或特殊要求的物料。

间接型•渠道型——指物料在预定路线上移动，与来自不同地点的其他物料一起运到同一终点，适合布置不规则或搬运距离较长的物料。

•中心型——各物料从起点移动到中心分拣处，然后再运到终点，适合物流量小且搬运距离长的物料。BCADCBAAB40ch07物料搬运系统设计1二、

路线的选择直达型渠道型或中心型物流量距离物流量距离物流量大且搬运距离长说明了什么？？41ch07物料搬运系统设计1第四节：物料搬运设备及用具一、物料搬运设备的选择1、选择原则：2、考虑因素

•物料的特征和运动方式

例：易燃、易损、重量、形状水平式（滑道、推车）垂直式（升降机、卷扬机）倾斜式（连续运输机）多平面式（旋转起重机）

•设备的技术性能：能否胜任工作

•经济因素：成本、性价比

•能耗：是否符合电力供应情况

•备件、维修和存放方式（托盘、箱器）、搬运频率复杂搬运设备简单运输设备简单搬运设备复杂运输设备距离物流量设备的类型、型号和数量42ch07物料搬运系统设计1物料搬运设备

简单的搬运设备：距离短，物流量小；简单的运输设备：距离长，物流量小；复杂的物流设备：距离短，物流量大；复杂的运输设备：距离长，物流量大；ch07物料搬运系统设计1运输单元标准化的集装单元，其尺寸、外形和设计都彼此一致，这就能节省在每个搬运终端(即起点和终点)的费用。而且标准化还能简化物料分类，从而减少搬运设备的数量及种类。搬运方法所谓搬运方法，实际上就是以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，以形成一定的路线系统。ch07物料搬运系统设计1物料搬运设备及用具一、传统搬运、储存设备1、传输带——这是一种将物料沿固定路径移动的装置，可以通过电气、重力或手工等方式对其进行操作，特点是连续动作、循环动作、持续载荷、路线固定。常见滚轴式、皮带式、托盘式和高架式。45ch07物料搬运系统设计1物料搬运设备及用具

2、起重机——这是一种将重物提升、降低或传输的装置，特点是间歇动作、重复循环、短时载荷、升降运动。常见高架吊车、堆垛机。46ch07物料搬运系统设计1物料搬运设备及用具3、工业车辆——这是一种轮式无轨运输装备，特点是可独立运行，进行流动作业。47ch07物料搬运系统设计1第三节：物料搬运设备及用具4、货架——为解决“先入先出”的困难，提高货物存放数量，就须采用货架。常见有悬臂式、流动式和货格式。货架的选取须注意货格净空尺寸、货架刚度和牛腿位置精度。5、货物载体——是指承载货物的容器，可以有托盘、托板、滑板、专用集装箱、专用堆放架、硬纸板箱等。常用的是托盘（平式、箱式、柱式）。国际标准化组织建议的托盘标准尺寸为：800mm*1200mm、1000mm*1200mm、1016mm*1219mm、1100mm*1100mm。6、电气、电子设备——指为进行货物及设备检测、识别和控制而使用的电气、电子设备。常用条形码、射频技术、扫描仪、传感器和PC机。48ch07物料搬运系统设计1二、先进物料搬运设备1、自动引导小车（AGV）——一种用电池供电、无人驾驶的工业货车，可以通过编程进行路径选择和定位。通常与其他自动化系统集成起来使用（如CNC机床、工业机器人），从而获得集成、柔性自动化的综合效益。49ch07物料搬运系统设计1AGV的路径优化问题——最初级的方法是将每个AGV在缓冲站的停位点联接成线。但生产实际中，AVG不可能穿过任何设施，而且须考虑一定的转弯半径。一般地，AGV转弯半径为车长的75%取货点AGV轮廓线路示意图AGV优化路径50ch07物料搬运系统设计1第三节：物料搬运设备及用具2、工业机器人——可沿规划好的路径搬运重物，适合再柔性装配中搬运或从事危险工况。机器人的选取指标——净载重量：确定载重堆机械手臂所产生的最大力矩。精度：由最小移动距离、可重复性和准确性三个因素组成，其中最小移动距离由定位数据存储精度决定，准确性和可重复性由机械齿轮和连接件的反弹及变形决定。速度：由整个装配操作完成的周期决定。51ch07物料搬运系统设计1基对象尺寸、形状、重量机器人的任务机器人的需求载荷与机器人尺寸的比较可行的车间层计划区域被处理对象尺寸、形状、重量装配技术载荷与机器人尺寸的比较选择开始选择结束寻找其他更合适的机器人机器人的选择方法52ch07物料搬运系统设计1第五节初步的搬运方案

SHA方法用的图例符号

D——直接型路线系统（物流量大、距离短）K——渠道型路线系统（物流量中等或者少量，而距离为中等或者较长）G——中心型路线系统（物流量小而距离为中等或者较近时）在普通工作表格上表示搬运方法

填写工作表格直接在以前编制的流程图上记载建议采用的搬运方法把每项建议的方法标注在以前编制的物流图上在汇总表上表示搬运方法ch07物料搬运系统设计1ch07物料搬运系统设计1

（一）通道布置通道的正确安排及尺寸是影响仓库效率的一个关键。影响通道位置及宽度的因素装卸搬运过程中涉及的通道种类设计通道应注意的问题ch07物料搬运系统设计1影响通道位置及宽度的因素作为储区与进出货区的通路，通道的设计应能提供存货的正确存取、装卸设备的进出及必要的服务区间。影响通道位置及宽度的因素在于：通道型式搬运设备(型式、尺寸、产能、回转半径)储存货品的尺寸与进出口及装卸区的距离储存的批量尺寸防火墙的位置行列空间服务区及设备的位置地板负载能力电梯及斜道位置出入简易的考虑ch07物料搬运系统设计1装卸搬运过程中涉及的通道种类而仓库中通道的种类一般包含下列几种：(1)工作通道(Workingaisles)：货品放入或移出储区的通道。又可分为：主要(Main)通道；交叉(Cross)(2)人行通道(Personnelaisles)(3)服务通道(Serviceaisles)(4)贮藏室通道(Binaisles)(5)电梯通道(Elevatoraisles)：(6)其它各种性质的通道(Miscellaneousaisles)：公共设施、防火设备等所需的进出通道。ch07物料搬运系统设计1设计通道应注意的问题空间分配最重要的因素是通道的设置及宽度。(1)顺畅(2)空间利用程度(3)设计的顺序：主要通道(Mainaisles)-服务设施的通道-次要通道(4)面积大，利用率高(5)安全性：逃生(6)通道宽度(7)楼层间的交通电梯是通道的特例，其目的在于将主要通道的物品运至其它楼层，但又要避免阻碍到主要通道的交通。ch07物料搬运系统设计1（二）装卸搬运合理化(1)选用合适的设备，并对设备进行合理的组织与调度集装箱装卸工具的选用；重力货架系统(2)为了保证运输安全，在货物装车时应进