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1、 第三章 物料搬运系统设计31物料搬运概述物料搬运(Mnterial 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。3.1.1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（支撑）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。如
2、装卸、移动、分类、堆码、理货和卸货等作业都属于物料搬运活动。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”的完整含义。在流通领域常把装卸搬运活动叫做“货物装卸”，而在生产领域则把这种活动叫做“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。这里还要明确物料搬运的范围，可以从距离和时间两个维度将它和运输、控制和工作空间内的动作等概念区分开来，如图3-1所示。如果对距离的区分不需要很明确，物料搬运的概念可以包括运输，如图中的虚线框所示。图3-1 物料搬运的范围具体的物料
3、搬运作业主要有：水平或斜面运动搬运作业；垂直运动装卸作业；提升或下降运动码垛或取货作业；绕垂直轴线转动转向作业和绕水平轴线转动翻转作业。搬运还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。物料搬运的基本内容有三项，即物料、移动和方法。这3项内容是进行任何搬运分析的基础。3.1.2 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将其进一步提炼为如下10条原则：1）运过规划原则。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
4、化原则。物料搬运方法、上设备、器皿、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（F）乘以运距(D)来衡量，即W=FD。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，以利搬程的标准化、集装化。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做一个整体，使之组成相互协调
5、的搬运系统。系统范围包括收货、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自动化，以提高作业效率、反映速度和一致性，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。在设计物料搬运喜用和选择设备时，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。这些原则可以作为对物料搬运系统优劣的判断。但是要注意，其中有些原则是相互冲突的，需要根据具体情况作出取舍。32 物料搬运系统物料搬运系统是物流系统的主要活动，在物流
6、系统中各个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，是系统中的物料（包括液体、散装物体、单件物体、包装件、集装单元等）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。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，例如输送机就是固定路线式设备；叉车则是可变路线的设备，可以从一处到另一处。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
7、托盘货物。小的容器不能满足设备生产能力的需要，就要采用渠道型的中心型间接路线。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。物料搬运系统的设计要求合理、高效、柔性并能快速装换，以适应现代制造业生产周期短、产品变化快的新特点。3.2.1 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。要达到这几个正确，可以说物料搬运也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
8、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化物料搬运系统中不可缺少的灵魂部分。零部件编号系统、储位系统、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所必需的，没有它们就根本谈不上上述的几个“正确”。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地控制。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；状态控制是对物料位置、数量、目的地、初始地、所有者、进度安排的实时状态控制。控制正确与否取决于系统的设计和运作
9、管理。据统计，物料搬运设计企业25%员工的工作，占用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%以上的工伤事故起因于物料搬运。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。3.2.2 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解决问题，设计出有效地解决方案。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
10、分有用。设计者需要考虑6个主要的问题，即6个变量。这6个变量就是著名的5W1H法，如图3-2所示。在设计之前，“Why”提示设计者充分评价环境，正确确定问题，对于物料、移动和方法这三要素是否已有合适的处理和深入考虑。5W1H以一连串的问题让设计者详细考虑这些细节，加强对问题的理解，从而有助于找到合适的答案。 图3-2 物料搬运方程式5W1H中常见的问题如下：1）“Why为什么？”为什么需要搬运？为什么需要如此操作？为什么要此种顺序操作？为什么物料要这样接收？为什么物料要这样运输？为什么物料要这样包装？2）“What什么？”要移动的对象是什么？其特征、生产量、零件种类数目是什么？需要什么资料？资
11、料如何取得？系统所规划的范围是什么？是否需要机械化或自动化？是否需要人工控制？有什么意外的情况？3）“Where哪里？”物料应该存放在什么地方？什么地方需要物料搬运？什么地方有物料搬运问题存在？什么地方应该使用物料搬运设备？企业内什么地方存在物料搬运的责任？什么地方未来会发生变化？什么地方的操作可以消除、合并、简化？4）“When什么时候？”什么时候需要移动物料？什么时候需要自动化？什么时候需要整理物料？什么时候要删减作业？什么时候要扩充系统容量？5）“How如何？”物料如何移动？如何分析物料搬运问题？如何取得主要人员的赞同？如何让去学习更多的物料搬运知识？如何应对意外情况？6）“Who谁？”
12、谁来搬运物料？谁参与设计系统？谁来评价此系统？谁来安装系统？谁来审核系统？谁提供系统的设备？7）“Which那一种？”哪一种操作时必要的？哪一种问题需要首先研究？哪一种设备可以考虑选用？哪一种物料要及时控制？可以取得哪些方案？每个方案的利弊是什么？哪一种方案最佳？用哪一种标准来评价设计方案？如何衡量物料搬运的绩效？3.3 物料搬运的单元化与标准化集装单元或单元何在是采用各种不同的方法和器具，把具有包装或无包装的物品，整齐的汇集成为一个扩大了的、便于装卸搬运的、在整个物流过程中保持一定形状的标准规格的作业单元。以集装单元来组织物料装卸、搬运、存储、运输等物流活动的作业方式，称为集装单元化。实现单
13、元化和标准化对物料搬运的意义非常重大。一方面，物料实行单元化后改变了物料散放状态，提高了搬运活性系数，易于搬运，同时也改变了堆放条件，能更好的利用仓库面积和空间；另一方面，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。3.3.1集装单元化与标准化1. 集装单元化集装单元化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广泛。彩通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，从而提高生产效率。另外，集装箱单元可
14、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印证。它的优越性主要体现在：集包装、装卸、搬运、运输、储存为一个系统，统筹规划，综合考虑，可以简化环节，节省费用，实现总体优化。便于实现装卸搬运作业机械化，减轻工人劳动强度，提高工作效率。减少货物变换环节，从而减少因变换而造成的货损货差，提高物流质量，节约人力物力和费用。它可以采用联运，减少交接、装卸、搬运手续和清点工作；可以想盘代储；可以简化包装，节省包装材料和费用，整体装卸。减少了手气候影响的程度，保证正常工作，加速货物流转，提高效率。在看到单元化的优点时，也要知
15、道它的一些制约因素：形成和拆除集装单元需要一定的时间和手段；集装单元使用过程中托盘、容器和其他固定材料具有一定成本；空托盘、容器存在回收问题等。这就要求我们邀正确管理和设计单元化。2. 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、包装箱的尺寸等）要符合一定的标准模数，仓库货架、运输车辆、搬运机械业要根据标准模数决定其主要性能参数。这有利于物流系统中各个环节的协调配合，在异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。标准化涉及物流基础模数与物流模数尺寸。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、欧洲各国和我国已认定以600400为基础模数尺寸。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”，即有输送设备的尺寸来推算最佳的基础模数。同时也要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。2）物流模数尺寸。GB/T48921996硬质直方体运输包装尺寸系列规定了集
