物料搬运系统设计

主讲段鹰-1-物料搬运系统设计意义（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主讲段鹰-2-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主讲段鹰-3-第一节：物料搬运系统的基本概念二、物料搬运系统设计中常见问题和基本原则：搬运通道不畅通（交叉）——流动原则（搬运不是为搬运而搬运）搬运动作不连续——连续搬运最经济搬运路线曲折——最短距离原则搬运容器不标准——标准化原则（国际公认标准基础模数尺寸为600mm*400mm）——搬运机械应根据标准模数决定其性能参数搬运活动未从系统考虑——系统化原则（把各种搬运活动当作一个整体，其范围包括供货厂商、收货、储存、生产、检验、包装、发货、运输和消费用户。）搬运设备缺乏柔性——柔性原则（用叉车（堆、卸、搬））搬运系统与生产系统不均衡——尽量使人、机、物合理安排，平衡生产力其他原则——集装原则重力原则安全原则主讲段鹰-4-第二节：物料搬运路线的选择一、搬运路线类型•直达型——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。•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。BCADCBAAB主讲段鹰-5-第二节：物料搬运路线的选择二、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？？主讲段鹰-6-第三节：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、型号和数量主讲段鹰-7-3、搬运设备合理配置方法（案例说明）★案例解析：某企业在厂内新建5座综合性（普通）库房，每座库房面积为60*15=900m2，每座库房年吞吐量为1.9万吨（与库容量和出入库频率有关），存放物品为单件，最大单件重量为5吨，问：如何合理配置搬运装卸机械设备？主讲段鹰-8-②调整a、每座库房配置一台5吨桥式起重机或两台五吨叉车则可b、根据叉车具有机动性特点，可多库共用，5个库房只需配备1.6*5=8台即可c、叉车若全部用5吨叉车，则既浪费又不方便，需要重新调整叉车载重组合★根据5座库房机械作业物流量（0.95*1.9*5=9.025）及平均载重量5*0.45=2.25,同时考虑物品单重分布状况得到叉车配置，见下表:主讲段鹰-9-第三节：物料搬运设备及用具二、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。非柔性不可重构传输带优缺点传输带种类优点缺点滚轴式可搬运热的材料容易安装可作临时储存物料用不适合传送易变形的物品只能处理表面光滑的物品皮带式可处理精细物品可倾斜速度快、噪音小拉力不易控制托盘式有利于自动化物料易排列受托盘尺寸限制速度慢高架式节约地面空间布局简单可临时存物减少了可用空间屋脊需有承载力主讲段鹰-10-第三节：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。非柔性不可重构起重机优缺点种类优点缺点高架吊车可处理较重物料节约地面空间提升距离大需加固系统柔性差操作慢、安装费高堆垛机自动化程度高可高层、高密度存储需导轨只能与托盘配合路径固定，不柔性主讲段鹰-11-第三节：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。非柔性不可重构车辆优缺点种类优点缺点卡车传输路径灵活可传输体积的大、重量大的物体操作空间大维护费用高叉车操作灵活、转弯半径小劳动强度低有一定提升能力一般与托盘配合使用不适合长距离传输主讲段鹰-12-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。主讲段鹰-13-第三节：物料搬运设备及用具三、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。AGV的优缺点优点缺点可编程，高柔性故障恢复比较容易，易维护、可靠性高可与其他自动化系统联接不会对厂房构成固定的障碍投资大要求厂房空间大主计算机停机将导致系统停机不适合大批大部件的传输主讲段鹰-14-第三节：物料搬运设备及用具AGV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优化路径主讲段鹰-15-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。工业机器人的优缺点优点缺点可重复完成某项工作，精度高可在三维空间操作可进行危险工作价格高受布局限制控制程序编写、调试周期长主讲段鹰-16-第三节：物料搬运设备及用具基对象尺寸、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主讲段鹰-17-第四节：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。主讲段鹰-18-3、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）主讲段鹰-19-第四节：系统搬运分析（SHA）二、移动分析——设施布置决定了物料搬运的起点和终点的距离，因此，移动分析必须建立相似物料搬运作业与具体布置结合的基础上。1、收集各种移动分析的资料——包括：（1）物料的类别和基本特征（2）路线的移动距离和路线的具体情况（弯曲程度、路面情况、气候与环境、拥挤程度、起止点组织情况）（3）搬运量：搬运量=物流量*搬运距离主讲段鹰-20-第四节：系统搬运分析（SHA）2、移动分析方法（1）流程分析法——每次只观察一类产品或物料，并跟随其沿着整个生产过程收集资料，最后编制成流程图。该方法适合物料品种很少的情况。（2）起止点分析法——分两种做法一是观察移动的起止点来收集资料，每次分析一条路线，并绘制成搬运路线表。适合于路线数目不太多的情况。二是对一个区域进行观察，收集运进运出该区域的一切与物料有关的资料，并编制成物料进出表。适合于路线数目多是情况。3、编制搬运活动一览表，并在布置图上绘制流程图——将各项移动的分析结果标注在布置图上，起到了一目了然的作用。主讲段鹰-21-第四节：系统搬运分析（SHA）三、搬运方法分析——就是将一定类型的搬运设备与一定类型的运输单元相结合，并进行一定模式的搬运活动，以形成一定的搬运路线系统。一般地，每个搬运方案都是几种搬运方式的结合。这一过程须建立搬运方法工作表、需求计算表和评价表1、确定搬运方法：（1）根据搬运路线系统选择原则确定搬运路线（直达、渠道、中心）（2）根据搬运设备选择原则确定搬运设备类别、规格、型号（3）根据物料分类一览表确定运输单元2、方案的修改和限制——除考虑搬运路线、设备和运输单元外，还须考虑正确、有效设备操作，以及协调、辅助物料搬运正常进行的问题（如生产和库存的协调）。常涉及的修改和限制内容有：已确定同外部衔接的搬运方法；物料存放方式；空间限制；投资限制；现有生产流程限制……主讲段鹰-22-第四节：系统搬运分析（SHA）3、说明和各项需求的计算——对修改后的几个初步搬运方案，应逐个方案进行说明和计算，其内容包括：（1）每条路线上每种物料搬运方法的说明；（2）搬运方法之外的其他必要的变动说明（如更改布置、作业计划、生产流程、道路等）（3）计算搬运设备和人员需求量（4）计算投资和预期经营费用4、方案评价——常用费用比较法和加权因素比较法5、搬运方案的详细设计——在初步方案确定下来的基础上，解决具体取货、卸货的搬运方法主讲段鹰-23-小结：P、Q、R、S、T物料特征表搬运方法指示图物料进出表搬运活动一览表特征表分类表物流图（坐标简图）流程图搬运路线表需求计算表评价表少量物料较多物料主讲段鹰-24-SLP与SHA的相互关系：1、两者出发点都是力求物流合理化——SHA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、迂回现象。SLP重点在于搬运方法和手段的合理化，既确定合理的搬运方法，选定合理的搬运设备，使搬运系统最优。2、两者相互制约，相辅相成——主要是设施布置时就应同时考虑搬运系统的要求。思考：1、采用传输带为主要搬运手段时，设施应如何分布？2、采用叉车为主要搬运手段时，设施布置应考虑什么问题？主讲段鹰-25-第五节：其他物料搬运分析技术一、搬运活性指数分析1、概念：搬运活性——指物料的存放状态对搬运作业的难易程度物料的存放状态——散放、装箱、支垫和装车搬运作业——集中、搬起、升起、运走搬运活性指数——指搬运某种状态下的物料所需要进行的四项作业中已经不需要进行的作业数目。表：活性的区分和活性指数物品状态作业说明已不需要的作业数目活性指数散放在地集中、搬起、升起、运走00集装箱中搬起、升起、运走11托盘中升起、运走22车中运走33思考：在运动中的物料活性