A企业钢材库搬运系统优化设计_物流论文
摘 要
物料搬运是指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、储存和控制的过程。物料、作业人员、移动设备与搬运单元和移动路径的组合就构成了物料搬运系统。大型物料搬运系统物料品种多、移动路径复杂、调度管理困难，同时物料搬运系统是目前大家都很关注的问题，降低搬运时间和费用是该类系统设计和管理的主要目标。一般来说，搬运费用可以占到总生产费用的30%~40%，采用不同的搬运方案对搬运时间和搬运效率有重大的影响。因此，研究大型物料搬运系统的设计和管理方法，合理配置作业人员、移动设备和搬运单元，缩短搬运时间，降低搬运成本，具有重要的现实意义和应用价值。
本文以A公司钢材库为研究对象，系统探讨了钢材搬运系统的综合设计方法。在分析钢材搬运系统特点的基础上，设计了钢材库的货架，提出了钢材搬运系统的综合设计步骤；对钢材搬运系统用到的运输方式、装卸机械、以及装卸工艺进行分析；运用加权法对方案进行评价。
本文提出的钢材搬运系统的综合设计方法，通过对A公司钢材库搬运系统的调查研究，初步总结出了一条钢材库搬运系统设计和优化方法，继而对A公司钢材库搬运系统进行了优化设计，提高了其社会效益和经济效益。对于提高搬运效率，降低出错率、减少管理人员劳动强度，提高搬运调度管理水平，具有重要作用，对类似物料搬运系统的设计和和运行管理具有重要的借鉴意义。
关键词：搬运系统 优化设计 表上作业法
ABSTRACT
Material Handling is a series of related equipment or devices used in a process or system, coordination of the reasonable material to the process of moving, storage and control. Materials, operations staff, moving equipment and handling of the unit and the path of the movement constitute a material handling system. The variety of large material handling systems is so many, its movement path is complexity and the scheduling management is difficulties, at the same time the material handling system is concerned by people, reduce handling time and cost is the main objective of the class system design and management. In general, handling costs can account for 30% to 40% of the total costs of production, different removal programs have a significant impact on the handling time and handling efficiency. So studying design and management of large-scale material handling systems, rational allocation of operating personnel mobile equipment and handling unit, shortening the transport time, reducing handling costs has important practical significance and application value.
This article makes steel library of Company A as Object of study and discusses the design method for steel handling system. on the basis of analysis of steel handling characteristics designs the steel library shelves and the steel handling system design steps.
Steel handling system design method proposed in this paper, through the research of Company A steel library handling system, the preliminary summary of the material handling system design and optimization of a steel library, then Company A steel library handling system has been optimized, improve their social and economic benefits. Improve handling efficiency, reduce error rate and reduce the labor intensity of management, handling the scheduling management level, has an important role, similar to the material handling system design and operation and management has an important reference.
1、绪论
1.1本文的研究背景和目的
物料搬运系统是目前大家都很关注的问题，降低搬运时间和费用是该类系统设计和管理的主要目标。一般来说，搬运费用可以占到总生产费用的30%~40%，采用不同的搬运方案对搬运时间和搬运效率有重大的影响。物料搬运系统设计主
要包括两大内容：一是对对不同的搬运方案进行选择和优化，通过搬运流程分析，
确定搬运设备类型及运行参数，确定人员配置。二是设计搬运调度管理信息系统，
改变传统上采用的手工管理方式，提高效率，降低出错率，减少管理人员劳动强
度，提高决策科学性。
当前，物料搬运工作在物流系统中处于一个不可忽视的地位，由此可见，物料搬运作为物流活动的一部分，在现代化生产中处于不可忽视的地位，对于物畅其流起着极为重要的作用，只有重视对物料搬运问题的研究，加强对物料搬运的合理组织、科学管理，才能有效地减少物资在整个物流系统过程中的阻力，提高物流系统整体效益，使物流系统在保障有力、及时安全、优质服务、节能经济四大总目标上达到最优。目前对这一问题的研究和改进都不是很深入，探讨场区内物料搬运系统的优化，具有非常重要的现实意义。
通过对A公司钢材库搬运系统的调查研究，初步总结出了一条钢材库搬运系统设计和优化方法，继而对A公司钢材库搬运系统进行了优化设计，提高了其社会效益和经济效益。
1.2 国内外的研究现状及发展趋势
（1）国内研究现状
物料搬运系统国内外的研究领域主要在生产物流系统方面。宋伟刚（2003）认为物料搬运(Material Handing)是制造企业物流过程中不可缺少的重要环节，是对物料、产品、零件或其他物品进行搬动、运输或改变其位置，以满足生产需要。随着工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，物料搬运费用在工业生产成本中所占的比例越来越高。宋伟刚在《物流工程及其应用》中引用数据表明，美国工业产品生产过程中装卸搬运费用占成本的20％~30％，德国企业物料搬运费用占营业额的1/3，日本物料搬运费用则占国民生产总值的10.73％。因此，设计合理的物料搬运系统，对改进物流管理、提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期，加速资金周转和提高整体效益都有重要意义。
北京起重运输机械研究所的王方智、付德源（1997）经过调查得知，改善管理和实现无差错操作是采用自动化设备的最主要的目的。通过管理计算机保持在物料搬运系统中对物料的记录是一种趋势。31%的人员指出应将成本效果作为实行自动的因素之一，因为通常自动化涉及很大投资，较高的成本在长期考虑中是必要的。
孙旖（2002）预测计算机和软件将对设计、控制物料搬运系统的方式产生深刻的影响；杨茅甄（2003）对装卸搬运作业的各种类型，如码头装卸搬运计划与调度、件杂货与散装装卸工艺、货物与包装、码头库场业务及其他装卸搬运作业类型做了详细的介绍；李涛等（2004）分析了装卸搬运当时在物流活动中的地位与现状,指出装卸搬运已成为物流活动中的薄弱环节,提出了提升装卸搬运技术水平的策略；黄晓英、张剑芳（2004）介绍装卸搬运的运行体系和分析方法,从搬运的流量、距离、空间、时间和手段等方面,分析了提高装卸搬运系统效率的改进措施和方法；殷筑生（2005）认为企业物料搬运系统工程的设计与分析应当遵循如下设计原则（1）企业物料搬运系统的定位；（2）提高搬运物料的活性指数和搬运设备的搬运指数降；低物料搬运系统的运行成本；宋伯慧、王耀球（2006）对装卸搬运设备配置的原则和步骤进行了分析,在考虑设备替代和全寿命周期成本的基础上建立了设备配置模型,并结合实例进行了实证分析。
（2）国外研究现状
1) 装卸搬运相关研究
Fred E Meyers 和Matthew P. Stephens（2002）在Manufacturing facilities design and material handling 这本书中，物料搬运(material handling，MH)被简单地定义为物料的移动。物料搬运是指在适当的时间，在适当的位置或条件下，以适当的数量和适当的顺序，把适当的物料搬运到适当的地方，以达到生产成本最小化的活动。在物料搬运上的改进对工人的影响(有益的影响)比工作设计中其他领域要大得多。今天，我们可以说物料搬运设备的工作已经消除了工人在工作中的体力疲劳了。商业经营中每项支出都必须经过成本核算，物料搬运设备也不例外。物料搬运设备的购买费用来自于劳动力成本、物料成本或者管理成本的节约，这些费用必须在两年或更短的时间内返还(投资回报率ROI≥50％)。物料搬运与设备的物理布置紧密联系，在实际中通常被当作一个问题处理。因此，物料搬运几乎是设施设计每个步骤中都不可缺少的部分。物料搬运设备的选择也会影响布置。广义的物料搬运是在制造环境下的所有物料的移动。美国机械工程师协会(American Society for Mechanical Engineers，ASME)把物料搬运定义为一种关于任何形式下的物流、物料包装和物料存储的艺术与科学。物料搬运有5 个不同的方面：搬运，数量，时间，空间和控制。搬运主要是物料从一个地方运输或转移到另一个地方。搬运效率和安全因素是我们主要关注的两个部分。每次搬运物料的数量决定了物料搬运设备的类型和性质，同时也决定了货物运输的单件成本。
时间决定了物料设施的搬运速度。物料的搬运路径、正确的认证和库存管理是控制方面的几个部分。
通常说，如果改进了物流，生产成本就会自动降低。工厂中物料流动的距离越短，成本降低得越多。通常工伤的50%以及总成本的40％~80％是由物料搬运因素引起的。购买搬运设备的费用虽然很高，但是也可以得到很高的投资回报率。计算机化、信息和自动化是成功物流的重要组成部分。Douglas Lambert, James Stock（2003）认为物料搬运系统和仓库计算机化是相互联系，相互作用的。在计算机化的仓库中，所有活动都和信息系统打交道，包括收货、存储和分配。采用信息系统可以提高服务水平、降低成本、提高运作的效率和成本。国外公司的配送中心目前普遍采用计算机系统来控制货物搬运、传送和自动识别设备，如美国的Associated Grocers 公司。条形码等识别计算是实现信息化的基础，与库存管理关系密切。如德州仪器采用条形码和EDI 系统后大大减少了仓库的存储空间。Venkata Reddy Muppani, Gajendra Kumar Adil（2008），认为基于类别存储的决策方法可以影响一个仓库需要的存储空间和物料搬运成本。Sang Hoon Kong（2007）在文献中介绍了三星电子使用商业自动化物料搬运系统（AMHS）仿真软件辅助设计半导体晶圆厂物料搬运系统的过程。
2) 搬运路径优化理论
路径优化相关问题是从事物流研究工作的专家长期关注的问题，虽然已经有成熟的理论，但仍有新的理论和方法提出，如Z Flikop（1985）对非线性的车辆行驶路径问题提出了模型和优化算法； Ronaldo M. Salles, Vitor G. Rolla(2007）提出了一种新的最短路最优路径问题并提出了一种新颖的分析方法和解决方法；Teresa Gomes, José Craveirinha, Luísa Jorge（2008）提出了以一种新的路径优化的方法，为物流路径规划提出了一种新的思路；Reginaldo Guirardello,Ross E. Swaney（2005 对一个化工厂的三维布局问题提出了优化方法；Akul Joshi, Robert Guttenberg（2007）提出了对普遍使用手提式电动工具的”assembly shop floors”的工具选择和工作场所布置问题一种解决办法；George Ioannou（2007）用整数规划的方法进行物料搬运系统的规划设计。
3) 搬运工具选择
Mustafa Yurdakul, Yusuf Tansel（2008）用TOPSIS 法作为解决多模糊多准则决策模型（fuzzy MCDM models）的制造企业工具选择问题。综合国内外的研究资料发现, 从事过装卸搬运和路径优化相关问题的人都很多, 但基本上都是分开研究,把两者结合在一起进行研究的不多。管理系统应用到物料搬运的相关论述也不太多。开展把物料搬运、路径优化和用信息系统辅助搬运的研究是很有意义的。
1.3 本文研究的问题及主要工作内容
2. 仓储相关理论概述
2.1 搬运的概念和特点
物料搬运广义地说，是指不同形式的物料移动、包装、储存的过程及规则性的有关知识和技术。狭义地说，物料搬运的定义是指不同形式的物料移动。
物料搬运存在于物质生产和产品销售的过程之中。在工厂生产过程中，常常要花费大量的时间和精力把物料从一个地方送往另一个地方，从一个工作地送到另一个工作地，其过程包括为:原材料、燃料、外购件等物料从企业仓库或企业的“门户”开始，分别进入到仓库或生产线开始端，在生产线开端借助一定的搬运装置，物料进一步随生产加工过程，一个一个环节的“流”，在“流”的过程中本身被加工，同时产生一些废料余料，这些废料余料同样也要被搬运到企业内部回收点(或者是原材料仓库、或者是生产线开端重新加工，或者直接到废品仓库)，半成品继续“流”向下一道工序，直到生产加工终结，再“流”至成品仓库。物料搬运作业主要有以下三个特点：
(1)物料搬运是附属性、伴生性的活动。物料搬运的目的总是与物流的其它环节密不可分的，不是为了搬运而搬运，因此与其它环节相比，具有伴随产生的特点。又如运输、储存、包装等环节，一般都以物料的装卸搬运为起始点和终结点，因此它又具有“起迄性”的特点。
(2)物料搬运是支持性、保障性活动。物料搬运保障了生产中其他环节活动的顺利进行，物料搬运过程不消耗原材料，不排放废弃物，不大量占用流动资金，不产生有形产品，因此具有提供劳务的性质。
(3)物料搬运是衔接性的活动。在任何其他物流活动互相过渡时，都是以物料搬运来衔接的。因而，物料搬运往往成为整个物流“瓶颈”，是物流各功能之间能否形成有机联系和紧密衔接的关键。
2.2搬运作业的分类
企业物料搬运作业的组合形式有很多，了解物料搬运作业的分类，对在什么样的场所，进行什么样的操作，使用什么样的方法进行作业是很重要的。
(一)按作业场所分类
按照企业中物料搬运作业场所的不同，物料搬运基本上可以分为以下三种
(l)车间搬运。指在车间内部工序间进行的各种物料搬运活动，如原材料、在制品、半成品、零部件、产成品等的取放、分拣、包装、堆码、输送等作业。
(2)站台物料搬运。指在企业车间或仓库外的站台进行的各种物料搬运活动。如装车、卸车、集装箱的装箱与掏箱、搬运等作业。
(3)仓库物料搬运。指在仓库、堆场、物流中心等处的物料搬运活动。如堆码取拆、分拣配货作业、挪动移位作业等。
(二)按物料搬运的操作特点分类
(1)堆码取拆作业。包括在车间内、仓库内、运输工具内的堆码和拆垛作业
(2)分拣配货作业。按物料品种、用途、到站、去向、货主等不同特征进行分拣货物的作业。
(3)挪动移位作业。指单纯地改变货物的水平空间位置的作业。
(三)按物料搬运作业的搬运方式分类
(1)吊装吊卸法(垂直法)。主要是以使用各种起重机械改变货物铅垂方向的位置为主要特征的方法，这种方法历史悠久、应用面很广。
(2)滚装滚卸法(水平法)。是以改变货物水平方向的位置为主要特征的方法。如各种轮式、履带式车辆通过站台装卸货物，用叉车、平移机装卸单件货物、集装箱或托盘等。
(四)按物料搬运作业的对象分类
(1)单件作业法。单件作业就是单件、逐件装卸搬运的方法，这是人力作业阶段的主导方法。目前对长大笨重、形状特殊的货物，或集装会增加危险的货物等，仍采取单件作业法。
(2)集装作业法。集装作业法是指先将货物集零为整，再进行装卸搬运的方法。有集装箱作业法、托盘作业法、货捆作业法、滑板作业法、网装作业法以及挂车作业法等。
(五)按搬运设备的作业原理分类
它可分为间歇作业(如起重机等)和连续作业(如连续输送机)方法。
(六)按物料搬运作业的手段和组织水平分类
它可以分为人工作业法、机械作业法、综合机械化作业法和自动作业法。在对产品的搬运实况进行分析后，就可以依据这些具体的分类来对物料搬运作业进行适当合理的划分，在什么样的搬运范围内采用哪几种搬运方式和方法，然后再根据各自不同的要求做出搬运作业计划和控制。
2.3搬运在物流中的作用及重要性
物料搬运是指在物流过程中，对各类物资所进行的装卸、搬运、堆垛、协助取货和理货等相关的作业[4]。选择合适的搬运路径和好的装卸搬运方法对降低成本、节约时间、提高客户满意度起着不容忽视的作用。本文研究的是场区物料搬运，也就是企业内物流。在企业内物流中物料搬运有非常重要的作用。
首先，物料如果不能适时、适地、适量地送至生产场所或工作地，会增加机器设备、人员的闲置时间，影响机器设备和人员的利用，甚至造成生产过程中断，影响产品生产进度和交货时间;其次，搬运不良或搬运迟缓，会造成生产现场混乱，打乱正常的工作地布置，影响安全生产和工人操作，导致工人疲劳，降低生产效率;再次，搬运不良，物料搬运次数过多或过少，都会增搬运费用，导致生产成本的提高;最后，大量资料表明，物料搬运不良，还导致产品质量不良的原因之一。
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%一70%;3%一5%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。
因此，物料搬运是生产系统设计的重要内容，良好的物料搬运设计可以证生产系统的功能，保证以最低的生产成本把产品按品种、规格、数量和交货日期生产出来，满足顾客的需要。
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