A企業鋼材庫搬運系統優化設計

摘 要
 物料搬運是指將一系列的相關設備或裝置用于一個過程或系統中，協調合理地將物料進行移動、儲存和控制的過程。物料、作業人員、移動設備與搬運單元和移動路徑的組合就構成了物料搬運系統。大型物料搬運系統物料品種多、移動路徑復雜、調度管理困難，同時物料搬運系統是目前大家都很關注的問題，降低搬運時間和費用是該類系統設計和管理的主要目標。一般來說，搬運費用可以占到總生產費用的30%~40%，采用不同的搬運方案對搬運時間和搬運效率有重大的影響。因此，研究大型物料搬運系統的設計和管理方法，合理配置作業人員、移動設備和搬運單元，縮短搬運時間，降低搬運成本，具有重要的現實意義和應用價值。
 本文以A公司鋼材庫為研究對象，系統探討了鋼材搬運系統的綜合設計方法。在分析鋼材搬運系統特點的基礎上，設計了鋼材庫的貨架，提出了鋼材搬運系統的綜合設計步驟；對鋼材搬運系統用到的運輸方式、裝卸機械、以及裝卸工藝進行分析；運用加權法對方案進行評價。
 本文提出的鋼材搬運系統的綜合設計方法，通過對A公司鋼材庫搬運系統的調查研究，初步總結出了一條鋼材庫搬運系統設計和優化方法，繼而對A公司鋼材庫搬運系統進行了優化設計，提高了其社會效益和經濟效益。對于提高搬運效率，降低出錯率、減少管理人員勞動強度，提高搬運調度管理水平，具有重要作用，對類似物料搬運系統的設計和和運行管理具有重要的借鑒意義。

關鍵詞：搬運系統  優化設計  表上作業法

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、緒論
1.1本文的研究背景和目的
 物料搬運系統是目前大家都很關注的問題，降低搬運時間和費用是該類系統設計和管理的主要目標。一般來說，搬運費用可以占到總生產費用的30%~40%，采用不同的搬運方案對搬運時間和搬運效率有重大的影響。物料搬運系統設計主
要包括兩大內容：一是對對不同的搬運方案進行選擇和優化，通過搬運流程分析，
確定搬運設備類型及運行參數，確定人員配置。二是設計搬運調度管理信息系統，
改變傳統上采用的手工管理方式，提高效率，降低出錯率，減少管理人員勞動強
度，提高決策科學性。
 當前，物料搬運工作在物流系統中處于一個不可忽視的地位，由此可見，物料搬運作為物流活動的一部分，在現代化生產中處于不可忽視的地位，對于物暢其流起著極為重要的作用，只有重視對物料搬運問題的研究，加強對物料搬運的合理組織、科學管理，才能有效地減少物資在整個物流系統過程中的阻力，提高物流系統整體效益，使物流系統在保障有力、及時安全、優質服務、節能經濟四大總目標上達到最優。目前對這一問題的研究和改進都不是很深入，探討場區內物料搬運系統的優化，具有非常重要的現實意義。
 通過對A公司鋼材庫搬運系統的調查研究，初步總結出了一條鋼材庫搬運系統設計和優化方法，繼而對A公司鋼材庫搬運系統進行了優化設計，提高了其社會效益和經濟效益。
1.2 國內外的研究現狀及發展趨勢
（1）國內研究現狀
 物料搬運系統國內外的研究領域主要在生產物流系統方面。宋偉剛（2003）認為物料搬運(Material Handing)是制造企業物流過程中不可缺少的重要環節，是對物料、產品、零件或其他物品進行搬動、運輸或改變其位置，以滿足生產需要。隨著工業生產規模的擴大和自動化程度的提高，物料搬運費用在工業生產成本中所占的比例越來越高。宋偉剛在《物流工程及其應用》中引用數據表明，美國工業產品生產過程中裝卸搬運費用占成本的20％~30％，德國企業物料搬運費用占營業額的1/3，日本物料搬運費用則占國民生產總值的10.73％。因此，設計合理的物料搬運系統，對改進物流管理、提高產品質量、降低生產成本、縮短生產周期，加速資金周轉和提高整體效益都有重要意義。
 北京起重運輸機械研究所的王方智、付德源（1997）經過調查得知，改善管理和實現無差錯操作是采用自動化設備的最主要的目的。通過管理計算機保持在物料搬運系統中對物料的記錄是一種趨勢。31%的人員指出應將成本效果作為實行自動的因素之一，因為通常自動化涉及很大投資，較高的成本在長期考慮中是必要的。
 孫旖（2002）預測計算機和軟件將對設計、控制物料搬運系統的方式產生深刻的影響；楊茅甄（2003）對裝卸搬運作業的各種類型，如碼頭裝卸搬運計劃與調度、件雜貨與散裝裝卸工藝、貨物與包裝、碼頭庫場業務及其他裝卸搬運作業類型做了詳細的介紹；李濤等（2004）分析了裝卸搬運當時在物流活動中的地位與現狀,指出裝卸搬運已成為物流活動中的薄弱環節,提出了提升裝卸搬運技術水平的策略；黃曉英、張劍芳（2004）介紹裝卸搬運的運行體系和分析方法,從搬運的流量、距離、空間、時間和手段等方面,分析了提高裝卸搬運系統效率的改進措施和方法；殷筑生（2005）認為企業物料搬運系統工程的設計與分析應當遵循如下設計原則（1）企業物料搬運系統的定位；（2）提高搬運物料的活性指數和搬運設備的搬運指數降；低物料搬運系統的運行成本；宋伯慧、王耀球（2006）對裝卸搬運設備配置的原則和步驟進行了分析,在考慮設備替代和全壽命周期成本的基礎上建立了設備配置模型,并結合實例進行了實證分析。
（2）國外研究現狀
1) 裝卸搬運相關研究
 Fred E Meyers 和Matthew P. Stephens（2002）在Manufacturing facilities design and material handling 這本書中，物料搬運(material handling，MH)被簡單地定義為物料的移動。物料搬運是指在適當的時間，在適當的位置或條件下，以適當的數量和適當的順序，把適當的物料搬運到適當的地方，以達到生產成本最小化的活動。在物料搬運上的改進對工人的影響(有益的影響)比工作設計中其他領域要大得多。今天，我們可以說物料搬運設備的工作已經消除了工人在工作中的體力疲勞了。商業經營中每項支出都必須經過成本核算，物料搬運設備也不例外。物料搬運設備的購買費用來自于勞動力成本、物料成本或者管理成本的節約，這些費用必須在兩年或更短的時間內返還(投資回報率ROI≥50％)。物料搬運與設備的物理布置緊密聯系，在實際中通常被當作一個問題處理。因此，物料搬運幾乎是設施設計每個步驟中都不可缺少的部分。物料搬運設備的選擇也會影響布置。廣義的物料搬運是在制造環境下的所有物料的移動。美國機械工程師協會(American Society for Mechanical Engineers，ASME)把物料搬運定義為一種關于任何形式下的物流、物料包裝和物料存儲的藝術與科學。物料搬運有5 個不同的方面：搬運，數量，時間，空間和控制。搬運主要是物料從一個地方運輸或轉移到另一個地方。搬運效率和安全因素是我們主要關注的兩個部分。每次搬運物料的數量決定了物料搬運設備的類型和性質，同時也決定了貨物運輸的單件成本。
時間決定了物料設施的搬運速度。物料的搬運路徑、正確的認證和庫存管理是控制方面的幾個部分。
 通常說，如果改進了物流，生產成本就會自動降低。工廠中物料流動的距離越短，成本降低得越多。通常工傷的50%以及總成本的40％~80％是由物料搬運因素引起的。購買搬運設備的費用雖然很高，但是也可以得到很高的投資回報率。計算機化、信息和自動化是成功物流的重要組成部分。Douglas Lambert, James Stock（2003）認為物料搬運系統和倉庫計算機化是相互聯系，相互作用的。在計算機化的倉庫中，所有活動都和信息系統打交道，包括收貨、存儲和分配。采用信息系統可以提高服務水平、降低成本、提高運作的效率和成本。國外公司的配送中心目前普遍采用計算機系統來控制貨物搬運、傳送和自動識別設備，如美國的Associated Grocers 公司。條形碼等識別計算是實現信息化的基礎，與庫存管理關系密切。如德州儀器采用條形碼和EDI 系統后大大減少了倉庫的存儲空間。Venkata Reddy Muppani, Gajendra Kumar Adil（2008），認為基于類別存儲的決策方法可以影響一個倉庫需要的存儲空間和物料搬運成本。Sang Hoon Kong（2007）在文獻中介紹了三星電子使用商業自動化物料搬運系統（AMHS）仿真軟件輔助設計半導體晶圓廠物料搬運系統的過程。
2) 搬運路徑優化理論
 路徑優化相關問題是從事物流研究工作的專家長期關注的問題，雖然已經有成熟的理論，但仍有新的理論和方法提出，如Z Flikop（1985）對非線性的車輛行駛路徑問題提出了模型和優化算法； Ronaldo M. Salles, Vitor G. Rolla(2007）提出了一種新的最短路最優路徑問題并提出了一種新穎的分析方法和解決方法；Teresa Gomes, José Craveirinha, Luísa Jorge（2008）提出了以一種新的路徑優化的方法，為物流路徑規劃提出了一種新的思路；Reginaldo Guirardello,Ross E. Swaney（2005 對一個化工廠的三維布局問題提出了優化方法；Akul Joshi, Robert Guttenberg（2007）提出了對普遍使用手提式電動工具的”assembly shop floors”的工具選擇和工作場所布置問題一種解決辦法；George Ioannou（2007）用整數規劃的方法進行物料搬運系統的規劃設計。
3) 搬運工具選擇
 Mustafa Yurdakul, Yusuf Tansel（2008）用TOPSIS 法作為解決多模糊多準則決策模型（fuzzy MCDM models）的制造企業工具選擇問題。綜合國內外的研究資料發現, 從事過裝卸搬運和路徑優化相關問題的人都很多, 但基本上都是分開研究,把兩者結合在一起進行研究的不多。管理系統應用到物料搬運的相關論述也不太多。開展把物料搬運、路徑優化和用信息系統輔助搬運的研究是很有意義的。
1.3 本文研究的問題及主要工作內容

2. 倉儲相關理論概述
2.1 搬運的概念和特點
 物料搬運廣義地說，是指不同形式的物料移動、包裝、儲存的過程及規則性的有關知識和技術。狹義地說，物料搬運的定義是指不同形式的物料移動。
 物料搬運存在于物質生產和產品銷售的過程之中。在工廠生產過程中，常常要花費大量的時間和精力把物料從一個地方送往另一個地方，從一個工作地送到另一個工作地，其過程包括為:原材料、燃料、外購件等物料從企業倉庫或企業的“門戶”開始，分別進入到倉庫或生產線開始端，在生產線開端借助一定的搬運裝置，物料進一步隨生產加工過程，一個一個環節的“流”，在“流”的過程中本身被加工，同時產生一些廢料余料，這些廢料余料同樣也要被搬運到企業內部回收點(或者是原材料倉庫、或者是生產線開端重新加工，或者直接到廢品倉庫)，半成品繼續“流”向下一道工序，直到生產加工終結，再“流”至成品倉庫。物料搬運作業主要有以下三個特點：
  (1)物料搬運是附屬性、伴生性的活動。物料搬運的目的總是與物流的其它環節密不可分的，不是為了搬運而搬運，因此與其它環節相比，具有伴隨產生的特點。又如運輸、儲存、包裝等環節，一般都以物料的裝卸搬運為起始點和終結點，因此它又具有“起迄性”的特點。
  (2)物料搬運是支持性、保障性活動。物料搬運保障了生產中其他環節活動的順利進行，物料搬運過程不消耗原材料，不排放廢棄物，不大量占用流動資金，不產生有形產品，因此具有提供勞務的性質。
  (3)物料搬運是銜接性的活動。在任何其他物流活動互相過渡時，都是以物料搬運來銜接的。因而，物料搬運往往成為整個物流“瓶頸”，是物流各功能之間能否形成有機聯系和緊密銜接的關鍵。
2.2搬運作業的分類
 企業物料搬運作業的組合形式有很多，了解物料搬運作業的分類，對在什么樣的場所，進行什么樣的操作，使用什么樣的方法進行作業是很重要的。
 (一)按作業場所分類
 按照企業中物料搬運作業場所的不同，物料搬運基本上可以分為以下三種
 (l)車間搬運。指在車間內部工序間進行的各種物料搬運活動，如原材料、在制品、半成品、零部件、產成品等的取放、分揀、包裝、堆碼、輸送等作業。
 (2)站臺物料搬運。指在企業車間或倉庫外的站臺進行的各種物料搬運活動。如裝車、卸車、集裝箱的裝箱與掏箱、搬運等作業。
 (3)倉庫物料搬運。指在倉庫、堆場、物流中心等處的物料搬運活動。如堆碼取拆、分揀配貨作業、挪動移位作業等。
 (二)按物料搬運的操作特點分類
 (1)堆碼取拆作業。包括在車間內、倉庫內、運輸工具內的堆碼和拆垛作業
 (2)分揀配貨作業。按物料品種、用途、到站、去向、貨主等不同特征進行分揀貨物的作業。
 (3)挪動移位作業。指單純地改變貨物的水平空間位置的作業。
 (三)按物料搬運作業的搬運方式分類
 (1)吊裝吊卸法(垂直法)。主要是以使用各種起重機械改變貨物鉛垂方向的位置為主要特征的方法，這種方法歷史悠久、應用面很廣。
 (2)滾裝滾卸法(水平法)。是以改變貨物水平方向的位置為主要特征的方法。如各種輪式、履帶式車輛通過站臺裝卸貨物，用叉車、平移機裝卸單件貨物、集裝箱或托盤等。
 (四)按物料搬運作業的對象分類
 (1)單件作業法。單件作業就是單件、逐件裝卸搬運的方法，這是人力作業階段的主導方法。目前對長大笨重、形狀特殊的貨物，或集裝會增加危險的貨物等，仍采取單件作業法。
 (2)集裝作業法。集裝作業法是指先將貨物集零為整，再進行裝卸搬運的方法。有集裝箱作業法、托盤作業法、貨捆作業法、滑板作業法、網裝作業法以及掛車作業法等。
 (五)按搬運設備的作業原理分類
 它可分為間歇作業(如起重機等)和連續作業(如連續輸送機)方法。
 (六)按物料搬運作業的手段和組織水平分類
 它可以分為人工作業法、機械作業法、綜合機械化作業法和自動作業法。在對產品的搬運實況進行分析后，就可以依據這些具體的分類來對物料搬運作業進行適當合理的劃分，在什么樣的搬運范圍內采用哪幾種搬運方式和方法，然后再根據各自不同的要求做出搬運作業計劃和控制。
2.3搬運在物流中的作用及重要性
 物料搬運是指在物流過程中，對各類物資所進行的裝卸、搬運、堆垛、協助取貨和理貨等相關的作業[4]。選擇合適的搬運路徑和好的裝卸搬運方法對降低成本、節約時間、提高客戶滿意度起著不容忽視的作用。本文研究的是場區物料搬運，也就是企業內物流。在企業內物流中物料搬運有非常重要的作用。
 首先，物料如果不能適時、適地、適量地送至生產場所或工作地，會增加機器設備、人員的閑置時間，影響機器設備和人員的利用，甚至造成生產過程中斷，影響產品生產進度和交貨時間;其次，搬運不良或搬運遲緩，會造成生產現場混亂，打亂正常的工作地布置，影響安全生產和工人操作，導致工人疲勞，降低生產效率;再次，搬運不良，物料搬運次數過多或過少，都會增搬運費用，導致生產成本的提高;最后，大量資料表明，物料搬運不良，還導致產品質量不良的原因之一。
 據統計，物料搬運涉及企業25%雇員的工作，占有55%的工廠空間和87的生產時間，物料搬運占制造產品總成本的15%一70%;3%一5%的產品由于搬運不當而受損;而且，50%以上的工傷事故起源于物料搬運。
 因此，物料搬運是生產系統設計的重要內容，良好的物料搬運設計可以證生產系統的功能，保證以最低的生產成本把產品按品種、規格、數量和交貨日期生產出來，滿足顧客的需要。