第6章 物料搬运系统设计 Chapter 6 Design of the Material.ppt

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1、第7章 物料搬运系统设计Chapter 7 Design of the Material Handling System,1,2,引导案例,一家手表带厂生产几种金属表带，表带由若干咬合齿片组成。它的工艺是，用冲床冲压出这些齿片，然后操作工人将生产好的元件装满容器箱后，将容器箱送往装配线进行装配。工厂原来整个生产周期需要48天。显然这么长的时间在激烈的竞争环境下是难以接受的，于是工厂请张教授寻找问题根源。由于张教授的工业工程背景，很快就确定了问题的所在。首先是所用容器箱太大，需要花很多时间才能装满这种容器箱，其次冲床成为一个瓶颈，限制了整个系统的生产率。张教授提出的建议是：第一，用小得多的容器箱

2、向下游频繁地传送元件；第二，增加一台冲床。这样可将生产周期降到4天。,本 章 主 要 内 容, 物料搬运概述物料搬运的概念、物料搬运的原则、物料搬运活性分析。 物料搬运系统物料控制系统、物料搬运方程式。 物料搬运的单元化和标准化集装单元化与标准化、包装与单元化、单元化管理、集装单元设计。 搬运系统分析方法SHA物料的分类、布置、移动分析、搬运方案分析。 搬运系统设计优化与改善搬运系统设备数量的确定、搬运系统的成本优化、提高搬运系统的安全性、搬运系统及作业的改善。 搬运系统与运输系统的对接运输系统概述、装箱问题、路径问题。,3,4,7.1 物料搬运概述,物料搬运（Material Handlin

3、g）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。,物流工程,第二十三讲,主讲教师：孙宝凤学时：48,6,7.1.1 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。Material Handling:从以下几方面把握：关键词：改变存放状态、空间位置物料搬运的基本内容：物料、移动和方法物料搬运的作业方式： 水平/斜面运动搬运 垂直运动装卸 上升/下降码垛/取货 沿着某一轴线转向/翻转,7,7.1.2 物料搬运的原则,(1) 规划原则。全面考虑需求、作业目标和

4、功能要求来规划所有的物料搬运和物料存储工作。PLANNING PRINCIPLE: All material handling should be the result of a deliberate plan where the needs, performance objectives and functional specification of the proposed methods are completely defined at the outset.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统

5、化原则,10 Principles,美国物料搬运教育大学与产业联系理事会(CICMHE),8,7.1.2 物料搬运的原则,(2) 标准化原则。物料搬运方法、设备、器具、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。 STANDARDIZATION PRINCIPLE: Material handling methods, equipment, controls and software should be standardized within the limits of achieving overall performance objectives an

6、d without sacrificing needed flexibility , modularity and throughput.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,9,7.1.2 物料搬运的原则,(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乘以运距来衡量，即W=F*D。 WORK PRINCIPLE: Material handling work should be minimized without

7、sacrificing productivity or the level of service required of the operation.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,10,7.1.2 物料搬运的原则,(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。 ERGONOMIC PRINCIPLE: Human capabilities and limitations must be recogniz

8、ed and respected in the design of material handling tasks and equipment to ensure safe and effective operations.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,11,7.1.2 物料搬运的原则,(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，以利搬运过程的标准化、集装化。UNIT LOAD PRINCIPLE: Unit loads shall be ap

9、propriately sized and configured in a way which achieves the material flow and inventory objectives at each stage in the supply chain.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,12,7.1.2 物料搬运的原则,(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。SPACE UTILIZATION PRI

10、NCIPLE: Effective and efficient use must be made of all available space.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,13,7.1.2 物料搬运的原则,(7)系统化原则。尽可能广泛地把各种搬运活动当作一个整体，使之组成相互协调的搬运系统。其范围包括收货、检验、储存、生产、检验、包装、成品储存、发货、运输和反向物流等。SYSTEM PRINCIPLE: Material movement and storag

11、e activities should be fully integrated to form a coordinated, operational system which spans receiving, inspection, storage, production, assembly, packaging, unitizing, order selection, shipping, transportation and the handling of returns.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原

12、则,系统化原则,10 Principles,14,7.1.2 物料搬运的原则,(8) 自动化原则。应当采用合理的作业机械化和/或自动化，以提高作业效率、反应速度和一致性，降低成本并消除重复性和有潜在不安全性的人工作业。AUTOMATION PRINCIPLE: Material handling operations should be mechanized and/or automated where feasible to improve operational efficiency, increase responsiveness, improve consistency and pre

13、dictability, decrease operating costs and to eliminate repetitive or potentially unsafe manual labor.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,15,7.1.2 物料搬运的原则,(9) 环境原则。在设计物料搬运系统和选择设备时，应当将对环境的影响和能量消耗作为一个重要依据。ENVIRONMENTAL PRINCIPLE: Environmental impact and en

14、ergy consumption should be considered as criteria when designing or selecting alternative equipment and material handling systems.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,16,7.1.2 物料搬运的原则,(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。LIFE CYCLE

15、 COST PRINCIPLE: A thorough economic analysis should account for the entire life cycle of all material handling equipment and resulting systems.,规划原则,标准化原则,工作原则,人机工效原则,集装单元化原则,充分利用空间原则,环境原则,全生命周期成本原则,自动化原则,系统化原则,10 Principles,判断物料搬运系统优劣。冲突的原则宜适当取舍,17,7.1.3 物料搬运活性分析,物料活性系数A活性分析图表（掌握活性分析图表的制作与分析）根据活性系

16、数大小，改进物料搬运的方法,18,计算平均活性系数。图中的平均值2.7由下式计算：平均活性系数= 活性系数总和 / 作业工序数,19,7.2 物料搬运系统,物料控制系统物料搬运是物流系统的控制和管理活动。物料搬运控制系统是物料搬运系统不可缺少的部分。 五个维度：移动数量时间空间控制 物理控制：对物料方位、顺序、间隙的控制 状态控制：对物料的位置、数量、起迄地、所有者、进度安排的控制物料搬运方程式,20,7.3 物料搬运的单元化与标准化,集装单元或单元载荷（Unit Load）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，整齐地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

17、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（Unitization）。,物流工程,第二十四讲,主讲教师：孙宝凤学时：48,7.3.1 集装单元化与标准化,1集装单元化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为广泛。单元化优缺点 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、搬运机械也要根据标准模数决定其主要性能参数。,22,23,1) 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

18、要是简单化,2) 物流模数尺寸,GB/T4892-1996硬质直方体运输包装尺寸系列规定了集装单元基础模数尺寸600400。,24,运输包装件的平面尺寸与基础模数的关系,7.3.2 包装与单元化,所谓包装，就是使用适当的材料、容器作用于商品，便于商品运输、保管、销售和使用，维护商品使用价值，使其不受外界因素影响，保持商品完好状态的技术和方法。销售包装和运输包装：1）销售包装主要以满足销售的需要为目的，一般要与商品接触，包装体与商品体是在生产中结合成一体的，起到直接保护、美化、宣传商品的作用。2）运输包装主要以满足运输、装卸、储存需要为目的，通常不随商品卖给消费者，一般不与商品直接接触，是由许多

19、小包装（销售包装）集结而成的，如烟、酒、化妆品等，是将商品先装于小包装，然后集装于纸箱或木箱。,25,7.3.3 单元化管理,生产物料的大小和形状是千变万化的，单元化管理就是将各式各样的物料集装成便于储运的单元，以尺寸标准化单元器具为基础进行各项搬运作业。单元化应扩展至整个供应链。单元化要从设计开始，充分掌握行业物料、工艺、和流程特点，以及对物流空间的要求。,26,7.3.4 集装单元设计,集装单元设计（Unit Load Design）是单元化管理的关键。集装单元不仅可用于厂内在制品的搬运，而且也用于收发货和存储等内外交接环节。集装单元设计需要确定以下要素： 集装单元的类型、大小、重量和配置

20、； 搬运集装单元所用的设备和方法； 集装单元形成和分拆的方法。,27,7.4 搬运系统分析方法,搬运系统分析（SHA:System Handling Analysis）对比系统布置与设计（SLP:System Layout Planting）SHA与SLP相互关系与结合Notes: SLP& SHA提供了一套完整的、易于实行的阶段划分、程序模式和习惯表达法。 特点：逻辑化、条理化的科学分析方法。物料搬运系统分析过程 图示1.物料分析分类、特征2.初步布置布置方案与搬运方案结合,包括3.移动的分析和4.移动的图表化 移动分析搬运作业与作业量、距离的综合5.物料搬运方法的知识与理解 包括：6.初步

21、搬运方案；7.修改和限制；8.需求计算9.确定最终搬运方案选择搬运方法，修改完善,28,29,物料搬运系统分析过程如图所示。,7.4 搬运系统分析方法,1.物料分析分类、特征,物料分类基本方法物理特征数量时间因素特殊控制问题运输单元： 单元化和标准化问题,30,31,31,32,2.初步布置布置方案与搬运方案结合包括3.移动的分析4.移动的图表化,搬运路线分析法,33,区域进出法,34,物流图表化：方法1：物流流程简图方法2：平面布置图上绘制物流图方法3：坐标指示图,35,5.物料搬运方法的知识与理解包括：6.初步搬运方案；7.修改和限制；8.需求计算,36,37,物流工程,第二十五讲,主讲教

22、师：孙宝凤学时：48,39,7.4.4 搬运方案分析,物料搬运方法是物料搬运路线、设备和容器的总和。一个工厂的搬运活动可以采用同一种搬运方法，也可以采用不同的方法。一般情况下，搬运方案都是几种搬运方法的组合。,40,1物料搬运方法及选择原则,1）物料搬运路线的特点及选择原则。2）物料搬运设备选择原则。3）选择容器。,41,1）物料搬运路线的特点及选择原则,物料搬运路线分为直达型D、渠道型K和中心型C：直达型。这种路线上各种物料从起点到终点经过的路线最短。当物流量大、距离短或距离中等时，一般采用这种形式是最经济的，尤其当物料有一定的特殊性而时间又较紧迫时更为有利渠道型。一些物料在预定路线上移动，

23、同来自不同地点的其他物料一起运到同一个终点。当物流量为中等或少量，而距离为中等或较长时，采用这种形式是经济的。尤其当布置是不规则的分散布置时更为有利。中心型。各种物料从起点移动到一个中心分拣处或分拨地，然后再运往终点。当物流量小而距离中等或较远时，这种形式是非常经济的。尤其当厂区外形基本上是方整的且管理水平较高时更为有利。,42,2）物料搬运设备选择原则,下图所示为距离与物流量指示图，(a)为物料搬运三种形式选择图，注意：若物流量大而距离又长，则说明这样的布置不合理。物料搬运设备选择原则。这时要根据距离与物流量指示来确定设备的类别，见图 (b)。我们一般把设备分成四类，综合距离和物流量两个指标

24、来选择。,43,设备按技术或具体性能分类时，可分为起重机、输送机、无轨搬运车辆和有轨搬运设备。例如，简单的搬运设备如二轮手推车，复杂的搬运设备如狭通道带夹具的叉车；简单的运输设备如机动货车，复杂的运输设备如电子控制的无人驾驶车辆AGV。,44,3）选择容器,容器（搬运单元）是指物料搬运时的基本装载方式，如散装采用车厢、罐装等，单件采用单件包装、集装器具等。应根据物料特点和设备来选择运输与搬运单元。确定了物料方法也就完成了物料搬运初步方案的大部分工作。结合实际条件和限制，对初步方案进行分析、评价和修改后，就可以进入搬运方案的详细设计阶段。,45,2搬运方案的详细设计,搬运方案的详细设计是在搬运方

25、案的初步设计的总体方案基础之上，制定从工作地到工作地、或从具体取货点到具体卸货点之间的搬运方法。详细搬运方案必须与总体搬运方案协调一致。实际上，SHA在方案初步设计阶段和方案详细设计阶段用的是同样的模式，只是在实际运用中，两具阶段的设计区域范围不同，详细程度不同。详细设计阶段需要大量的资料、更具体的指标和更多的实际条件。这时我们要掌握物料分类、布置和移动分析的详细资料。在完成总体搬运方案和详细搬运方案的设计后，加上外部衔接和方案的实施两部分，就是SHA阶段构成的完整内容，也是利用SHA方法进行物料搬运系统设计的内涵。,46,SHA与SLP的结合,从前面SHA的设计是可以看到，搬运设计系统时必须

26、考虑布置的具体情况，作为布置设计和搬运系统设计的方法，SLP和SHA有十分密切的关系。1. SLP和SHA的相互关系1) 二者具有共同的目标，其出发点都是力求物流合理化2) SLP和SHA具有相互制约、相辅相成的关系。2. SLP和SHA的结合1) 进行SLP时，尽可能考虑到SHA的需要2) SLP和SHA交叉进行，相互补足,7.5 搬运系统设计优化与改善,主要考虑系统设计优化问题通过例子来讲述设备数量确定的优化问题，然后讨论系统的成本问题。设计出的搬运系统能不能实施，还需要从成本和安全的角度予以优化。更重要的是搬运系统实施运营后，企业受内外各种因素的影响对产品、工艺、原材料等的调整，都会影响

27、到搬运系统，因此在实际工作中经常碰到的是搬运系统实施后的调整优化问题，甚至具体到搬运作业的改善,7.5.1 搬运系统设备数量的确定,机械设备系数K来衡量搬运系统机械化作业程度的高低 K = Qc / Qt = Qc / HaQc为搬运机械设备能力，是各类机械的总和；Qt为搬运系统总物流量，是年吞吐量H与重复搬运系数a 的乘积。通常a 可取12，如无二次搬运，a =1。一般K0.7表明机械化作业程度高，K0.5则机械化作业程度低。为搬运系统配备设备时可预先规定K的值某一类机械所需台数Zi,7.5.2 搬运系统的成本优化,物料搬运系统不但要有“正确的搬运方法”，还要有“正确的成本”。设计搬运系统时

28、，成本估算并不需要过分细致深入，通常采用粗略的方法，如经验估算法。经验估算法可采用现有走行式托盘搬运车的平均单价作为基础，来合理估算特定型号的走行式托盘搬运车的购买价格。 搬运成本通常由以下方法估算： 搬运设备移动到负责区域储位的平均时间期望值； 高峰需求期作业所需要的搬运车辆数，如以每小时衡量 搬运车辆每小时作业成本，包括人工和燃料； 基于年度作业需求的年度运作成本； 总搬运成本为年度作业成本和资产成本的总和。,7.5.3 提高搬运系统的安全性,在物料搬运过程中，常见的安全事故主要有：设备伤害、扭伤、砸伤、坍塌、爆炸、中毒、触电和灼烫等伤害。事故原因可归结为人、机械、管理三方面的因素。随着技

29、术的进步，单纯机械方面的缺陷造成的事故已经很少。但是仅有安全的设备并不能保证安全的工作环境，搬运系统安全的关键因素是人员设备接口和管理。人员设备接口中特别要引起注意的是行人和叉车同时使用通道的情况。,物流工程,第二十六讲,主讲教师：孙宝凤学时：48,52,7.5.4 搬运作业的改善,搬运系统的设计只进行一次，但由于企业运营后，受到内外各种因素的影响，要不时进行产品、工艺、原材料等的调整，这些都会影响到搬运系统。因此在实际工作中经常碰到的是搬运作业的改善和搬运系统的改进问题。,7.5.4 搬运系统及作业的改善,一、搬运的浪费与不足 搬运的浪费：浪费是指所有一切不增值的活动，对搬运来说就是超出了实

30、际的搬运 搬运的不足，尤其是方法和设备工具的不足，在我国很普遍，不少企业偏重于依赖廉价的劳动力，普遍采用人力搬运。不注重采用先进的搬运方法，在搬运设备上的投资很少，哪怕一些简单便宜的工具都不配备；人力搬运粗放、低效和野蛮作业，不仅劳动效率极低，也经常造成人员的伤害和货物的损坏，有时还会形成恶性循环：劳动强度大、安全性低及待遇差导致人员流动性大，更不注重方法和设备的投入。,二、改进搬运的分析方法与步骤,除了SHA和活性系数外，还有：搬运重量比率分析 空搬运分析 改进的流程和步骤如下：1）现场调查、发现问题 2）鉴别主要问题、确定改进目标 3）分析原因、提出措施 4）实施措施 5）结果评价,55,

31、三、生产现场的搬运改善,在生产现场的物料搬运中还大量存在着原始的搬运动作，如：抓取捆扎提升摆上放下垒高挪动重新取向翻转等，人们分析这些搬运动作，然后以机器来模拟、取代人工作业。仿生带给我们改进的启迪。,56,在人工搬运还大量存在时，物料搬运系统的设计和改善必需考虑人机工程学的因素。例如，站立搬运操作时，操作者腰部附近20%高度的区域，即手臂自然下垂时前臂的区域是黄金区域，在这个区域内操作时，操作者不需弯腰或翘脚、登高。因此可考虑工作台面、手推车、搁架高度尽量在此区域；若是以人手进行搬运作业时，腰部以下的高度用于大重物品，腰部以上的高度用于轻小物品，以利于工作效率和人货的双重安全。没有实现全自动

32、化的物料搬运系统有许多重复性的手工作业，在系统设计和改善时要考虑动作经济原则，尽量降低人体的动作等级、劳动强度。这方面的详细内容请参见工效学方面的书籍。,57,下表所示的是根据生产现场的物料流程的合理化程度而大致区分的。可以说，类型不同，改进搬运的可能性及着眼点就不同。,58,改进搬运的着眼点,1首先是整理整顿2注意操作环节3重视放置方法4减少不合理搬运5安全轻松的搬运6应重视搬运的连接点有了上述六项着眼点，我们就会发现问题，然后分析问题、解决问题，即用作业分析、工序分析等方法找到问题的症结所在，再用ECRS原则来改进搬运系统。,59,1首先是整理整顿,对于日复一日的工作场所，大多数人会因为习

33、惯而忽视存在的问题。另外，因为厂房狭小，设备陈旧，要改善环境就必须改善设备设施，购买搬运的机械和材料，而公司又不愿投入资金，也会让有些人放弃改进搬运的打算。在这种情况下，首先要从整理入手确保安全通道的通畅。只要进行了整理，不必多费脑筋，就能改善工作环境，提高安全生产系数，大大省去物料不必要的移动，防止物料的误用，从而大幅度提高工作效率。整理还有一个好处就是，便于发现以前忽视的问题，找到一个改进的办法。,60,2注意操作环节,搬运这个词，容易让人联想到平面移动物体，但上下移动物体更费时间和体力。这要引起注意，例如用起重机搬运重物时，挂上挂钩，解开挂兜索是最费时间的，也比较容易出安全事故。向上吊起

34、和移动只要按一下按钮就可以，操作很简单，时间也短。诸如这样，搬运物体时要进行举起、翻转的操作，我们把这种操作叫做再操作，用RH表示，比如再操作是5次的话就用RH5表示。要达到改善搬运方式的目的，就要减少再操作的次数，对不必可少的再操作，就只有想办法怎样有效而安全地进行操作。,61,3重视放置方法,搬运散乱放置的物体时，要绑上挂兜索，底部必须悬空，如果在卸下时就在其底下垫好垫木，就可以省去这道工序。搬运有一定数量的物体时，收集在一起搬运，可以提高效率，因此通常把它们装入袋内、箱子或捆在一起打包。如果把要搬运的物体摆放在托盘上，就可以方便地用叉车操作了。从前面介绍的活性系数我们知道，活性系数越高，

35、越便于搬运。关键在于我们在实际中灵活应用。,62,4减少不合理搬运,在工厂里，时常会有我们不太注意的搬运是否合理。例如操作小行车的步骤如下：去取挂钩起吊用的挂兜索拿着挂兜索，直到行车的放置场所操作按钮使行车开到想要的操作地点挂好挂钩起吊把物料移到下一个位置去将物料卸下，解开挂兜索将解开的挂兜索还回规定的地点回到自己的工作岗位。从以上操作可以看到，只有第项行车搬运着物料，不是空载运。但第项明显是空载运。在、项中虽然行车处于停止状态，但工作人员中断了其他作业。此外，第、项行车处于运动状态，但不是简单平移，而是上下运动。所以可以得出除第项外，其余全是不合理搬运，应当设法用取消、合并、重排和简化（EC

36、RS）原则来改善。,63,5安全轻松的搬运,前面提到，企业工伤大部分是与搬运有关的，可见维持安全轻松的搬运的重要性。货物的搬运方法根据重量、容积和数量来确定。从劳力来看，可以大致分为以下几种搬运方法：把物料拿在手上搬运，或是挑在肩上搬运把物料放在小车上，人前拉后推用动力车搬运，如叉车、电瓶车把物料放在专用的传送带上。不管采用哪种方式，必须考虑尽可能地省力、省能，且安全地搬运。,64,5安全轻松的搬运,此外，不仅搬运方法重要，对搬运通道的保养也很重要：消除通道的凹凸不平斜坡尽量修成较缓的坡度在通道上不要设置台阶不要把垃圾丢在通道上。弄脏、弄湿了通道，要及时清除擦干。不言而喻，同样的搬运距离，如果

37、搬运通道始终保持清洁，就便于安全轻松地搬运物料了。环氧树脂地面，修建、养护成本高 水磨石,65,6应重视搬运的连接点,物料搬运负责衔接各项不同的作业，即使是采用最高活性系数如传送带来搬运，两种不同搬运之间，仍存在“连接点上的转移”，这才是问题的所在。要尽量减少连接点，才能筹划在各输送场所的操作，使输送物料象流体一样不停地输送下去。因为在连接点的操作，是不会增值的，也对生产无益，而且还容易“使产品受损”，“呈不安全状态”，所以必须特别留意。,66,例如金师傅所在的车间是重机加工车间，因为物料重，靠人力无法搬运，所以只有利用起重机和手推车来进行作业。金师傅通过学习工业工程，观察工艺的眼力就得敏锐起

38、来，他分析了以往的加工工艺和作业时间，注意到可以进一步进行详细分析。在“准备定位固定加工拆卸”五道工序中，真正的加工只有第四项一项，其余的都属于物料搬运。为了减少物料搬运作业，金师傅研究设计出了一种工位器具，大大提高了效率。其实在实际生产中，常有物料搬运所用时间远远大于真正加工所用时间，要解决这类问题，开发专用的工位器具不失为一个好方法。,物流工程,第二十七讲,主讲教师：孙宝凤学时：48,68,7.6 搬运系统与运输系统的对接,搬运和运输的主要区别在于距离和频次，运输总离不开搬运装箱问题（Packing） 配载什么货物：一种、多种、形状、重量、重心装什么容器：集装容器、车、船尤其集装箱的装箱

39、海运箱到美国3、4千美元，装得越多越省钱、空运集装箱也一样线路调度与安排问题(VRP)一车、多车、配送、运筹学图论,7.6.1 运输系统概述,运输是连接生产、库存与消费的纽带，它实现了商品的空间效用。国民经济和社会生活都离不开交通运输这一重要纽带作用，交通运输业既是独立的物质生产部门，又是国民经济的基础设施。（交通）运输系统是一个比较广的概念一是可以按构成分为运输网络、运输生产系统和运输组织、管理和协调系统二是可以按常用的运输方式来进一步细分运输。运输方式有铁路、公路、水运、航空运输、管道运输和综合运输6种,1）铁路运输,自1825年第一条铁路在英国诞生以来，一百多年的时间里，铁路运输已发展成

40、各国陆上货物运输的主力军。铁路运输系统的建造成本高，但受自然条件影响小、运输能力大、运输成本低、能耗小、速度快、可靠性好缺点是机动性差，难以做到“门到门”服务。铁路运输价格主要取决于运量与运输距离，适合于大规模、低价值、对时间要求不敏感的货物运输。铁路货物运输主要分为整车运输（以货车厢为单位）、零担运输（小件货物）、集装箱运输和包裹运输等4种。现在为和公路运输竞争，还开展有定时定线路、直达列车运输、挂车列车运输与双层集装箱列车运输等。,2）公路运输,公路运输投资少、建设周期短、通用性好、机动灵活，可以对城乡广大地区实现门到门直达运输，是最普遍的运输方式和中、短途运输的中坚力量，还可以为铁路、水

41、运等运输干线集散货物。公路运输种类很多，如整车运输、零担货运（Less-Than-Truckload，LTL）、快运、成品车集运（Motor Vehicle Carrier）、冷藏运输、油罐车运输、特种及大件运输等。整车发运按照整车收费，不考虑货运量，费率随运输距离的不同而改变零担货运则按照运输量与距离来收费。随着高速公路和载重卡车的发展，公路货物运输的送达速度和载运量将大大提高，并有利于向长途运输方向发展。,3）水运,水路运输具有投资少、占地少、费用低、载运量大等优点；但速度慢，易受水情变化的影响，它适合大宗、散货的长途运输。水路运输分为远洋运输和沿海与内河水运。远洋运输投资高、运量大、时间

42、长，对成品货物经常采用集装箱，是国际贸易和货物运输的主要运输方式沿海和内河水运子系统的建设投资省、运输能力大，运输成本和能源低，是大宗货物和散装货物的重要运输方式。,4）航空运输,航空运输是上述各种运输方式中的后起之秀，它具有运输速度最快、时间效率好、对货物包装要求比较简单等优点但缺点是基础设施和装备的投入高、要求严，成本和能耗都很高，载运量小，适合高附加值、时效性强的快运产品。随着客运飞机和货运专用飞机的大量出现，空运取代了一部分公铁水运输，有很大的发展。,5）管道运输,管道运输是一种特定的运输方式，运输能力大，受自然条件影响小，适合天然气、原油与成品油的运输。6）综合运输。综合运输将多种运

43、输方式联合为一体，各取所长，协调一致，使货主只需托运一次，就可以实现门到门运输。综合运输有各种形式，如公铁水联运的集装箱运输、铁路与水运联合组织的一条龙水路运输。多种运输方式的综合不仅可以缩短运输时间，提高运输效率和效益，更重要的是方便了用户，加速了物的流通,几种运输方式比较：按货运量大小来说，远洋和铁路的运量大，空运最小从速度而言，空运最快、水运最慢从成本而言，水运和铁路成本低，空运最高进行运输决策时，要综合考虑各种方式的优劣，进行成本分析，确定最佳方案。运输的主要特征有： 运输服务可以通过多种方式来实现，不同的运输方式与其技术特征相适应，决定了各自不同的运输服务质量。 运输服务分为自用型和

44、营业型两种形态。 运输业者不仅在自己行业内竞争，还与其他运输方式的业者竞争。 运输服务业中存在着实际运输者和代理运输者。 运输不产生新的实物形态产品。 运输产品计量有特殊性。这些特征要求运输系统要遵守两条基本的原则规模经济和距离经济,根据物流与运输的特点，为实现良好的物流服务首先需要有一个良好的交通基础设施体系和信息体系，其次货物运输系统作为物流大系统中的重要子系统，必须满足以下要求：运输时间、频率、安全、可靠性、可获得性、运输网络及运输方式衔接的便利性、信息的及时性和准确性等。这些因素将影响物流服务的水平和质量，必须认真考虑。运输系统中存在着许多专门的模型与问题，如运输路径问题、车辆规模问题

45、、车辆调度问题、运输费用模型、复合运输选择模型和货物收益管理等。运输系统与搬运系统对接时也有站场与接口（如停车场、直接转运、站台等）、装箱与装车、车辆路径与调度等问题。下面主要介绍其中的装箱问题和路径问题,7.6.2 装箱问题,装箱（Packing 或Loading，或称装填）是一种常见工作，在货物发运之前都需要合适的装箱集装单元化提高物流系统装运存的效率由于物品特征和运输方式的不同，物品可能需要通过不同的搬运手段放于托盘、集装箱等容器之中，然后放入车厢、船舱或飞机货舱内。由于尺寸的差异，在这一过程中需要考虑如何装得多、装得好的问题。装箱问题（packing problems）是指将不同尺寸的

46、物品摆放入有一定容量的容器中，满足生产率、安全性、运输成本、设备成本与物品保护等要求，以获得某种最佳的效益，如利用率最高、损失最小。,装箱,1. 装箱问题的分类 1、2、3维问题等同货物Identical、弱异类weakly heterogeneous、强异类：太难对偶问题：切割问题 (下料问题)C&P问题 Dyckhoffs typology分为96类，Wscher 改进分类更多 背包、流水线平衡、投资等主要探讨大型制造企业内常见的等同货物二维和三维问题，按待装对象形状主要有三种 2. 托盘装码问题 Pallet loading problem, PLP3. 圆柱体装箱问题 Cylinder

47、 packing4. 嵌套问题 Nesting,托盘装码问题(PLP),寻求一批同样的货物（矩形箱子）在托盘等容器中的优化安排，即将同样货物装入托盘以使每托盘所装货物数最多制造商的PLP，现通称PLP销售商的PLP Bin packing 弱异类PLP中货物不能倒放，实质二维的同矩形装箱Dyckhoff将此类问题归类为2/B/O/C Wscher 称 IIPP问题装码样式 正交码放 orthogonal特殊整数规划，精解解难，启发式算法早期从码装样式入手，现SA、GA等亚启发式,圆柱体装箱问题Cylinder Packing,同PLP有相似的问题结构，其实质问题也是二维问题，但不是装同样的箱子

48、而是同样的圆柱要不交叠地装入给定矩形中。因此它也称为二维圆形物体IIPP问题。 化为平面问题：二维的等圆装入矩形问题六角的最密实摆放，边界处理， 有时不一定比四角好考虑几何图案的启发式算法来处理还有文章7考虑圆装入矩形中的效率与托盘化结果之间的关系问题。其他的求解还有采用模拟退火算法4、确定上界5、混合整数规划模型16和非线性模型3等。,嵌套问题 Nesting,不规则形状物体的切割与装箱问题 更难现实问题：服装6, 19、扳金1、家俱和制鞋工业38出现它们都是要合理安排不规则形状，以使得面积或空间利用率最大，分别称为二维和三维嵌套问题12。这类问题是NP完全问题10，因则通常主要采用启发式算法来求解17, 18, 23, 34。嵌套问题的另一个特征是要开发强有力的几何工具来处理要装箱货物形状的多样性与复杂性22, 24。,