某企业仓库的装卸搬运系统设计研究

某企业仓库的装卸搬运系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究 北京物资学院 2011级硕士研究生学位论文 某企业仓库的装卸搬运系统设计研究 Research on warehouse?handling?system of an enterprise 专 业:管理科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究方向:物流工程 指导教师: 姓 名: 二?一三年十月 摘 要 随着经济的高速发展,现代物流作为“第三利润源”的重要性己被提升到一个战略高度,各类型企业都将物流看成是获取利润,稳固和扩大市场占有率的关键因素。据有关估算,物流成本可以占到商品总价值的30%~50%,而物流业可以大大降低来自该部分的成本。 装卸搬运是物流活动的重要环节,也是物流的主要功能之一。在整个物流活动中,装卸搬运是不断出现和反复进行的,并渗透到物流各领域、各环节,成为物流作业顺利进行的关键环节。装卸搬运联系着物流的其他功能,成为提高物流效率,降低物流成本、改善物流条件、保证物流质量最重要的环节之一。 鉴于某企业仓库的现状分析和存在的问题,本文基于物料?设备选型?线 路设计?可靠性模型,对某企业仓库的装卸搬运系统进行设计分析。 首先,基于物料特性分析,通过物料包装标准化,从而实现装卸搬运作业 标准化。其次,通过基于模糊综合评价法和层次分析法的装卸搬运设备选型分析, 选择合适的仓储区装卸搬运设备和由仓储区输送至工位的装卸搬运设备,从而提 高仓库装卸搬运作业效率。再次,通过设计高效的仓储区装卸搬运线路和仓储区 至工位区的装卸搬运线路,提高装卸搬运系统的输送效率,降低输送成本。最后, 通过对系统的可靠性分析,确保设计的装卸搬运系统符合某企业物流作业的要 求。 关键词:装卸搬运系统;设备选型;线路设计 ABSTRACT With the rapid economic development, as the third profit source, the importance of modern logistics has been elevated to a strategic height. It seems in all types of enterprises, logistics is the key?factor?to consolidate and expand the?market share?and profit. According to the?estimate,?the logistics cost?can account for 30%~50% of the total value of goods;?however, the logistics industry?can greatly reduce?the cost?of this part. Handling?is an important part of logistics?activities,?also one of the main?functions of logistics.?In the?whole activity,?handling?is?emerging?and?repeated, and penetrated into all?links of?logistics field, and becomes the key link?to ensure the?logistics?operation?smoothly. Handling?becomes one of the most important?link of improving logistics efficiency,?logistics conditions and logistics?quality. In the analysis of the status of enterprise warehouse, ?this paper aims to establish a material handling system, which is based on the analysis of materials - Select Equipment - Design Line - analysis of the reliability, Firstly, in order to achieve standardization of packaging and operation, the material is stored in the unified box. Secondly, based on Fuzzy and AHP analysis of material handling equipment selection, the paper will finish the selection of conveying equipment to improve warehouse handling efficiency, reduce operation strength, and ensure?the safety and reliability of transportation and handling?in the warehouse and station. Thirdly,?improving transport efficiency and reducing the cost by?designing circuit of handling system in the warehouse and station. Finally,?ensuring that the?designed handling system meet the?safety and reliable?requirements via the?analysis of system reliability. Key words: Handling system, Equipment selection, Circuit design 目录 摘 要 I ABSTRACT III 第一章 绪论 1 1.1 研究背景与意义 1 1.1.1 研究背景 1 1.1.2 研究意义 2 1.2 国内外研究现状 2 1.2.1 针对装卸搬运系统的现状研究 3 1.2.2针对装卸搬运系统的设备选型研究 3 1.2.3 针对装卸搬运系统的路径优化研究 4 1.3 论文的研究内容与技术路线 4 1.3.1 研究内容 4 1.3.2 技术路线 5 1.4 本章小结 6 第二章 某企业仓库装卸搬运系统设计的影响因素分析 7 2.1 某企业仓库现状影响因素分析 7 2.1.1 某企业仓库问题分析 7 2.1.2 明确研究范围和内容 8 2.2 仓库存储区布局形式影响因素分析 8 2.2.1 同端出入式布局分析 8 2.2.2 贯通式布局分析 9 2.2.3 旁流式布局分析 9 2.3 出入库作业特点影响因素分析 10 2.4 本章小结 11 第三章 某企业仓库装卸搬运系统设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 13 3.1 构建物料?设备选型?线路设计?可靠性模型分析 13 3.2 物料特性分析 14 3.2.1 物料属性分析 14 3.2.2 物料的分类分析 15 3.1.3 物料标准化分析 17 3.3 装卸搬运设备选型分析 19 3.3.1 常见的装卸搬运设备分析 19 3.3.2 装卸搬运设备选型分析 24 3.4 装卸搬运系统线路设计分析 29 3.4.1 装卸搬运系统线路设计原则分析 30 3.4.3 仓储区至工位区装卸搬运系统线路设计分析 30 3.5 可靠性分析 37 3.5.1 装卸搬运系统的可靠性分析 38 3.5.2 系统可靠性优化分析 39 3.6面向自动化货架典型的装卸搬运系统分析 41 3.6.1 输送机模式的装卸搬运系统分析 41 3.6.2 穿梭车模式的装卸搬运系统分析 44 3.6.3 机器人模式的装卸搬运系统分析 46 3.7 本章小结 48 第四章 某企业仓库的装卸搬运系统设计研究 49 4.1 某企业仓库现状分析 49 4.1.1 某企业仓库概况分析 49 4.1.2 出入库频率分析 50 4.2 物料特性分析 53 4.2.1 物料的物理属性分析 53 4.2.2 物料包装标准化分析 54 4.3 设备选型分析 56 4.3.1 基于层次分析法的权重设置分析 56 4.3.2基于模糊综合评价法的设备选型 59 4.4 线路设计分析 62 4.4.1 仓储区的装卸搬运系统线路设计分析 62 4.4.2 工位区的装卸搬运系统线路设计分析 63 4.5系统仿真分析 67 4.5.1 整体布局及仿真参数设定分析 67 4.5.2 系统压力测试分析 69 4.6系统可靠性分析 70 4.6.1系统可靠性计算分析 70 4.6.2 系统可靠性优化分析 71 4.7 本章小结 74 第五章 总结与展望 75 5.1 总结 75 5.2 展望 75 参考文献 77 攻读学位论文期间发表的学术论文及科研情况 79 致谢 81 第一章 绪论 1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景 随着经济的高速发展,现代物流作为“第三利润源”的重要性己被提升到一个战略高度,各类型企业都将物流看成是获取利润,稳固和扩大市场占有率的关键因素。据有关估算,物流成本可以占到商品总价值的30%~50%,而物流业可以大大降低来自该部分的成本。 物料装卸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。装卸搬运系统的构成,包括相应的作业人员、装卸搬运作业单元、装卸搬运设备和输送线路。 装卸搬运是物流活动的重要环节,也是物流的主要功能之一。在整个物流活动中,装卸搬运是不断出现和反复进行的,并渗透到物流各领域、各环节,成为物流作业顺利进行的关键环节。装卸搬运联系着物流的其他功能,成为提高物流效率,降低物流成本、改善物流条件、保证物流质量最重要的环节之一。 在生产制造企业的仓库中,装卸搬运虽然是辅助环节,但它是工序之间、车间之间、工厂之间相互衔接不可缺少的,可以说只要生产线在运作,装卸搬运就存在。近年来,各企业纷纷将自己没有优势的供应物流、销售物流和回收物流活动部分或全部外包,将精力投入到企业的核心业务,对于生产制造企业而言,其核心业务就是生产物流,而装卸搬运是生产物流的主要部分。 目前仓库的装卸搬运作业中存在很多问题: 1、装卸搬运作业未全面推行标准化,如集装箱式作业,托盘式作业、物料 箱式作业等。人工作业劳动强度并没有降低。 2、在装卸搬运设备选型时,考虑的不够全面,忽视了柔性因素,导致选择的装卸搬运设备适应性不高。 3、装卸搬运系统的设计还会影响管理调度的难度,如果装卸搬运系统设计不合理,会大大增加管理调度的难度。 装卸搬运作业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,只有重视对装卸搬运问题的研究,加强对装卸搬运的合理设计、科学优化,才能有效地减少物料在整个物流系统过程中受到的阻力,从而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。 1.1.2 研究意义 本文的目的就在于从系统的角度,科学合理地规划设计仓库的装卸搬运系统,具有一定的理论意义和实际意义。 1、理论意义 物料装卸搬运系统是物流系统的构成要素之一,它是为输送和仓储的需要而进行的作业。物料由原材料到产成品,由生产地到消费地的流动过程中,物料装卸搬运作业是不可缺少的环节。不合理的装卸搬运作业会造成物料的损坏、丢失、污染,包装物的破损,更重要的是延长了装卸搬运时间,增加了物流成本。装卸搬运联系着物流的其他功能,成为提高物流效率,降低物流成本、改善物流条件、保证物流质量最重要的环节之一。 本文以系统的观点来看待这一问题,通过物料特性分析、设备选型分析、线路设计分析和可靠性分析来规划仓库的装卸搬运系统,使物流作业的各个环节 的能力得以匹配,有利于装卸搬运过程中降低劳动强度,提高作业效率,对丰富仓库的研究有一定的理论意义。 2、实际意义 装卸搬运是仓库物料出入库的关键,直接关系到仓库的整体运作性能。仓库变化繁多主要就在于装卸搬运系统 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的变化。所以研究装卸搬运系统是提高运行效率以及运行质量的一个重要途径。 在实际应用中,不同企业的仓库,都有不同的作用,有些偏重于存储功能,有些偏重于流转功能。应对不同的需求,也需要不同的存储形式、不同的设备及布置形式与之对应,装卸搬运系统设计水平的高低将直接影响仓库的最终使用效率,如果装卸搬运系统方案设计不好就不能显示出自动化立体仓库的优越性,就不能形成一个完好的仓库系统。 本文以某生产制造企业的仓库为研究原型,本着系统化、柔性化、精益化的原则,在分析过程中采用系统的思考方法,从全局的角度出发,并将装卸搬运系统在实际设计过程中的一些制约因素考虑进去,寻求更好的优化方案,使仓库的出入库能力得到提升,提高仓库的整体作业效率,以实现库区及工位区的高效自动化作业。 1.2 国内外研究现状 本文从针对装卸搬运系统的现状研究、针对装卸搬运系统的设备选型研究和针对装卸搬运系统的路径优化研究三个方面总结国内外研究现状。 美国物料搬运工业协会首席执行官 JohnB.Nofsinger2002指出“物料搬运和物流工业就是机械处理和运输”这一观念早已过时,它己经演变为设备系统和信息技术高度集成的产业,他还介绍了美国物料搬运的现状及物流发展中的热 点。 1.2.1 针对装卸搬运系统的现状研究 在我国,装卸搬运从最初的人工作业,经历机械化阶段逐步向自动化阶段发展,人工作业劳动强度逐渐降低,同时提高了物流作业效率。在美、欧、日等发达国家,装卸搬运水平处于半自动化与自动化阶段,在某些领域已经实现了无人化作业。然而,当前我国装卸搬运技术水平仍落后于发达国家,总体上还处于机械化向自动化过度阶段,是物流作业的薄弱环节。 李涛2004分析了装卸搬运在物流作业中的地位与现状,提出装卸搬运作业已成为物流作业中的薄弱环节,分析了提升装卸搬运水平的策略;天津大学的罗宜美2007分析了生产物流相关因素,将物料装卸搬运系统的规划设计提升到了很高的高度,并提出了改善和优化装卸搬运系统的方法。重庆后勤学院的黄晓英2004等通过分析物料装卸搬运系统,总结出了许多改善的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。军械工程学院教练团的研究者2007提出了装卸搬运的供应保障作业,提出了遵循原则,指出了优化装卸搬运的方法。北京物资学院的孔丽庆2008,根据系统的构成模式,将装卸搬运系统作为独立的研究对象进行阐述,建立了装卸搬运系统的基本模式。 湖北汉川3509工厂的严伯昌2007分析了我国物料装卸搬运设备的发展趋势,研究指出对装卸搬运设备的研发会进一步深入,并逐步向自动化、智能化、信息化、系统化和规模化发展。 1.2.2针对装卸搬运系统的设备选型研究 北京交通大学的宋伯惠、王耀球2006研究了装卸搬运设备的配置,提出了装卸搬运设备配置遵循原则和优化模型;四川大学的刘桂艳2006优化了家电产品生产物料装卸搬运方式的选择,阐述了生产物料装卸搬运作业使用的设备, 通过定性和定量相结合的分析,建立选择装卸搬运方式的评价模型; 中南大学的刘丰根2007,阐述了物流设备在物流园区的地位和作用,分析了设备规划的影响因素,完成了设备选型。南水北调中线干线建设管理局机电物质部的黎咏梅2013,分析了装卸搬运设备选型的影响因素,建立了设备选型的评价指标体系,构建了基于层次分析法和模糊综合评价法的设备选型评价决策模型;西北工业大学的刘建设2006等,通过分析设备因素的分辨系数,得到设备选型指标体系的关联度向量,提出了基于灰色关联度理论的设备选型决策方法; 上海海事大学的赵宏光2011总结了国内外大型集装箱码头装卸工艺及对装卸搬运设备类型,提出了评价装卸搬运设备的原则与指标,通过模糊综合评价方法,构建了大型集装箱码头堆场设备选型模型。 1.2.3 针对装卸搬运系统的路径优化研究 路径优化问题可等同于车辆路径问题,指在客户位置既定的条件下,优化车辆在各个客户间的输送路线,使输送路线最短或输送成本最低。1959年Dantzig和Ramser首次N-P难题,难以精确地算法求解。Balmski于1962年首先提出VRP的集分割,直接考虑可行解的集合,并在此基础上进行了优化,建立了VRP模型。 对于VRP问题的研究内容主要为数学建模和求解,同时模型基本是固定的,所以对VRP的研究不同之处在于计算问题。南京理工大学王美琼2005采用遗传算法求解VRP问题,描述了几种不同的算法,同时通过实例研究对VRP问题进行了分析。华东交通大学的林凤涛2008认为蚁群算法有正反馈、分布式计算的特点,并采用蚁群算法求解车间配送路径优化模型。山东大学的林清国2006采用以遗传算法为基础,在交叉操作中引入模拟退火算法的混合遗传模拟退火算法求解 了有时间窗的车辆路径模型。 武汉理工大学的徐美霞2008,研究了装卸搬运设备的选择和输送路径的优化,以搬运车辆的选择、车辆速度的确定、通道流量控制和搬运节点是否设立缓冲站位约束条件,建立了数学模型,提出了装卸搬运系统中的瓶颈节点的处理方法。 以上各位学者和专家,对装卸搬运系统的研究,集中在装卸搬运的现状及优化、装卸搬运设备选型、路径优化等方向。从系统的角度出发,构建仓库的装卸搬运系统有待进一步的研究。 1.3 论文的研究内容与技术路线 1.3.1 研究内容 本文的研究内容主要包括以下几点: 1、分析某企业仓库现状和存在的问题,主要分析以仓库仓储区布局形式和出入库作业特点的装卸搬运系统设计影响因素。将仓库存储区布局形式归纳为3种:同端出入式布局、贯通式布局和旁流式布局。从时间维度方面分析仓库的出入库作业特点,及其对设备选型的影响。 2、分析某企业仓库装卸搬运系统设计方法,构建了物料?设备选型?线路设计?可靠性模型,基于该模型分析了装卸搬运系统的设计。首先,分析物料特性作为仓库装卸搬运系统规划与设计的基础。其次,分析了常见的装卸搬运设备,构建了装卸搬运设备选型的评价指标体系,建立了基于模糊综合评价法和层次分析法的装卸搬运设备选型决策模型,完成设备选型。再次,基于物料特性、工位布局和物流强度,构建了仓储区至工位区装卸搬运系统线路设计模型,完成线路设计。最后,对设计的仓库装卸搬运系统的可靠性进行了全面分析和优化分析,确保 装卸搬运系统的稳定作业。分析了面向自动化货架的典型装卸搬运系统,包括输送机模式的装卸搬运系统、穿梭车模式的装卸搬运系统和机器人模式的装卸搬运系统。 3、将上一部分研究的设计方法,运用到该企业仓库装卸搬运系统设计中。基于物料?设备选型?线路设计?可靠性模型,根据企业提供的原始资料,通过SPSS分析了物料的属性,实现了物料包装的标准化。基于模糊综合评价法和层次分析法的装卸搬运设备选型决策模型,完成了仓储区和工位区装卸搬运设备选型。根据仓库的布局,完成了仓储区和工位区的线路设计。根据实际需求,构建了仿真模型,并进行了系统压力测试,确保系统的实用性。通过可靠性分析,确保规划的装卸搬运系统能够稳定、可靠地运行。 4、总结和展望。在本文的最后,对上述研究内容进行了总结,指出了研究的不足之处,并对未来的研究方向进行了展望。 1.3.2 技术路线 根据上述研究内容的介绍,本文的技术路线见图1.1 图 1.1 论文技术路线图 1.4 本章小结 本章介绍了论文的研究背景以及研究的意义,并从针对装卸搬运系统的现状研究、针对装卸搬运系统的设备选型研究和针对装卸搬运系统的路径优化研究三个方面对国内外的研究现状进行了综述,总结出对装卸搬运系统的研究集中在装卸搬运的现状及优化、装卸搬运设备选型、路径优化等方向,从系统的角度出发,构建仓库的装卸搬运系统有待进一步的研究。针对上述情况,确定了研究内容和研究方向。 第二章 某企业仓库装卸搬运系统设计的影响因素分析 通过分析该企业仓库的现状和发现问题,明确装卸搬运系统设计的目标。影响装卸搬运系统设计的因素包括仓库仓储区和工位区的布局形式、仓库的出入库作业特点、物料的特性和可靠性要求等。本章主要分析的关键影响因素是仓库仓储区的布局形式和仓库出入库作业特点。工位区的布局形式、物料特性和可靠性等影响因素将在后续章节中详细分析。 2.1 某企业仓库现状分析 2.1.1 某企业仓库现状分析 论文以某企业仓库的装卸搬运系统的规划与设计为背景展开讨论的。根据调研该企业仓储区内所存储的物料以精密仪器、零件等为主,并有部分标准件。所存储的物料具有品种多、批量小的特点,同时不同种类的物料之间尺寸、重量等物理属性相差较大。 图2.1 该企业仓库平面图 图2.1所示为仓库的平面布局分布及尺寸示意图,仓储区的长为26.856m,宽为21.8m,仓储区中有一4m×7.5m的库房管理间。 该工位区包含11个工位,各工位的布局相对均匀,属于规律布局。工位区面积为50000mm*68000mm,工位区与风淋门通过面积为21000mm*68000mm的通道连接。 为降低人工作业强度,提高仓库作业效率和作业自动化,仓储区的存储设备选用自动化货柜,长宽高分别为2.18m 、3.074m、9.95m,数量为8个。考虑到该仓库未来作业量可能增加,将8个自动化货柜依次放置,如果将8个自动化货柜看做一个整体,其占地的长宽分别为17.440m、3.074m。通过在自动化货柜前安置有导轨的机器人,实现自动化货柜与装卸搬运系统的无缝连接,同时提高出入库作业的自动化。 入库作业中,物料经过风淋门,完成风淋作业之后,才能进入仓储区。出库作业中,物料由仓储区输送至工位区也需经过风淋门,完成风淋作业,才能进入工位区。 2.1.2该企业仓库装卸搬运系统存在的问题分析 通过现场调研,发现该企业仓库现有的装卸搬运系统主要存在的问题是物料包装不标准,缺少高效的装卸搬运设备,输送效率低,人工作业强度高,安全可靠性低等。 1物料包装不标准、不安全的问题 其中一部分物料采用金属物料箱包装,但金属箱没有标准规格,余下的部分物料则没有包装,存在物料包装不标准、安全可靠性差等问题。 2人工作业强度高、输送效率低、安全可靠性低的问题 目前仓库内缺少装卸搬运设备,当有出入库指令下达时,将由库区工作人员进行人工操作。物料由库区输送至生产区时也没有相应的输送设备,只能单纯依靠人工操作。人工作业强度高,输送效率低,仓库的机械化、自动化程度低。由人工作业完成装卸搬运操作不利于物料的保护,且人工作业效率较低,差错率较高、安全性低。 2.1.3 该企业仓库装卸搬运系统的设计目标分析 鉴于该企业仓库装卸搬运系统的现状分析和存在的问题分析,装卸搬运系统设计目标是构建连接入库口与自动化货柜的输送效率高、自动化程度高和安全可靠的入库装卸搬运系统,构建连接自动化货柜与需求工位的输送效率高、自动化程度高和安全可靠出库装卸搬运系统。其中自动化货柜至需求工位的出库装卸搬运系统,包括自动化货柜至出库口的装卸搬运系统和出库口至需求工位的装卸搬运系统。 规划仓库的入库作业流程为:作业人员下达入库命令,入库物料经过风淋门,完成风淋作业,经仓储区输送设备输送至机器人作业区,由机器人将入库物料搬运至自动化货柜入库作业台,自动化货柜将物料存储于规定位置。出库流程:作业人员下达出库命令,自动化货柜将待出库物料输送至出库作业台,由机器人将待出库物料搬运至仓储区输送设备,输送设备将物料输送至风淋门,完成风淋作业,通过工位区的输送设备将物料输送至需求工位,完成出库作业。 2.2 仓库仓储区布局形式影响因素分析 仓库仓储区布局形式,是指仓储区货架和出入库口的布局形式,将直接影响装卸搬运系统的线路设计。装卸搬运系统的线路设计,应选择符合仓库存储布局形式的线路。本文根据出入库口的布局形式,将仓库仓储区布局形式归纳为3种:同端出入式布局、贯通式布局和旁流式布局。 2.2.1 同端出入式布局分析 同端出入式布局是指仓库的出库作业台和入库作业台都在仓储区的同一端。 同端出入式布局的优点是能够缩短出入库作业周期和输送距离。当库存量不高,采用靠近出入库端就近存储的策略,那么对于就近存储的物料而言,完成一次入库和出库作业只需要输送很短的距离。同端出入式布局如图2.2所示。 图2.2 同端出入式图 为避免出库作业和入库作业的相互不干扰,同端出入式还有一种形式,即入库作业和出库作业处于仓库的同一端,但处于不同的高度。在该种布局下,出库作业和入库作业可以同时进行,降低了管理的难度,仍具有同端出入式布置的优点,这是一种新型的先进的布置形式,目前也正在逐步被使用,例如北京的九州通医药物流的配送中心的立体库。 同端出入式布局的仓储区输送线路设计应以同端出入式布局为依据,可采用的线路设计方案为环形路径设置方案和总线型路径设置方案。当出入库作业互不影响时,可再用总线型路径设置方案;当出入库作业相互干扰时,除处于不同高度的输送线路设计之外,可采用环形设置方案。 2.2.2 贯通式布局分析 贯通式布局是物料从仓储区的一端入库,从另一端出库。即入库作业同出库作业分别处于仓储区的两端。这种布置便于管理操作和维护保养,降低了管理及调度工作的难度。但要完成一次物料的入库作业以及出库作业,输送设备需要穿行整个巷道,一定程度上增加了输送距离。 对于生产制造企业所采用的贯通式布局的仓库而言,通常巷道平行于生产线,这样可以缩短物料输送距离,方便出入库作业,提高了出入库装卸搬运系统的输送效率。贯通式布局如图2.3所示。 图 2.3 贯通式布局图 贯通式布局的仓储区输送线路设计应以贯通式布局为依据,适用的输送线路方案为总线型设置方案。当物流作业量较大时,可通过增加总线型输送线路提高输送量。 2.2.3 旁流式布局分析 如图2.4所示,旁流式是从存储区的一端完成入库作业,而在存储区的中 部进行出库作业,旁流式会占用一部分的货架,在一定程度上,旁流式布局会减少仓库的总库存量。然而,采用旁流式布局,可提高装卸搬运效率,便于不同方式的出入库作业。 图 2.4 旁流式布局图 旁流式布局的仓储区输送线路设计应以旁流式布局为依据,适用的输送线路方案为总线型设置方案、环形设置方案和树形设置方案。 根据仓库的现状,考虑到未来物流作业量的增加,将自动化货柜并排放置,该企业仓库的仓储区布局为同端出入式布局,适用的线路设计方案为总线型路径设置方案和环形路径设置方案。 2.3 出入库作业特点影响因素分析 在时间维度上,一般仓库的出入库作业量不是相较平稳的,而是呈现出一定的波动性,这种出入库作业量的变化,可能体现在一天当中的不同时间段,也可能是一个月当中的不同日期,还可能是一年当中的不同月份。例如,超市的配送中心,一天会在某一个相对集中的时间段完成出库作业。医药配送中心的出入库作业,会呈现出明显的季节性波动。 出入库作业特点是设备选型的关键影响因素之一。为提高设备利用率, 连续稳定的出入库作业,应选用连续性输送设备。间歇性的出入库作业,应选用间歇性输送设备。复杂的出入库作业形式,应选用连续性输送设备与间歇性输送设备的搭配作业。 在一定的作业时间周期内,从出入库作业量的角度分析,本文归纳了6种类型的出入库作业量分布趋势,如图2.5所示。 图2.5 出入库作业量分布趋势图 类型1:出入库作业量在某一时间段达到高峰,且相对集中,其它时间段 作业量较为平稳。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到作业高峰的瓶颈问题。在设备选型中,应注重设备的柔性,提高装卸搬运设备的适用性。例如,可通过配置备用叉车,解决作业高峰出入库瓶颈问题。 类型2:出入库作业量在一定的作业时间周期内,呈现出不断波动的趋势,并有多个波峰。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到多个波峰的瓶颈和谷底的闲置。在设备选型中,应注重设备的柔性和技术性,提高装卸搬运系统的适用性和作业能力。例如,可通过采用AGV、叉车等间歇性装卸搬运设备,解决作业高峰出入库瓶颈问题,作业量低时,避免设备利用率低。 类型3:出入库作业量在一定的作业时间周期内,呈现出不断上升的趋势。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到出入库作业量的不断增加。在设备选型中,应注重设备的技术性,提高装卸搬运系统的作业能力。为提高设备利用率,可通过间歇性输送设备如叉车、AGV,辅助连续性输送设备如输送机的装卸搬运作业模式,解决瓶颈问题。 类型4:出入库作业量在一定的作业时间周期内,呈现出不断下降的趋势。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到出入库作业量的不断降低,在设备选型中,应注重设备的技术性,提高装卸搬运系统的作业能力。为提高设备利用率,可通过连续性输送设备如输送机辅助间歇性输送设备如叉车、AGV的装卸搬运作业模式,解决该问题。 类型5:出入库作业量在某一时段降到波谷,且相对集中,其它时间段作业量相对平稳。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到出入库作业量的波谷。相对稳定作业时,采用连续性输送设备与间歇性输送设备搭配作业。出入库作业量达到波谷时,可单独采用间歇性输送设备完成该时段的出入库作业。 类型6:出入库作业量在某一时段为零,其它时间段作业相对平稳。 对于该种出入库作业类型的仓库,在设计装卸搬运系统时,应考虑到某一时段出入库作业量为零。在设备选型时,应注重设备成本。比较采用何种输送方式的输送成本,确定成本低的输送方式。 由于该企业仓库提供作业特点数据不足,无法直观判断该企业仓库的作业特点,因此通过仿真软件,基于多种作业特点对设计的装卸搬运系统进行压力测试。 2.4 本章小结 在本章中,通过分析该企业仓库的现状和发现问题,明确装卸搬运系统设计的目标。分析了仓库仓储区的布局形式和出入库作业特点的装卸搬运系统设计的关键影响因素。将仓库仓储区布局形式归纳为同端出入式布局、贯通式布局和旁流式布局三种布局形式,确定该仓库仓储区的布局形式为同端出入式布局。从时间维度分析,将出入库作业特点归纳为六种作业类型,分析了每种作业类型对设备选型的影响。由于该企业仓库提供作业特点数据不足,无法直观判断该企业仓库的作业特点,因此通过仿真软件,基于多种作业特点对设计的装卸搬运系统进行压力测试。 第三章 某企业仓库装卸搬运系统设计方法研究 鉴于该企业仓库装卸搬运系统的现状,综合考虑物料特性、仓储区和工位区布局、出入库作业特点和可靠性要求等影响因素,本章构建物料?设备选型?线路设计?可靠性模型,通过物料特性分析、设备选型分析、线路设计分析和可靠性分析完成该企业仓库装卸搬运系统设计方法研究。 3.1 构建物料?设备选型?线路设计?可靠性模型分析 鉴于该企业仓库装卸搬运系统的现状,综合考虑物料特性、仓储区和工位区布局、出入库作业特点和可靠性要求等影响因素,构建了物料?设备选型?线路设计?可靠性模型,如图3.1所示。 图3.1 物料?设备选型?线路设计?可靠性模型 基于物料?设备选型?线路设计?可靠性模型的装卸搬运系统设计的步骤:以该企业仓库现状分析、仓库仓储区布局形式分析和出入库作业特点分析为基础,首先分析物料特性,为装卸搬运系统规划设计提供数据支撑,实现物料包装标准化。其次,基于模糊综合评价法和层次分析法完成装卸搬运设备选型分析,选择合适的装卸搬运设备。再次,通过工位区布局分析、物流作业强度分析和区域关联度分析,完成自动化立体仓库装卸搬运系统的线路设计,选择合理的输送线路。最后,分析装卸搬运系统的可靠性,通过系统可靠性优化保证系统稳定、高效的运作。 3.2 物料特性分析 物料的特性,影响装卸搬运系统设备的选型,是装卸搬运系统规划与设计的数据基础与支撑。通过对物料的科学分类和实施物料标准化,初步实现装卸搬运系统的标准化、自动化、高效化作业。在物料特性分析中,首先分析物料的属性,然后对物料进行分类分析,最后对物料进行标准化分析。 3.2.1 物料属性分析 物料的属性包括物料的物理属性和化学属性。物料的物理属性,影响装卸搬运系统中物流设备规格的设定。物料的化学属性,影响装卸搬运系统中物流设备材质的选择、物料的包装形式和物料的存储环境。 物料的物理属性,主要是指物料的体积、物料的外形尺寸、物料的重量、物料的易损程度等。物料的化学属性,主要是指物料的腐蚀性、稳定性、易燃性等。 图3.2 物料属性图 考虑到部分物料外形不规则,且具有很大的差异,为了合理地计算物料的体积,可以采用三维长方体包络假定,设定物料具有独立的长方体形式,并可以通过长、宽、高粗略计算物料体积。 物料的外形尺寸,是指物料的几何尺寸,即长、宽、高。装卸搬运系统的输送设备尺寸取决于物料的外形尺寸。装卸搬运系统的物流设备承载能力,取决于物料的重量。对于易损程度高的物料,应采用防震动、防摩擦的包装形式。 物料的化学属性,影响物流设备材质的选择、物料的包装形式和物料的存储环境。物料具有很强的腐蚀能力,那么物流设备材质、物料包装形式和物料存储环境应该具有相应的抗腐蚀能力。 物料具有不稳定性,是指物料在一定的条件下,转化为另外一种物质。对于不稳定物料,物料的包装和存储环境应使物料存储在不产生转变的环境中。 对于具有较高易燃性的物料,物料的包装和物料的存储环境应使物料存储在安全的环境中。 3.2.2 物料的分类分析 物料分类就是根据物料的属性或特征,将物料按一定的原则和方法进行区分和归类,并建立起一定的分类系统和排列顺序,以便管理和使用信息。分类的基本原则是,必须保证分类体系的系统性和可延性。刘晓辉,2011结合实际需求,本文按物料的用途和物料的性质对物料进行分类。 在仓库中,为了确保物料存储、装卸、搬运时的质量和数量不发生变化,无论是存储条件,还是物料装卸搬运系统的设计,都与物料的性质、单品规格、基本包装单位规格和外包装单位规格相关。因此,物料应依常见的特征加以分类存储,详见表3.1。 表3.1 物料特征分类表 特征 资料项目 资料内容 物料特性 物态 气体、液体、半液体、固体 气味 中性、散发气味、吸收气体 存储保管特性 干货、冷藏、冷冻 温、湿度需求特性 单位?、% 内容物特性 坚硬、易碎、松软 装填特性 规则、不规则 可压缩性 可/否 有无磁性 有/无 单品规格 外观 方形、长条形、圆筒形、不规则形等 重量 kg 体积 m3 外部尺寸 长×宽×高 物品基本单位 个、包、条、瓶等 集装装单位规格 重量 kg 体积 m3 外部尺寸 长×宽×高 基本包装单位 箱、包、盒、捆等 包装单位个数 个/包装单位 包装材料 纸箱、捆包、金属容器、塑胶容器、袋等 装卸搬运包装单位规格 重量 kg 体积 m3 外部尺寸 长×宽×高 基本包装单位 托盘、箱、包等 包装单位个数 个/包装单位 包装材料 包装膜、金属容器、塑胶容器、袋等 1、按物料用途分类 在生产制造企业的自动化立体仓库中,按物料的用途可将物料分为原材 料、外购件、半成品、成品。 原材料指原材料和辅助材料。原材料是投入生产过程以创造新产品的物 质。辅助材料是在生产中起辅助作用而不构成产品实体的材料,入包装材料。 外购件是采购其他企业的产品,包括零件和材料。零件是不采用装配工序制成的单一成品。 半成品是由若干个组成部分(零件、分部件),以可拆或不可拆的形式组成的成品。 成品是经企业的加工制造,可销售的材料、设备或机器。 2、按物料性质分类 按物料的性质分类,包括按ABC方法分类和K-means分类。 1ABC分类法 以当前的库存金额为依据来进行ABC分类,所谓的A类物料往往占有了库存资金的75~80%,而其品种数却仅占物料品种总数的10~20%;B类物料占库存资金的10~15%,品种数占20~25%;C类物料仅占库存资金的5~10%,而品种数却占60~80%。ABC分类法只是引入了库存品种与供应金额的对应关系,而其它关键的因素也会对原料的库存管理造成影响,因而逐渐发展产生了其它的分类方法。 以物料的出入库频率为依据进行ABC分类,A类物料占有了出入库作业的75~80%,而其品种数却仅占物料品种总数的10~20%;B类物料占出入库作业的10~15%,品种数占20~25%;C类物料仅占出入库作业的5~10%,而品种数却占60~80%。 2基于K-Means聚类的物料分类分析 ?K-means工作原理: 首先以物料的某一属性随机选取K个样本作为初始聚类中心,然后计算各个物料样本与聚类中心的距离,将物料样本归到离它最近的聚类中。李向 阳,2009统计新形成的每一个聚类的数据对象的平均值得到新的聚类中心,当相邻的两次的聚类中心没有发生变化时,结束物料样本调整,聚类准则函数开始收敛。 ?K-means聚类算法的目标函数: 对于一个包含n个数据点的数据集Aa1,a2,„,ai,„,an,K-means聚类算法将数据对象划分为K个分类Bbi,i1,2„K。每一个分类bi都有一个中心μi。选取欧式距离作为相似性和距离判断准则,计算该类内各点到聚类中心μi的距离平方和: Jbi 3.1 聚类目标是使各类距离平方和JC最小: 3.2 根据最小二乘法和拉格朗日原理,聚类中心μk应该为类别ck各数据的平均值。 ?K-means聚类算法的步骤: ?从物料数据总体样本中任意选择K个样本作为初始聚类中心。 ?根据每个聚类中心对象的均值,计算每个对象与聚类中心对象的距离,并由最小距离重新对对象进行划分。 ?重新统计每个聚类的均值。 ?循环B到C直到每个聚类不再发生变化,统计结束。 3.1.3 物料标准化分析 物流标准化是实现物流系统化的关键,是实现自动化立体仓库的装卸搬运作业与各个物流作业环节衔接的一致性、降低物流成本的有效方法之一。建立 和实施物流标准化,可实现自动化立体仓库的装卸搬运系统的标准化、自动化、高效运作,同时也保证了物料在输送过程中的安全。 1、物流标准化的内涵 标准化是指在经济、技术、科学及管理等社会实践中,对产品、工作、工程、服务等普遍的活动制定、发布和实施统一标准的过程。刘宏,2008标准化是国民经济中一项重要的技术基础工作,它对于改进产品、过程和服务的适用性,防止贸易壁垒,促进技术合作,提高社会经济效益具有重要意义。 物流标准化是指以物流系统为对象,围绕运输、储存、装卸、包装以及物流信息处理等物流活动制定、发布和实施有关技术和工作方面的标准,并按照技术标准和工作标准的配合性要求,统一整个物流系统标准的过程。王晓红,2005 物料标准化是指以物料为对象,围绕储存、包装和装卸搬运等物流活动制定和实施有关技术和工作方面的标准,并按照技术标准和工作标准的配合性要求,统一整个物流系统标准的过程。 2、物料包装标准化 物料包装标准化是以物料包装为对象,对包装类型、规格、容量、使用材料、包装容器的结构类型、印刷标志、产品的盛放、规格、缓冲措施、封装方法、名词术语、检验要求等给予统一的政策和技术措施。黄建宇,2005物料包装标准化是提高物流包装质量技术保证,也是仓库装卸搬运系统实现无缝链接的基础。 在仓库中,物料的规格型号多种多样,增加了仓库的装卸搬运系统自动化运作的难度。基于物料特性分析,通过设计几种便于输送作业和仓储作业的物料箱,实现自动化立体仓库装卸搬运系统高作业效率、高自动化地运作,同时确保了物料出入库作业安全。 既然物料的规格型号多种多样,那么应存在不适合使用自动化程度较高的装卸搬运系统的物料,如体积过大难于使用物流设备作业的物料。如果不剔除不适合使用自动化程度较高的装卸搬运设备作业的物料,那么在设备选型中将面临较大的困难。剔除的物料数量占物料总数的比例,应不超过5%。不适于装卸搬运设备作业的物料,应采用人力作业,完成装卸搬运作业。 影响物料箱尺寸合理设定的主要因素为物料的体积、存放的方式、存放的数量、物料的存取形式。由于考虑到部分物料外形不规则,且具有很大的差异,为了合理地设定物料箱的尺寸,可以采用三维长方体包络假定,设定物料具有独立的长方体形式的存储空间,满足不同种类的物料存储要求,并可以通过长、宽、高粗略估计,计算相应的存储空间需求。该空间需求为物料所需的存储体积,即存储体积长×宽×高。 3.3 装卸搬运设备选型分析 仓库的装卸搬运系统采取何种设备,要综合考虑物料特性、仓库的作业特点以及相关设备的特点,可以采用多种装卸搬运设备组成混合装卸搬运设备系统。本节中,分析了常见的装卸搬运设备作业优缺点,基于模糊综合评价法和层次分析法,构建了装卸搬运设备选型模型。 3.3.1 常见的装卸搬运设备分析 常见的仓库装卸搬运设备有输送机、往复穿梭车、环形穿梭车、AGV、叉车和机器人等。 1、输送机 输送机是沿着一定的输送线路进行物料运输的机械,输送机按安装方式的不同可以分为固定式输送机和移动式输送机;按承载方式的不同可以分为履带 式、皮带式、滚轮式、链式等等,不同承载方式的输送机输送速度不同,并且有些承载方式的输送机不能实现双向运转。所谓输送机模式,就是由各种输送机组成的自动化输送系统。在自动化仓库系统中,为了满足系统对托盘货物的能力要求,一般选用运输效率较高的辊道式、链式输送机组成托盘自动化输送系统。根据自动输送的需求,可以用单一类型的输送机组合成具有特定功能的托盘自动化输送系统,也可以根据需要,由几类输送机混合组成具有特定功能的托盘自动化输送系统。输送机技术参数,如表3.2所示: 表3.2 输送机技术参数表 输送机宽度 500mm~1400mm 输送机转向角 0?~1 80? 速度 定速 5、8、10、20、30m/min 变速 5~10、10~20、10~30m/min 阻力系数 1.08~1.1 2 输送机作业具有很多的优点。 1为连续输送方式,输送能力大。可以不间断地进行输送,其装载和卸载 均是在输送过程不停顿的情况下进行的,不必因空载回