工业工程毕业论淮北市水泥厂仓库物料搬运系统设计.docx
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工业工程毕业论淮北市水泥厂仓库物料搬运系统设计
安徽工业大学
毕业设计（论文）任务书
课题名称
淮北市水泥厂仓库物料搬运系统设计
学院
管理科学与工程学院
专业班级
工业工程051
姓名
王镜哲
学号
059094024
毕业设计（论文）的工作内容:
1．通过实地考察、调研，发现淮北市水泥厂仓库物料搬运系统存在的问题：
2．掌握物料搬运系统SHA方面的知识，并通过查找文献资料、数据采集、计算、分析等方式，提出解决问题的方案。
3．针对仓库的具体情况制定合理的搬运方案。
4．运用系统评价方法对提出的各种搬运布置方案进行评价。
5．计算出各个方案的评价数据，得到可行的最佳方案。
起止时间：
2009
年
02
月
25
日至
2009
年
6
月
10
日共
16
周
指导教师
签字
系主任
签字
院长
签字
摘要
在现在生产过程中，随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，物料搬运早已成为生产矛盾的焦点，物料搬运系统是否合理也是各个企业重点关注的问题。
物料搬运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、工厂之间物质流不可缺少的环节。
由于物料搬运在生产领域各个生产环节中起着相互联结与转换的作用，使生产能连续、正常地进行，因此，物料搬运系统的合理与否，将直接影响生产率和企业的经济效益。
本文利用设施规划的原理和方法，以水泥厂仓库为研究对象，在经过初步分析之后发现该仓库的问题主要是物料摆放不合理和搬运系统落后，进一步的分析主要利用工业工程理论中的SHA设计方法，对现行的物料摆放进行重新设计规划，然后提出新的物料搬运系统的改善方案，利用综合评价法对改善方案进行评价，得到最优方案。
实施新的改善方案之后，可以使仓库物料搬运的效率得到提高，节省了人力物力，增加了企业的经济效益。
关键词：
设施规划，物料搬运，SHA，综合评价法
Abstract
MaterialHandlingisSupportingtheproductionprocessintheProductionprocessofManufacturingEnterprises，itisanindispensablecomponentbetweenprocesses,workshops,andplantmaterialflow.Asmaterialhandlinglinkedwitheachotherandplaytheroleofconversioninvariousproductioninthefieldofproductionprocesses,sothatproductioncanbecontinuous,normal,therefore,materialhandlingsystemsreasonableornot,willdirectlyaffectproductivityandtheeconomicefficiencyofenterprises.MaterialHandling,includingmaterials,products,componentsorthemovementofgoods,transportorre-installation.Usuallyrequirethetransportsystemsincludingequipment,Vessels,Staff.MaterialHandlingisthebasicofmaterials,mobileandmethods.Materialhandlingsystemsthroughaseriesofhandlingequipmentandinstallations,foraprocessorsysteminthelogicofaction,coordinatedandmaterialswillbereasonablymobile,storageorcontrolthedesignflow,makingthedesignofareasonable,efficient,flexiblerapidconversiontoadapttothecharacteristicsofmodernmanufacturingproductionshortcycle,quickchangesinproduct.
Thearticleplacedagainstthecementplantmaterialsstorageandhandlingsystemclutterbehindthesituation,mainlyusingthedesignmethodofSHAinindustrialengineeringtheorytore-designofthedisplaymaterial,thematerialhandlingsystemtoimprovetheprogram,andthenusetheweightcoefficientoftheprogramtoevaluatetheoptimalprogram.
Keyword:
Materials,transportation,mobile,methods,equipment
1绪论
1.1课题背景及意义
物料搬运是运用各种机械设备在企业内部进行物料的装卸、运输、升降、分拣、堆垛、储存和配送，有时还需要对物料进行计量、识别、跟踪、管理和搬运加工等等。
物料搬运存在于社会生产、流通和生活的各个领域。
自有人类文明以来，物料搬运便成了人类活动的重要组成部分，距今已有五干多年的发展历史。
任何物质的生产和商品的流通，都将伴随着物料的搬运，从原材料到产品的生产过程中，物料的搬运量常常是产品重量的几十倍，甚至数百倍。
在美国工业生产中，装卸搬运费用占总成本的20-30%.德国企业物料搬运费用占营业额的1/3。
在日本用于物料搬运的费用占国民生产总值的10.73%。
在法国机械工业投资比例，约有15%用以购买物料搬运设备。
因此，物料搬运机械在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大。
国外的一些专家学者，提出了物料搬运技术是第三利润源的概念。
即工业发展的初期，人们通过提高冶炼技术，以发展新材料和降低材料成本为主来更多获得工业产品的利润，（中国的大炼钢铁）。
以后人们又把重点放在了提高制造技术上，通过数控机床、加工中心、柔性自动化生产线等，提高生产效率，降低产品的制造成本，推动工业的进步，故称制造技术为第二利润源（我国目前仍注重这一阶段）。
随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，物料搬运又成为矛盾的焦点，物料搬运费用在工业生产成本中所占比例越来越大，于是人们又把目光瞄向物料搬运技术这第三利润源上，通过物料搬运的规模化和自动化来提高效率降低成本，向物料搬运要效益。
近年来国外一些专家指出，物料搬运工程技术是现代化工业中最薄弱，最迫切需要解决的领域之一，但也是最具潜力，最有发展前途的领域之一。
正是由于物料搬运机械使用的广泛性、基础性和重要性，使许多工业发达国家把物料搬运技术作为发展重点之一。
而国际市场需求量的不断增长更促进了这一领域的发展。
国民经济的发展离不开物料搬运机械，根据我国九五规划和2010年远景目标，中国的经济还会有一个更大的发展。
能源、交通和原材料是国家重点支持的基础工业，机械和汽车工业要作为国民经济的支柱产业，包括其他各行各业的发展，都需要采用大量多品种、高质量、高可靠性的物料搬运机械。
例如，发电厂的输煤系统、交通运输的装卸系统、冶金行业的物料搬运系统、汽车工业的自动化输送线和AGV系统、机械工业CIMS,FMS中的自动搬运系统和自动化立体库、商业部门的商品配送集散系统、机场车站和邮电部门的行包自动分拣和输送系统等。
因此物料搬运机械的市场前景非常广阔。
在现在生产过程中，随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，物料搬运早已成为生产矛盾的焦点，物料搬运费用在工业生产成本中所占比例越来越大，如何合理安排企业物料搬运系统，减少企业生产成本，保证物料搬运的畅通和顺利已经越来越重要。
1.2物料搬运的历史与现状
1.2.1物料搬运的发展阶段
纵观物料搬运的发展历史和现状，可分为五个阶段：
（1）人工物料搬运
已历经五千多年，依靠人力的杠、抬、背、搬和计数，生产效率低，危险性大。
包括修建金字塔和建造古长城及其他古代著名建筑，起重搬运工作都依靠人力，能够完成如此庞大工程，即使在今天仍使我们赞叹。
利用杠杆、轮轴、滑轮、斜面等虽能省力，但作用毕竟有限。
如今人工物料搬运仍存在于许多系统中。
（2）机械化物料搬运
十八世纪至十九世纪，随着蒸汽机，动机、内燃机的发明,物料搬运形成了机械化，依靠机械来增强人们的自身能力与作业范围，使物料搬运更快、更多、更省力。
例如使用叉车，可方便地装卸、移动大宗货物，提高作业速度;借助输送机可连续运送同时分拣货物利用旋转货架和托盘使货物存取更为方便。
机械化也对今天的物料搬运产生了深远影响，许多技术一直沿用至今。
目前机械化仍在物料搬运系统中占有很大比例。
（3）自动化物料搬运
1960年后逐渐形成，依靠自动存取系统（AS/RS）,自动导向车（AGV）、电子扫描器、条形码及搬运机器人等，实现自动化搬运。
例如采用自动导向车可实现运输路径柔性化、快速准确的运输及计算管理与调度;采用口动化立体仓炸司买现物料的目动储仔和缓冲，能解决工产节拍的不同步。
此外将微电子技术、电力电子技术、光缆技术、模糊控制技术应用到机械驱动系统，实现自动化操作。
（4）集成化物料搬运
1980年后逐渐形成，强调在计算机中央控制下各个物料搬运设备的协同性，各种信息通计算机网络相互沟通。
集成化还实现了生产与物流的有机联合，采用计算机对物料搬运系统进行动态管理与优化，并与其他系统实时联机，发送和接收信息，使物料搬运系统与计划、生产、安装、调试、包装等有机地联系起来。
使物料的供应与输送满足了准时制生产的需要。
使物料搬运系统与生产制造系统融为一体，追求整体的优化和高效。
（5）智能化物料搬运
1990年后得到发展，将人工智能集成到物料搬运系统中，在制定生产计划后，能自动完成各种状态下的物料搬运。
为满足多批次少批量的生产要求，物料搬运系统的柔性将更高，并具有自学习功能。
物料搬运机械已逐渐变为有感官、神经和思维的智能机器。
1.2.2发展与趋势
（1）重点产品大型化、高速化和耐久化
由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，促使大型或高速物料搬运机械的需求量不断增长。
由于物料搬运系统己成为自动化生产流程中的关键环节，要求物料搬运设备安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。
目前世界上最大的浮游起重机起重量6500t，最大的履带起重机起重量3000t，最大的连续运输机单机长30km，最大的自动化立体仓库多达120个巷道，堆垛起重机最大运行速度240m/min。
（2）系列产品模块化、组合化和标准化
用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品。
通过不同模块的组合，形成不同规格、类型和用途的物料搬运机械。
对产品进行改进，只需针对某几个模块。
设计新产品，只需选用不同模块重新进行组合。
由于提高了通用化程度，在设备制造中，可使单件小批生产的产品改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，降低制造成本。
（3）通用产品小型化、简易化和多样化
用户的需求性促进了物料搬运机械的多样性。
产品系列参数范围进一步扩大，功能选择进一步增强，一机多用产品进一步得到发展。
在工作并不十分繁重的使用场合，轻小型物料搬运设备得到广泛应用。
如电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机;组合式轻轨堆垛机将大量用于小型立体仓库。
（4）系统性能自动化、智能化和信息化
大型高效物料搬运系统的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。
主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。
变压变频调速（VVVF）、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术将广泛得以应用。
（5）系统组合成套化、集成化和柔性化
强调系统的成套和集成，通过中央控制室及三级计算机控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合，达到不同机种的最佳匹配。
系统具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存贮、运算、逻辑判断、变换等处理加工，向执行机构发出控制指令。
物料搬运系统由封闭型转变为开放型，适应不断变化的需求。
（6）系统设计精确化、模式化和全面化
最新单一技术内容中渗入社会和经济的因素，使得设计过程成为系统过程。
由经验性和随意性向科学化和模式化发展，强调理论分析计算和试验分析的相互结合，强调系统个局的功能综合，使设计在限定条件下实现最佳功能目标。
在设计中把物料搬运系统、人和作业环境作为整个系统来研究，创造一种人与机器的最佳相互作用状态。
随着物料搬运设备的高速化，还需进一步开展对载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究。
（7）产品构造新型化、美观化和宜人化
结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。
机构方面开发新型传动零部件，采用机、电、仪、液一体化技术，提高使用性能和可靠性。
今后会更加注重安全性，研制新型安全保护装置和故障自动显示装置，并重视操作人员工作条件的改善。
1.2.3我国物料搬运技术的历史与现状
现代物料搬运技术在中国实际上是45年前随着人民共和国的建立才奠基发展的。
1）1949年～1957年创建时期
在这一时期，为了适应国民经济恢复和进一步发展的需要，建起了14个专业生产物料搬运设备的工厂，生产方式基本上是单件、小批量生产。
技术上则利用国外，主要是前苏联的图纸进行制造或者参考国外产品仿造。
生产的产品有桥式起重机、冶金起重机、门式起重机、铁路起重机、塔式起重机、履带起重机、汽车起重机、电动葫芦、货运索道、带式输送机、斗式提升机、叉车、各种给料机等。
其中包括3台140t铸造起重机。
在这个时期，我国也自行培养了第一批物料搬运机械方面的专业人才，为物料搬运技术在我国的发展打下了基础。
2）1958年—1965年第一个发展时期
其间，于1959年第一次召开了起重运输机械制造厂的会议，研究提高产品质量问题，这是中国物料搬运机械行业正式形成的标志。
在这—时期内，生产企业和产品产量迅速增长，在技术上已逐渐从仿制走上了自行设计开发的道路。
许多成批生产的系列产品如桥式起重机、带式输送机、斗式提升机等都由自己的工程师进行设计。
一些大型专用起重机和输送机，如20tX860m缆索起重机、350t门式起重机、350t铸造起重机、300t锻造起重机、带宽1600mm带式输送机、30tX76．2m运载桥等均在这个时期设计和制造成功，并投入运行，满足了生产的需要。
在这个时期，结合中国的资源特点和生产开发水平，针对产品性能质量改进和新产品开发的需要，在研究部门、工厂企业和高等院校广泛开展了科学研究工作。
研究重点是改进结构、提高产品质量、减少金属材料消耗、减轻机器重量，从而推动了我国物料搬运机械整体技术水平的提高。
3）1966年—1979年第二个发展期
在这个时期，我国物料搬运机械技术的发展呈现以下特点：
（1）为国家经济建设提供了一批高水平的新产品，如：
600t桥式起重机、200t淬火起重机、15tX60．4m大跨度桥式起重机、200c造船用门式起重机、包括岸边集装箱装卸桥、堆场门式起重机、集装箱跨车等在内的集装箱搬运设备、2000t／h斗轮堆取料机、高层货架仓库用的巷道堆垛机和桥式堆垛起重机等。
（2）对于成批大量生产的10多种通用产品进行了建立在扩大参数范围、采用的结构设计计算方法基础上的系列更新，如通用桥式起重机、普通型和夹钢绳芯带式输送机、单梁起重机、电动葫芦、叉车、货运索道、埋刮板输送机以及手拉葫芦、千斤顶等。
在这基础上一部分轻小型起重设备开始出口，还有一些起重机作为援外产品出口。
（3）从70年代中期开始，加强了对物料搬运成套设备的研制，例如：
集装箱码头成套设备、自动化仓库成套设备、液化石油气灌装机械化系统、飞机场行包输送系统、轴承厂厂内运输系统以及散状物料码头和露天矿开采等大宗散料搬运系统所需成套设备。
4）从1980年我国实行对外开放政策至今最活跃的时期
这个时期具有以下几个特点：
（1）由于多种经济成分的并存，产生了大量以乡镇企业为主，包括少量私人企业在内的小型企业；企业和产品产量猛增。
据统计，1992年末我国各种类型的物料搬运设备制造厂总数上千个，其中包括全民所有制企业191个，从业人数18．10万人。
1992年物料搬运机械总产量已超过100万t，其中起重机械77．58万t、运输机械25．22万t、装卸机械12287台、给料机械15300台。
物料搬运机械总产值达65．19亿元人民币，销售收入65．8亿元人民币。
产值约占全国机械工业总产值的1％，约占全国工业总产值的0．23％。
（2）增强了提供成套设备的能力。
目前已能提供自动化立体仓库成套设备、粉粒体灌装码垛成套设备、1000万t级露天矿物料搬运成套设备。
并且通过与国外合作生产提供了一批具有国际水平的成套设备，如年运量3000万[的秦皇岛三期煤炭出口码头成套设备，宝钢一期、二期工程所用的配套物料搬运设备。
（3）广泛开展科学研究工作，提高了产品设计水平。
制订了我国《起重机设计规范》，结合我国条件建立了新的物料搬运设备标准化体系。
优化设计、动态分析、有限元分析、可靠性设计及物流系统计算机模拟等一系列现代识；计方法得到应用。
尤其是CAD／CAM的应用取得了突破性进展。
目前已有多项辅助设计软件可供选用，不但有微机版本，还有建立在工作站基础上的软件系统。
CAD的应用显著提高了新产品开发能力，目前仍保持强劲的发展势头。
（4）加强了国际技术交流和贸易，引进了数十项产品的专有技术，广泛采用了国际先进标准，增加了物料搬运机械产品的出口。
中国从1980年起直接参与ISO标准的制定和修定工作。
（5）在第三产业（交通运输、商贸、旅游服务等）中的使用量大为增加。
1.3本文的研究思路
以物料搬运系统分析理论入手，运用IE的模式和SHA的方法，针对公司的仓库平面布置和物料摆放进行研究。
通过实地考察、调研，发掘存在的问题，通过查找文献资料、数据采集、计算、分析等方式提出解决问题的方案，运用现代物流工程、物流设施规划等知识，以SHA理论为主要指导思想，进一步学习物料搬运系统SHA方面的知识，使自己更加完善：
1、了解并掌握SHA分析原理和方法。
2、学会应用SHA分析方法对仓库的物流系统进行分析。
3、针对仓库的具体情况制定合理的搬运方案。
4、运用SHA的评价方法对提出的各种搬运布置方案进行评价。
5、计算出各个方案的评价数据，得到可行的最佳方案。
2.物料搬运系统理论基础
2.1物料搬运系统的基本概念
2.1.1物料搬运与物料搬运系统
物料搬运是物流系统的一部分。
它是在已经设计和建立的物流系统条件下，使系统中的物料（包括液体、散装物体、单件物体、包装件、单元装载体等）按照生产工艺及服务的要求运动，以实现系统设计提出的目标，因而它也是物流系统的控制与管理活动。
物料搬运系统是指一系列的相关设备和装置，用于一个过程或逻辑动作系统中，协调、合理地将物料进行移动、贮存或控制。
在经过对水泥厂仓库的实际考察后，总结仓库现状有以下特点：
零件种类多，物流量大，涉及面广，排放杂乱无章的特点。
2.1.2物料搬运方法及选择原则
物料搬运方法是物料搬运路线、搬运设备和搬运单元的总和。
1）物料搬运路线特点及选择原则
物料搬运路线分为直达型、渠道型、和中心型。
（1）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。
（2）渠道型
一些物料在预定路线上移动，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。
（3）中心型
这种物料从起点移动一个中心分拣处或分发地区，然后再运往终点。
当物流
量小而距离中等或较运时，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。
2）物料搬运设备选择原则
选择搬运工具要有三个主要依据:
（1）适用性与先进性相结合
设备配置就是要在设备的适用性和先进性之间找一个适当的均衡点,使设备既能满足需求,又不因为配置过高导致投资过大及作业能力的浪费。
（2）经济性原则
设备配置的目标就是在满足作业需求和合理的技术先进性的前提下,实现设备在整个购置、安装、运行、维修、改造、更新,直至报废的全过程内的总成本最小。
（3）系统化原则
设备配置时,还要对整个装卸搬运系统进行流程分析,充分考虑各个作业工序之间的衔接,以使配置的设备相互适应,减少作业等待时间,提高作业效率。
场区物料搬运系统优化过程中搬运工具选择基于以上三个原则,但主要还是作为总目标,即时间最少、路程最短的约束条件。
3）搬运单元
搬运单元是指物料搬运时的基本装载方式。
如散装、采用车箱，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。
2.1.3物料搬运的原则
（1）规划原则
规划所有物料搬运和库存工作，使得总体经营效益获得最大为目标。
（2）系统原则
把经营、供货方、收货、存储、生产、检验、包装、仓库、发货、运输和客户等方面的搬运活动尽可能地综合到一个协调一致的工作系统中。
（3）物流原则
提供一个最佳物流的工作顺序和设备布置。
（4）简化原则
减少、排除或合并不必要的活动和设备以简化搬运活动。
（5）重力原则
在可能的状况下，尽量利用物料本身的重力作用来完成物料移动。
（6）空间利用原则
要最充分的利用建筑物内部的面积和空间。
（7）集装单元化原则
增加单元荷载或物料流的流载量、尺寸或重量，尽量采用标准化容器与装载工具以利于搬运过程的标准化、集装化，减少工作量。
（8）机械化原则
提高搬运作业机械化程度，并且能合理采用适当的搬运机械设备。
（9）自动化原则
在生产、搬运和存储作业提供自动化设施。
（10）设备最少原则
在选择搬运设备时要考虑到所有要搬运的物料、搬运活动和搬运方法，选择最少设备。
（11）标准化原则
搬运方法和搬运设备的类型和尺寸要标准化。
（12）灵活性原则
在没必要采用高成本的专用设备情况下，要采用能够很好完成搬运的物资。
2.1.4当量物流量
物流量是指一定时间内通过两物流点间的物料数量
当量物流量是指物流运动过程中一定时间内按规定标准修正、折算的搬运和运输量。
当量物流量的意义
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