物料搬运系统（精选八篇）
物料搬运系统 篇1
在一个中等批量的生产车间里, 零件在机床上的时间仅占生产时间的5%, 而95%的时间消耗在原材料、工具、零件的搬运和等待上, 据统计, 搬运费用占生产费用的30%~40%[1]。物料搬运系统是指将一系列的相关设备或装置用于一个过程或系统, 协调合理地将其进行移动、储存和控制[2]。一个产品从原料到产成品再到消费的流动过程中, 物料搬运作业是不可缺少的, 搬运工作的好坏直接影响到物流成本的高低。因此改进和提高物料搬运手段是保障物流、提高生产效率的重要手段之一。
1 产品工艺流程以及搬运存在的问题
某特种变压器公司以生产干式变压器为主, 该公司主要有3个生产车间, 分别为铁芯生产车间、线圈 (包括低压线圈和高压线圈) 生产车间和总装车间。变压器的生产工艺流程如图1所示。
据现场调研发现车间搬运主要存在的问题有:搬运通道不畅通, 存在交叉、回流现象;搬运路线曲折;搬运活动未从系统考虑;搬运设备缺乏柔性;搬运系统与生产系统不均衡等。
2 车间原始布局以及物流量分析
2.1 车间原始布局
根据加工工艺流程, 分别绘制出了铁芯生产车间、线圈生产车间和总装车间的原始布局和物流流向图, 如图2、图3、图4所示。
2.2 车间物流量分析
对各作业单位对之间的物流距离进行测量, 并结合产品生产的物流量可以得到该车间各作业单位对之间的物流情况, 根据物流情况可做出物流距离图 (F-D图) (F为物流量, D为作业单位间距离) , 如图5所示。
将F—D图分成4个区域, 物流量大距离小的为第一区域, 物流量大且距离也大的为第二区域, 物流量小距离也小的为第三区域, 物流量小距离大的为第四区域。为了使总的搬运费用最小, F与D应遵循反比规律[3]。由图5可知, 有4对作业单位处于F—D图的第二区域, 即作业单位之间存在物流量大搬运距离也大的情况, 说明该车间的物料搬运系统存在不合理的地方, 需要进行改进。
3 车间布局改善及效果分析
3.1 车间布局改善
为了使生产过程中的物流搬运路线缩短, 将工序相邻的作业单位尽量布置在一起。对铁芯、低压线圈和高压线圈生产以及变压器组装的物流路线分析发现, 铁芯生产车间中的铁芯装配区和打正式钢带区, 线圈生产车间的预热区和修理区, 组装车间的轭铁区和总组装区, 这几个布置存在问题, 从而使得作业间的物流出现了交叉和回流并形成了较大的物流搬运距离。分别对3个车间进行优化布置, 得到车间布局改善方案, 如图6、图7、图8所示。
3.2 改善效果
通过对车间布局进行局部调整, 解决了搬运中的交叉和倒流现象, 并使得物流路线更加清晰和简洁。每个车间的搬运距离都有不同程度的减小, 铁芯车间搬运距离减少了15m, 线圈生产车间搬运距离减少了52m, 组装车间搬运距离减少了30m, 从而节约了搬运时间、提高了搬运的效率并降低了工人的劳动强度。
4 搬运方案设计
根据对各车间改善后的布局, 确定了车间作业单位之间的搬运路线, 并测出车间作业单位之间的搬运距离以及生产一台变压器的搬运物流量等参数后, 作出搬运活动一览表。根据搬运活动一览表, 确定搬运路线系统、搬运设备及运输单元, 并将物料搬运方法的这些路线、设备、单元用规定的符号填入汇总表相应的表格内, 从而形成搬运系统方案汇总表[3]。
目前, 各车间运用机动叉车进行原材料搬运, 总组装车间使用行车进行搬运, 其他工序间的搬运使用手动叉车进行搬运。由于线圈生产车间的每个线圈的重量都在80kg以上, 因此线圈生产车间的工序间搬运需要2人同时进行;另外, 在线圈生产过程中, 浇注和固化工序中的化学物品对搬运人员身体会造成伤害。通过对比搬运方式, 制定出以下的搬运方案: (1) 铁芯生产车间采用机动叉车进行搬运, 这样能降低搬运强度, 使搬运方式更加合理; (2) 线圈生产车间采用行车搬运, 由于线圈生产工序较多, 搬运的次数多、线圈较重, 采用行车搬运, 能减少搬运人员, 提高搬运效率, 同时又能减少因浇注和固化工序中化学物品对搬运人员带来的身体伤害。
5 结论
通过对变压器生产各车间的布局以及物流现状进行分析, 对其布局进行了调整, 并提出了新的物料搬运方案。与改善前相比, 改善后缩短了搬运距离、提高了搬运效率, 并降低工人劳动强度。
摘要：通过对变压器生产车间布局及物流现状进行分析, 画出了车间现场布局图以及车间物流距离图, 并找出了其中存在的问题。根据问题并结合实际情况, 对车间布局和物料搬运系统进行了改进设计, 使其达到了减少物流倒流、搬运交叉, 提高搬运效率、降低工作人员劳动强度和搬运成本的目的。
关键词：车间布局,物流,物料搬运系统,设计
参考文献
[1]Braglia M, Zanon S, Zavanella L.Layout design in dynamic environments:Strategies and quantitative indices[J].Int J Prod Res, 2003, 41 (5) :995-1016.
[2]冯耕中.现代物流规划理论与是实践[M].北京:清华大学出版社, 2005.
智能物料搬运装置简介 篇2
一、机械手简介
（1）手爪：双控气动电磁阀控制手爪放松夹紧。14号线=0时（0表示低平，1表示高电平，下同），夹紧；15号线=0时，放松；14号线、15号线都为1或0时，保持不变。抓紧到位时，传感器8号线输出0；放松到位时，传感器8号线输出1。
（2）升降：单控气动电磁阀控制手臂升降。16号线=1时，下降；16号线=0时，上升。下降到位时传感器7号线输出0；上升到位时，传感器6号线输出0。（3）位移：24V直流电动机M正反转，控制机械手左右移动。
12号线=0时，机械手左移；13号线=0时，机械手右移。12号线、13号线都为1或0时电机停。机械手到达“物料1”、“物料2”、“放料”位置时，对应位置传感器3号线、4号线、5号线输出低电平。
左移时，由“机械手防撞”和“左限位”微动开关实现超程保护；右移时，由“右限位”微动开关实现超程保护。
二、物料传感器
（1）“一工位”和“二工位”处有光电传感器。有物料时（不管是黄色、白色球），相应传感器输出0。“一工位”处有物料时10号线输出0；“二工位”处有物料时11号线输出0。
（2）机械手上有光线传感器，其灵敏度可调。适当调节灵敏度，可以区分白色球和黄色球。机械手检测到球时，传感器9号线输出0。
三、注意事项
（1）物料搬运装置为24V供电，1号线接+24V，2号线接地。因为单片机为5V供电，所以传感器与单片机之间要通过光耦来实现隔离和电平转换。
（2）电机线圈（12、13号线）和气动电磁阀（14、15、16号线）应通过继电器来驱动。（3）操作前，请检查各部件是否工作正常。调整机械手及传感器，达到工作要求。
物料搬运系统 篇3
1 AGV性能及结构
AGV驱动方式主要分为单舵轮驱动、双舵轮驱动、双轮差动等三种形式。AGV主要有磁导航、激光导航、惯性导航等三种导航方式,可实现前进、后退和转弯等运动。其充电方式有在线自动充电、手动充电和更换电池充电。通讯方式主要有有线通讯、无线通信、红外光通信和无线局域网通讯。AGV控制方式采用控制站集中调度管理方式,实时监视AGV的运行状态,实现柔性控制。为确保AGV在运行过程中自身安全,特别是现场人员的安全及各类设备的安全,AGV将采用多级安全措施,包括软件保护和机械安全装置。软件保护设有偏离导航线保护,地标丢失保护,导航带缺损保护,部件故障保护与通讯故障保护。机械安全装置主要有非接触式红外防碰传感器、接触式保险杠、急停开关、自动声光报警等。搬运型AGV主要由AGV车体、移载装置及控制台等部分组成。
1.1 AGV车体
AGV车体主要由机械和电气两部分组成。机械部分包括车体架、驱动轮装置、随动轮装置、电池仓、控制仓、保险杠、PSD传感器、电池和充电连接器等;电气部分包括控制器、伺服驱动器、运动控制器、无线电台、电源和传感器等。
1.2 移载装置
移载装置是搬运型AGV实现搬运功能的重要组成部件,可根据用户需要搬运货物的种类以及不同接驳形式设计成具有不同移载装置的搬运型AGV产品。搬运型AGV按照货物不同装载方式可以分为辊道移载搬运型AGV、推挽移载搬运型AGV、叉式搬运型AGV、夹抱搬运型AGV、侧叉式搬运型AGV等。
1.2.1 辊道移载搬运型AGV
辊道移载搬运型AGV是通过自身辊道与地面站台辊道对接之后实现装卸货物。AGV可准确停靠在地面站台侧面,AGV上和站台上的辊道对接无误后,两者的输送机同时驱动,同步传动完成物料移载。辊筒输送机的驱动方式是在AGV上安装辊筒输送机和摩擦辊筒,而在地面上设置无动力辊筒输送机。辊道移载搬运型AGV可左、右双向装卸托盘货物,作业效率高,安全性好,不足是站台需要有连锁信号和动力传动,所以辊道移载搬运型AGV常用于可滚动的各式托盘或物体的移载场合,也可运送大的木箱、板材、集装箱等重载物料的搬运。
1.2.2 推挽移载搬运型AGV
推挽移载搬运型AGV是通过自身推挽机构伸缩推拉实现与货台货物的装运卸过程。作业时,推挽移载搬运型AGV停靠在货台一侧,通过推挽机构侧向移动伸臂推拉完成装卸货物,地面货台不需要动力传动,特别适合于同高度站台之间的搬运场合。由于其要求作业点的定位精度高,故推挽移载搬运型AGV常用于平面托盘和规则物料的搬运。
图2为电表箱推挽移载搬运型AGV。AGV车上装置推拉货叉装置,其前端装有可翻转的挡板机构,在叉取货物时,货叉伸出同时挡板向下翻转。待货叉完全伸出到位时,在卸货一侧的挡板向下翻转,货叉缩回,即完成卸货作业。货叉退回后,挡板又向上翻转复位。
1.2.3 叉式搬运型AGV
叉式搬运型AGV可承担空托盘、带载托盘、纸卷等升降搬运工作,能适应从地面到常规高度的不同高度范围货架的运输作业场合。图3为背叉式搬运型AGV。货叉及两条支腿在车体后方可上下升降,当下降到一定高度时,叉间距与物料托盘下的两个空档吻合,使其支腿进入叉起托盘货物。移载过程须通过倒车才能完成,托盘存放时必须与地面有一定高度,以保证货叉及下方的两个支腿同时进入实现搬运过程。
1.2.4 夹抱搬运型AGV
夹抱搬运型AGV主要由车体、提升装置及翻转装置及控制装置等组成。该设备承担圆形物料的夹抱、提升、运输、下降、松开等工作,物料在夹抱搬运型AGV上的可以实现一定角度翻转。
1.2.5 侧叉式搬运型AGV
侧叉式搬运型AGV在装物料时,在最低位置伸出货叉装载物料,待货叉出叉到位以后,货叉自动提升到最高位置,把物料提升离开货台,然后货叉收回,物料随车运输到指定位置,卸货时则反之。侧叉式搬运型AGV可双侧出叉,从车的左右两侧均可移载物料。但叉起取货过程时,其重心需由车体来平衡,故车体较为笨重,移载重量亦受到限制,故一般用于运输通道较窄,车辆无法转向的工况。
1.3 控制台
所有在生产线运行的搬运型AGV由控制台统一调度。它与生产调度管理系统通过接口可接受控制台调度命令和报告每台AGV运行情况。控制台主要功能包括通讯管理、AGV运行状况、数据采集和运行状态显示。控制台可实时调度在线AGV,同时将在屏幕上显示整个系统工作状态,包括在线AGV的数量、具体位置、工作状态、已完成装配数量等。
控制台同时负责AGV运行过程中的交通管理,保证运行中的每台AGV间不发生碰撞和追尾等事故,并对进入系统和退出系统的AGV进行管理,以保证整个系统安全可靠运行。
控制台还可根据生产管理系统下达的运输任务,改变每台AGV的工作状态、运行情况,通过自身通讯系统将命令和任务传递给被选中的AGV,被选中的AGV根据控制台指令完成生产物流系统需要完成的任务,返回原位待命。
2 搬运型AGV优点及适用范围
随着电子技术、控制技术及综合自动化水平的迅速发展,AGV技术日趋成熟。其优点如下:第一,运行节拍连续可靠,不会造成大范围停工。如果搬运车出现故障,它能立即退出生产线进行检修,由另一搬运车代替上线;第二,抗干扰能力强。灰尘、噪音、地板上的细小物体都不能干扰搬运车工作,如遇到较大物体,它将开动安全保险装置并制动搬运车;第三,可减少与搬运有关的磕碰损伤,保证物料完好运到指定位置;第四,AGV机动灵活,无地面障碍。它能充分利用现有空间和场地,路线通道设置灵活,系统变化较易,且其导向通道嵌入或贴在地板上,不影响人员或其它设备能自由通过;第五,安全性好。AGV设置有紧急接触保险装置、自动报警装置、急停按纽装置及物体探测器等多个保护装置,可以避免伤害工人和损毁库存、其它设备及建筑物,工作风险减小。
在现代物料搬运中,由于劳动力成本的增加以及机器人制造成本的降低,智能搬运引导车AGV市场已初步形成。搬运型AGV的应用遍及各行各业,如卷烟行业、药品制造业、金融系统、仪器仪表行业、冶金工业等。特别地,AGV无人自动搬运优势在于解决了一些不适宜人在其中生产或工作的特殊环境问题,如核材料、危险品(农药、有毒物品、腐蚀性物品、生化物品、易燃易爆物品)等。
3 结束语
搬运型AGV替代了传统的人工驱动小车的运输方式,搬运型AGV广泛应用可改善工作环境条件,提高工作效率,解放劳动生产力,降低企业生产成本,对提高企业管理水平起到了积极作用。随着劳动力短缺劳动成本增加以及机器人成本的降低,智能搬运技术必然会取代以人力为主的搬运模式。
参考文献
[1]王宏玉.自动引导车产品介绍[J].机器人技术与应用,2007(9):15-17.
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[3]王国华.中国现代物流大全[M].北京:铁道工业出版社,2004.
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[5]上海市商业科学技术研究所A92-6课题组.自动搬运车[J].物流科技,1996(4):10-15.
物料搬运系统 篇4
这让日东电子发展(深圳)有限公司总经理助理兼物流系统经理王晨光颇为自豪。他认为,近年来日东公司在物流系统产业的崛起和迅速发展,主要得益于拥有先进的技术、可靠的产品质量、丰富的行业经验、完善的服务和雄厚的综合实力组成的强大核心竞争能力。
记者:在制造企业的物流系统集成解决方案中,物料搬运系统通常由哪些技术与设备组成?如何与其他系统组合发挥作用?
王晨光:在制造企业的物料搬运系统中,原始的作业方法一般会用到普通叉车、小型搬运车、高位叉车(或窄巷道叉车)、普通输送设备、普通仓库(或楼库)、普通生产组装线等。近年来,随着技术的发展,现代化的物料搬运设备得到越来越广泛的应用。例如:自动化立体仓库系统中的堆垛机取代了之前的高位叉车,提高了空间利用率和生产效率;AGV(或RGV)、高速分拣系统与普通输送设备有机结合,解决了复杂的物料传输难题;机械手在物料码垛及搬运中大显身手;自动拣选系统在物料供应中收效明显;柔性生产线及信息化的组装线取代了普通生产组装线;根据物料搬运需要而设计的自动化专机出现等。
我们一般将制造企业的物流系统分为采购物流、生产物流、仓储物流等部分。上面提到的自动化立体仓库、输送系统、分拣系统等一般属仓储物流系统,我们常说的物流系统多是指这一部分。柔性生产线及信息化的组装线则属生产物流系统,有时也叫生产装备。仓储物流系统、生产物流系统、采购物流系统三者之间通过信息管理系统和控制系统无缝连接,形成一个制造企业的完整物流系统。现代化的物流系统既可以降低人工成本和劳动强度,提高生产效率,还能为管理者提供企业的各类数据,为其科学决策提供参考依据,提升管理水平。
记者:作为系统集成商,日东公司是如何为客户规划实施物料搬运系统的?在此过程中主要考虑哪些因素?
王晨光:我们认为系统集成商的能力主要体现在三个方面:第一,方案规划能力;第二,物流信息系统和控制系统的开发能力;第三,项目管理和实施能力。三者缺一不可。日东公司近几年在这三个方面付出了巨大资金和精力。通过加大与国外有丰富经验的合作伙伴的合作力度、加强与国内外各著名大学的合作、购买国外成熟的信息系统软件及相关技术消化吸收再二次开发、大量的项目实践等手段,日东公司培养了一批技术和管理骨干,在集成能力上获得很大提升。
在为制造企业规划和实施物料搬运系统时,我们一般会按照以下流程进行操作:首先,充分了解企业的行业特点、项目实施的用途和目的;同时,我们会派专业人员到客户处了解情况、熟悉相关工艺流程、收集相关原始数据和目标数据,以便有依据地规划物流系统。接着,对上面收集的数据从各方面进行分析,优化工艺流程,规划初步方案并进行评估。然后,在评估的基础上进行方案优化并细化,并进行设备布置、设备选型、信息系统设计、作业流程设计等。最后,就是严格按项目管理制度来进行项目实施了。
为客户提供物料搬运方案时要考虑的因素比较多,主要分为以下几个方面:第一,行业特点和系统要解决的主要问题。不同行业的企业由于产品特点、遭遇的问题不一样,解决方案会相差很大。如,制造行业和流通行业,后者比前者更重视配送功能;食品行业、机械制造行业和电子行业,它们的作业方式和对环境的要求均不相同。当然,成品物料搬运系统和原材料的搬运系统也有很大差别。第二,考虑成本。如物流成本或库存成本、配送成本、投资成本等,以及影响到成本的作业效率、空间利用率、作业准确率和库存最小化水平等。第三,系统自动化程度。对于客户来说,并不是自动化程度最高的物流系统就是最好的物流系统,自动化程度要视客户的真实需求来定,因此我们会为客户选择一个最合适的解决方案。第四,现场因素。也就是说要因地置宜,即要多与客户相关部门及相关设计院沟通,物流系统的布置要多考虑现场情况等。
记者:请以制造行业的典型客户为例,介绍日东公司是如何帮助企业优化物料搬运作业的。
王晨光:制造行业(如机械制造行业、食品和饮料行业、制药行业、烟草行业)中现代化物流系统的应用越来越广泛,但在电子行业,现代化物流系统应用相对不多。这里简单介绍一下日东公司正在实施的广州贵冠公司生产原料物流配送中心的情况。该项目是客户把广东的几个分厂集中在同一基地后,为了解决原材料的准确、及时供应问题而建设的一个原料物流配送中心,建成后将是国内电子行业最复杂、规模最大的物流中心。
贵冠公司在将广东几个分厂的生产设备集中后,主要面临以下问题:第一,电子原料体积小、品种多,所用到的原料多达7000多品种,每个品种出库量不大,多为拣选作业。因此,如何解决物料在出库后按照生产订单准确配送到相应生产线上是主要问题;第二,该物流中心的物料要供应到库房两侧的六栋四层楼生产车间的一百多条生产线上;并且,电子类产品更新换代较快,每条生产线生产的产品都有可能在变。这就要求物流系统在快速及时配送的同时,还要有一定的柔性和通用性,能根据市场的变化及时调整配送方式或作业方法。第三,由于电子元器件种类繁多、大小不一,所以拣选作业方式也需根据元器件特性不同实现多样化。第四,一个电子元器件的供应实效性将影响整个电子设备的实效性,这对电子元器件的质量和可靠性要求很高。客户需要能够对原材料、半成品和产品进行质量跟踪。
针对上述难点,日东结合自己在物流配送中心项目方面的丰富经验,为客户规划了一个现代化的生产物流配送中心方案。在该物流配送中心中,大量使用现代化的物流技术和设备,如自动化立体仓库系统、DPS拣选系统、各类输送机(包括大量的环形穿梭车、直线穿梭车、升降机、普通链式辊道式输送机)组成的复杂物流输送系统、RF无线射频系统、复杂的控制和信息管理系统等,其中立体仓库就有七个巷道,一万多个货位。在复杂的物流作业中,采用自动化立体仓库与平面仓库相结合、DPS拣选与看单拣选相结合、摘取式拣选和播种式拣选相结合、信息管理系统和企业ERP系统无缝连接等方式,有效解决了上述问题。该项目建设完成后,贵冠公司的生产效率和管理水平将迈上一个新台阶。
记者:制造企业在建设物流系统时特别是选购物料搬运设备时,日东公司能提供哪些建议?
王晨光:根据我们多年的经验,在建设、选择物流系统和物料搬运设备时,客户应当注意以下几个方面:第一,选择合适的供应商或系统集成商,主要考虑其行业经验、集成能力等。在当前金融危机情况下,还要考虑供应商的综合实力、抗风险能力等,以免造成意想不到的损失。第二,摸清自身需求和要解决的问题。如客户因缺少专业知识而无从着手时,可寻求顾问公司、咨询公司、系统集成商的帮助,千万不要自己盲目处理。第三,采用合适的物流系统和设备。建设物流系统时,要选择适合自身需要的物流系统或物料搬运设备,而不是一定要选择自动化程度最高的系统和设备。第四,总体规划企业和物流系统集成商应相互配合、及时沟通。在进行前期的总体规划设计时,不仅考虑生产工艺问题,还要考虑物流系统规划,特别是物流系统和建筑及防火要求等方面的沟通。千万不能等到建筑设计完成,再规划物流系统。第五,关注系统和设备的性价比、供应商的服务质量等其它方面。
记者:在金融危机的影响下,您如何看待国内物料搬运系统与设备的市场需求状况?
王晨光:在此次金融危机中,受影响最大的是金融业、消费类产品制造业,包括汽车、家电、电子、纺织等行业。金融危机对于物料搬运系统与设备市场需求有一定影响,但并不是很大。一部分项目只是因金融危机暂停或后延,真正取消的项目很少,有相当一部分项目是按原计划建设的。日东公司近期就会有两个生产制造企业的自动化立体仓库项目要签订。
新科技改变物料搬运 篇5
智能辅助设备
虽然智能辅助设备 (Intelligent Assist Devices, IADs) 并不算新颖, 其技术也不属科技最前沿, 但它的表现仍然优于其他搬运手段。就成本而言, 智能辅助设备比机器人更经济;尽管它比升降台昂贵, 但功能也更强大。
从某种意义上讲, 智能辅助设备是机器人与人工手动的结合体, 是结合了传感器及相关元件的小型高科技起重工具, 它的功能更多, 可实现更广泛的人机交互。
此类设备通过伺服电机和微控制器, 让使用者直接操控, 如人类动作一般, 随使用者移动, 以精准的动作和速度提起、推动或放置物体。它通过软件计算, 直接做出动作, 因此使用者感觉不到任何时间延迟。另外, 由于连接有不同种类的起重部件, 它可把物体的全部重量分散在设备上, 而不对人体产生任何压力。
智能辅助设备的末端执行器有钩子、夹子、真空吸盘、磁铁等, 几乎包括人类可以制造的所有工具。正是有了这些末端执行器, 设备才可以用于升降、旋转、按压、抓取和释放物体, 同时动作既轻松, 速度也稳定。有的体型巨如汽车, 有的小如模型。
此类设备的主要缺点在于它们的起重设备主要通过起重臂或其他方式连接, 悬于人体上方, 这会限制其使用场合。它能完美适应加工工厂的组装线, 但却不适合空间小, 或需要反复进出的家庭场合。
人体外骨骼
就在上述场合缺陷限制了智能辅助设备的发展时, 最新版的外骨骼设备以高度的灵活性, 完全解决了这一问题。人体外骨骼类似机器人设备, 可穿戴于人体外部, 模拟人类行动, 如同人体外部包裹着一层机械。人体外骨骼设备利用机械的优势, 让人几乎不费吹灰之力举起重物。在不借助外力的情况下, 它可举起超过90 kg的物体。
它并非人们想象的那样——看似如同钢骨般的金属大块头。多数情况下, 它们呈流线型, 碳纤维材料如紧身衣物般覆盖于结构框架之外, 其外表更为美观, 形状也更为纤细。有的外骨骼设备除少量部件坚硬之外, 大部分比较柔软, 包含了充气囊、绳子或细线等材料, 同时又体现出了机械的优势。
外骨骼设备种类不同, 从背包式升降器到全身式行走工具和升降工具。有的设备能通过手动控制升降动作, 有的则通过传感器完成作业。另外, 有的外骨骼设备属于被动式的, 也没有电源;有的则通过电池、液压或气压实现发力。
尽管目前只有为数不多的设备投入工业运用, 但一些已经转交客户使用, 另外还有一些设备处于研发阶段。康复外骨骼设备和军用装备已投入使用多年, 但其工业用途的探索工作才刚刚起步。
被动式外骨骼设备
有一种穿戴设备是专门为手动拉升箱子或需要类似动作的任务而设计的。该设备可将物体重量分散于身体不同部位, 主要集中于肩膀和腿部, 同时还会将背部调整至合适的提拉姿势, 承担50%~75%的分量。
另一种设备类似于背带, 穿起来则像短袖T恤, 可减少人们手臂外伸或上举物体时产生疲劳感 (如将物体提升或放置于腰部或头部以上的某处) 。当手臂延伸至人体可调整的高度之外时, 它能将手臂的负重通过肩膀转移至身体核心力量区域。
因这种混合型外骨骼设备成本较低, 更易于工人接受, 将会改变手动物料搬运作业的完成方式, 让更多工人免于遭受背部和肩膀病痛。
此外, 还有一些零负荷被动式外骨骼设备, 设备本身不会对人体造成任何压力, 作业时会将手臂承受的压力转移至地面, 将人体所受压力降低50%, 人们稍微用力便可操作设备, 完成作业。目前, 此类设备已在航空航天和造船等行业通过了测试, 并且已用于生产环节, 如操作重量超过18 kg的工具。
全功能外骨骼设备
如今, 部分最高科技的外骨骼设备中已经使用了传感器。这些传感器可通过穿戴者的神经系统, 检测其大脑电脉冲信号, 当大脑给双腿下达运动指令时, 外骨骼设备就可以立即随着腿部移动, 没有任何时间延迟。设备上不存在控制按钮, 不通过按钮即可让设备完成行走、弯腰、拉升等动作。这类设备在医疗领域有巨大的发展潜力, 可用于提升转移病人, 同时也可用于涉及手动重物搬运的行业。这些设备的发展趋势主要为全身穿戴方向和下身穿戴方向, 且多数设备的后背或腰部处装有电池。全功能外骨骼设备几乎不会对人体造成任何压力, 也属零负荷式设备。
用于下半身佩戴的外骨骼设备已广泛用于人体恢复领域, 帮助截瘫患者站立起来。这些设备可减轻搬运物体时人体疲劳, 在物体搬运行业拥有良好的发展前景。如能结合某些配件, 下身佩戴外骨骼设备甚至还能为组合式设备的发展奠定基础。
未来
有些公司已在研发阶段设计出了设备图纸, 这些设备可用于应对灾害, 全方位保护人们免遭大火、高温、尖锐物体等伤害, 甚至还能防御弹片。研发这些设备是为了当人处于剧毒环境或高辐射环境时进行保护, 我们可以将其想象为带有呼吸系统和饮用水供给系统的核生化防护服。当然, 这些设备不仅可以保护人类, 还能赋予人类近乎于超人的力量, 移动事故残骸、载人, 同时在保证作业时长的情况下, 减轻疲劳感。
总结
在减少伤害方面, 这些新兴技术拥有巨大的潜力, 特别是预防骨骼肌肉损伤, 或反复作业导致的其他损伤。它们的初始成本或许较高, 但也比背部手术要便宜得多。如同所有的科技手段, 设备的初次设计会耗费一定的资本, 但目前来看, 其成本正在降低。
30年后, 或许每个人都会拥有1辆飞行汽车, 并且如同电影《回到未来2》所暗示的情节一样, 我们将穿越至“2015”年, 创造一个没有伤病的世界。 (注:《回到未来2》讲述的是从1985年穿越到2015年未来世界的故事) 。
编译自Occupational Health&Safety 2016年第2期
成为手动物料搬运的赢家 篇6
体育媒体大肆宣传了美国队比赛中作出的战略调整, 包括人员替换, 战术改进和训练制度调整。而所有调整都是基于对之前比赛中关键指标和数据的全面审查。据此作出的准备和训练都是针对队员的弱点, 并让其充分发挥优点。
数据驱动的方法堪称完美。球队的每次胜利都会增加队员对此方法的信心, 并最终奠定了美国队在决赛中主导性表现。
企业EHS专家如果也采用这种数据指标 (伤病数据) 的方法分析员工的工作表现, 会暴露出哪些“弱点”, 或者EHS人员的“冠军战略”是什么?
手动物料搬运工作涉及举、降、推、拉和搬运等动作。笔者认为多数EHS专家发现的“弱点”都会集中在员工手动物料搬运过程中的高受伤率和应对策略。
问题的严重性
根据《2014年利宝工作场所安全指标》 (The 2014 Liberty M u t u a l W o r k p l a c e S a f e t y Index) , 2012年美国工作场所发生的致残伤害的主要原因是用力过度, 该类伤病的支出占国家总负担的25.3% (其直接成本约合151亿美元) ;而反复性运动损伤已经下降, 只占2012年致残伤害的3.1%。上述数据的变化是可以理解的, 这是不断提高反复性运动损伤 (如腕管综合症) 预防意识的成果。
但是降低与用力过度相关的伤害是很困难的, 而且费用高昂, 尤其是当许多企业每天都需要大量劳动力进行手动物料搬运。既然如此, 人们该如何降低过劳伤害的频率呢?
第一步是确定“危险区”, 这是过程中最容易的步骤。EHS专家不需要花费很多时间来确定员工位置。专家如果不能确定其位置, 就要检查工伤记录、询问员工或进行正式调查、确定工作场所的拥塞路段, 据此划出危险区。
确定了“危险区”后, EHS人员可利用美国国家职业安全卫生研究所 (NIOSH) 的提举公式 (NIOSH LE) 计算风险。1991年, NIOSH任命的研究专家小组发明出1个公式, 它可判定物料搬运过程中提举和下降动作对成年工人来说是否安全。专家对腰部伤害涉及的生物力学、精神物理学和生理学标准进行了研究, 并在该研究的基础上, 发明出了该公式。
公式为RWL=LC×HM×VM×DM×AM×FM×CM。它看似复杂, 其实道理很简单。公式包括6个任务变量和1个荷载常数 (LC) 。RWL是推荐的重量极限值, 表示员工在特定工作环境、频率和持续时间下可安全提起的最大重量。HM为水平距离参数 (25/H) , H为搬举起始或结束时手掌中心距两踝关节中间的水平距离, 单位为cm;VM为垂直位置参数 (1-0.003|V-7.5|) , V为搬举起始或结束时手掌距地面的垂直距离, 单位为cm;DM为垂直抬举距离 (0.82+4.5/D) , D为搬举起始或结束时手掌距地面的锤子距离只差, 单位为cm;FM为频率 (次/min) ;AM为不对称参数 (1-0.0032×A) , A为偏离矢状面的角度;CM为抓握难易参数。此公式适用于99%的男性和75%的女性。
LC表示大部分工人在理想条件下以1天1次的频率可安全提起的重量。比如, 该理想条件可为背部挺直, 不扭曲、不伸展身体。1天之内能安全举起的重量值为23.2 kg。换句话说, 这个公式所得出的值永远不会大于23.2 kg。
把变量带入公式中后, 进行乘法运算, 每次运算都像是从LC中“拿走”一部分一样, 越乘越小, 最终得出RWL的数值。如果将任务变量看成是理想状态, 即货物紧挨着身体, 放在和腰一样高的地方, 此时变量相乘的值为1。LC和这些变量相乘所得数值是不变的。但是, 如果稍稍偏离理想状态, 乘法运算的结果就会比LC小。举个例子, 倘若货物离员工0.5 m的地方开始搬运, 在这种状态下求得的数值要小, RWL的数值会直线下降。
从公式中, 我们可以确定对计算结果影响最大的变量。这个变量就是在实际改善过程中最需注意的。以笔者个人经验来看, 影响力最大的2个变量为水平距离参数HM和垂直位置参数VM。
位置调节器和升降辅助器
目前, 现成的可以减少货物搬运过程中受伤风险的方法可分为2类:位置调节器和升降辅助器。
位置调节器包括转台、升降车、液压车。对于传统的托盘装运工作来说, NIOSH LE公式能够让EHS人员意识到, 他们的首要目标是尽可能让搬运作业靠近员工。转台会拉近员工和货物之间的距离, 即使货物仍然放在地上, 这依然可以有效提高最终求得的数值。选择升降台时, 可以参考以下通用指南:升降台可调高度为91.44 cm;动力调节优于手动调节;如需搭载手推车, 请使用台面高度较低的转台;调整倾角以减少搬运过程中的身体伸展。
升降辅助器包含不同类型的升降机、平衡手臂装置和智能辅助设备 (IADs) 。当位置调节器不能降低搬运风险值时, 人们就会用到升降辅助器。如果使用升降辅助器, 请将其动力调至最抵挡;保证末端执行器在视野范围内。想了解更确切的选择标准, EHS人员最好咨询专业的生物工程学家 (CPE) 。这样可以确保搬运工作不会给员工造成姿势上的或高强度的风险。
涉及推、拉作业的解决方法
分析与推、拉动作相关数据的、最广为人知的资源是斯努克1991年写的资料《手动物料搬运任务的设计:最大可接受提举重量修订表》 (The Design of Manual Handling Tasks:Revised Tables of Maximum Acceptable Weights and Forces) 。该表格以精神物理学研究为基础, 它的出现促进了搬运作业的设计与评估的发展, 旨在通过减少搬运导致的受伤案例数, 减少伤痛持续的时间和重复受伤, 缓解员工腰痛。
斯努克想用某数值来表示多数工人在受伤风险最低的情况下可提起的重量阈值, 在数值选择时他发现, 员工搬运较重物品时的受伤率比搬运较轻物品的受伤率高3倍 (较轻:75%或以上的员工可安全搬运的重量;较重:低于75%的员工可以安全搬运的重量) 。专家还指出, 设计适合75%员工的搬运重量能减少1/3的腰部损伤案例数。
对于涉及推和拉动作的工作, 以手推车为例, 表格给出了3种不同的变量:手臂在手推车上的垂直高度, 车行走的距离和使用手推车作业的频率。
基于上述3种变量数据, 人们可以通过表格查出, 推动手推车所需最大力量值和保持手推车移动最大的可接受力量值。一旦有了这些数据, 就能通过力量测量仪测算实际要求的力量。笔者建议通过装载尽可能多的货物并将脚轮旋转90°的方法, 创造出搬运过程中最困难的情况, 并测定推动手推车和保持手推车移动所需最大推力。为了保证准确性, 至少需要测量3次。
数据测定完毕后, 把测定出的数值与表格中推荐的数值进行对比;如果你的数值不在表格给出的范围内, 可能就需要重新设计手推车 (脚轮、轮组、把手等) 或减少搬运重量。另外, EHS人员需要谨记如下数据:4轮手推车的最大装载量不要超过225 kg;2轮手推车的最大装载量不超过114 kg。对这些数据的任何改进或修改都需要在科学研究的基础之上进行。设计手推车时, 可以参考荣格、海特和弗赖瓦尔兹写的《推、拉卡车和两轮手推车》 (Pushing and Pulling Carts and Two-Wheeled Hand Trucks) 。
计算、分析数据过程中, 人们会发现手动物料搬运带来的过劳伤害很严重, 应该运用数据驱动的措施来解决困难。对数据进行量化可以在员工执行任务前就评估出作业对员工产生的潜在影响。通过假设某种作业情况, 把相关数据带入到公式计算求出推荐值或根据数据修订表查出推荐值, 确保EHS人员真正实现“事半功倍”的效果。
美国女子足球队有效运用数据, 针对自身弱点进行训练, 制定周密的计划和策略, 最终打败了对手, 赢得了世界杯。尽管美国队拥有1名经验丰富的明星守门员, 但她们知道凭空期待不是赢得比赛的策略。对EHS人员来说, 亦是如此。
编译自EHS Today 2015第8期
物料人工搬运的工作和方法研究 篇7
关键词：工作研究,方法研究,物料搬运,工位器具,劳动消耗
在工业生产领域,尽管机电设备自动化程度越来越高,但还是存在大量的物料人工搬运操作。由于存在各种约束条件,每当规划、设计工艺流程与设备设施时,管理和技术人员大多偏重整体技术是否可行,容易忽视针对人工操作方面系统性、分析性和细节性的工作研究和方法研究。而这种研究确实有助于生产或是物流现场的精益运作和持续改善。
无论在工艺流程和设备设施规划、建设之初,还是在投用之后的日常运行过程,管理和技术人员都可以通过对物料人工搬运以及与此相关的设备布局、工位器具、物料放置、搬运动作等各个环节进行工作研究和方法研究,让现场作业人员在物料搬运及添加物料时做到动作经济,以实现减少劳动消耗、改善现场作业环境的管理和技术目标。本文以卷烟生产中某个作业环节为例,对如何运用工作研究和方法研究来减少物料搬运劳动消耗进行了介绍。
一、FOCKE350S烟支硬盒包装机组及人工操作内容简介
以FOCKE350S烟支硬盒包装机组为例,该机组为大批量、流程性专业生产设备,用于烟支成品包装。跟其他轻工小盒包装机组相似,包装工艺流程会有数量较多的原辅料以固定的路线连续地流过设备加工系统。操作人员需要重复多项作业,包括添加多种包装辅料、处理停机故障、检查产品质量、清理废品废料、清洁设备及整理作业场地等。
二、添加辅料的体积、质量和主要辅料添加频次分析
以每班7小时有效工作时间、有效作业率90%计算,消耗小盒商标纸等6种辅料合计重量约为1590公斤(不同牌号存在差异),体积约为2.7立方米(盘状辅料体积以方形计算)。以加料数量、质量、频次、体积权重最大的小盒商标纸作为主料计,每班加料151200张,质量840公斤,体积1.4立方米。以每次加料张数800张计,每班加料次数189次,每小时加料次数27次,每次加料重量约4.45公斤。所以,把商标纸人工搬运和加料设置为最优先级,依此类推把条盒商标纸人工搬运和加料设置为次优先级。
不同生产设备添加的辅料,物流现场的成品及容器搬运存在很大差异,但统计和分析各种生产辅料和物料搬运的特性、质量、体积和频次是工作研究和方法研究的基础工作。
三、小盒商标纸人工加料动作分析
小盒商标纸为平张、经过单面印刷的包装辅料,会出现不平整、切口粘连、夹杂碎片、印刷缺陷等可能影响产品质量和设备效率的隐患,需要操作人员在加料的同时随时关注,采用看、折、弹、拍等作业方法予以适当处理,以避免包装过程卡纸等故障停机及产生废品损耗。
小盒商标纸宽度约为117毫米,由于纸道料槽狭窄,托纸负重加料动作一般由单手完成。右撇子操作工多用左手单手完成,右手只起辅助扶正作用。加料需要对准竖直纸道,纸道高点垂直高度离地约1500毫米(加料动作和垂直高度见图1)。托纸提举加料连贯借力,需要略微高抛,形成半空移位圆弧,一气呵成。加料作业本身无需弯腰。
加料时,手臂前伸距离约为450毫米,考虑到力矩,每次加料张数不宜过多(加料质量和力矩见图2)。如果增加单次加料数量以期减少加料频次,若动作不当并长时间重复,这对手腕、肩部甚至脊柱存有潜在的疾患风险。依据美国职业安全卫生研究院(NIOSH)对手握力、臂提举力、肩提举力和腰拉力测试,女性的静态肌力约为男性的50%,所以对女性操作人员更不推荐增加每次加料张数方法。
生产制造、物流分拣和配送环节存在大量的物料搬运劳动消耗。分析人工物料搬运的质量、距离、高度、力矩和人体受力部位同样是工作研究和方法研究必要的基础工作。
四、FOCKE350S烟支硬盒包装机组设备布局、加料工位与辅料放置分析
1. U字型布局
设备布局往往与厂房建筑的宽度、跨距以及设备占地面积相关,U字型设备布局相对紧凑,各个加料工位距离较短、联系紧密(U字型平面布局及加料工位见图3)。
设备机组U字型布局形成的中央操作空间可以用于放置包装辅料。如果把减少物料搬运劳动消耗设置为优先级目标,可以考虑设计专用工位器具,集6种包装辅料于一体。辅料位置摆放时可以把加料频次高的小盒包装纸和条盒包装纸放在工位器具上层,其余4种加料频次偏少的盘状辅料放在工位器具下层,这样可以明显减少物料搬运行走距离和蹲腿、弯腰搬运消耗。
2. L字型布局
当厂房建筑宽度和跨距足够的话,为达到操作空间宽敞效果,L字型布局也是一种选择。跟U字型布局相比,加料工位之间距离远,不适合通过工位器具把6种辅料集中摆放(L字型平面布局及加料工位见图4)。
为此,设为第一和第二优先级辅料的小盒商标纸和条盒商标纸的承载工位器具可以分别在加料工位就近摆放。余下非优先级辅料每班加料频次低,白卡纸8盘、铝箔24盘、小盒透明纸9盘、条盒透明纸2.5盘。为避免辅料摆放占用场地过大,一般会考虑在工位器具上做拼盘处理,特别是当品规生产批次产量不大时,更需要定量配盘供料以减少辅料退库、简化管理流程。
五、辅料工位器具放置位置与物料搬运和加料动作劳动消耗分析
搬运距离最短是通过工作研究和方法研究以减少各种劳动消耗的基本要求。对U字型设备布局来说,小盒商标纸人工加料为优先级。由于小盒商标纸为小体积物料,从搬运水平距离考虑,辅料工位器具位置除了保留操作行走通道之外(单人走道一般为900～1100毫米),有必要放置在小盒商标纸加料槽就近处,让操作人员捧取辅料后,只要转身移步就可向纸道料槽加料。
从搬运垂直高度考虑,如果采用集6种辅料于一体的装载工位器具,那小盒商标纸可以摆放在高于水平面500毫米以上高度,因为搬运时避免垂直方向移动距离可以大为减少蹲腿、弯腰动作消耗,其节省劳动消耗的作用大于相同的平面移动距离。从搬运的人体各主要受力点分析,人的动作等级以“腿一腰一肩一肘一手腕一手指”次序递减,动作等级越高,劳动消耗越大,劳动者也越容易疲劳(人体搬运受力部位见图5)。根据人体18种动素分析,以成人平均高度为准,取物和搬运伸手、握取、移动、定位和放手的最为适当垂直高度区域在500～1500毫米范围。
当采用单一工位器具(大多为托盘)承载单一辅料时,由于受到运输工具的限制,一般会把小盒商标纸辅料工位器具(托盘)放置在设备中央操作空间轮廓线以外区域。这种放置方法使得操作人员大多倾向于一次搬运较多的小盒商标纸到靠近设备的操作台面,然后分批次加料,由此减少搬运频次和行走距离(小盒商标纸搬运见图6),但这样显然会增加现场操作人员物料搬运的劳动消耗和劳动时间。
针对L字型布局,小盒与条盒商标纸工位器具可以分别放置在靠近各自的加料工位,以减少不必要的物料搬运劳动消耗。
六、设备布局、工位器具、物料摆放与搬运加料劳动消耗之间关系
生产制造及物流仓储、分拣和配送现场的物料人工搬运工作到处可见。尽管现场操作人员在实践过程中会依据尽可能省力搬运的本能做各种微量调整,但在规划设计和运行改善过程中,更需要专业人员运用工业工程、人因工程中的工作研究和方法研究工具,系统思考、策划和实施优化改善方案。
设备布局时常会受到建筑物条件限制,但反过来,建筑物宽度与跨距并非越大越好。尽管空间扩大视觉上让人感觉开阔、心情也许由此感觉良好,但空间过大不但增加建设初期的投资和日常运维的消耗(特别是能源),而且会大大增加员工的各种活消耗。问题在于,这种日复一日的活消耗往往不为管理和技术人员所察觉。
设备布局和工位器具在满足工艺需要的前提下,其空间占地和摆放位置需要寻找适度的平衡点,通过设计经优化改善的工位器具,合理摆放各种物料,平衡设置多功能操作空间,尽量减少无谓的物料搬运劳动消耗。
七、结语
工作研究和方法研究是基础性、实践性、应用性很强的改善工具。需要应用这种工具以期改善的地方随处可见,但其重要性和普及性却远未被管理和技术人员所认识,其广泛应用的群众性基础远没有达到它应该所处的位置。
在生产制造或是物流仓储、分拣和配送环节中的某一个特定点运用工作研究和方法研究改善工具容易,但当管理和技术人员系统性思考时,由于涉及面广,各种约束条件和影响因素相互交织,其结果时常令人沮丧。而且,每当人们一旦养成做事习惯、思维定式,即便不合理也很难改变。
物料搬运系统 篇8
在中国的叉车制造领域,龙工其实是“后起之秀”。不仅国内的大多数一线品牌进入市场比它要早,甚至不少进口品牌也在它之前便开始了对于中国市场的耕耘。但就是这么一个起步仅仅十年的品牌,却很快得到了用户的认同,而且一跃进入行业前三甲,在中国叉车市场发展飞快的十年,龙工抓住了机遇,迅速成长,将自己的品牌在大江南北打响。
如今,飞速发展的时代已经过去。进入新常态以来,物料搬运设备的需求下降,各个企业都进入了难熬的寒冬。怎样在寒冬中保生存,求发展,是每个企业都在苦苦思索的问题。在新常态下找到新的发展道路,哪些要坚持,要保留;哪些要改良,要摒弃,这些问题是每一位叉车行业从业人员都要面临的现实问题。在这一背景下,龙工依然实现了逆势上涨,并趁势加大了品牌建设的投入,提出不仅要造出好的产品,更要提供好的服务。
有鉴于此,本期物料搬运设备品牌巡礼专刊,我们带读者走近龙工,借着龙工召开上半年总结会议的契机,让大家了解龙工的经营之道、发展之路,希望能通过经验的分享,引发大家对行业进一步的思考,从而群策群力,共图进步,推动整个行业在新常态下寻觅下一步发展的方向,带动所有企业构建和谐的市场。