Problematyka kosztów eksploatacji wózków widłowych w systemach logistycznych z uwzględnieniem energochłonności

Transkrypt

1 ZAJĄC Paweł 1 Problematyka kosztów eksploatacji wózków widłowych w systemach logistycznych z uwzględnieniem energochłonności WSTĘP Obniżenie energochłonności procesów gospodarczych jest w obecnej dobie priorytetowym celem gospodarki światowej. Oszczędności szuka się wszędzie gdyż z jednej strony energia kosztuje, z drugiej strony staramy się na różne sposoby obniżyć proces cieplarniany na kuli ziemskiej, który z wielu względów jest niepożądany. Oszczędności szuka się w obniżeniu energochłonności sprzętu AGD, sprzętu oświetleniowego, procesów produkcyjnych, zużycia energii przez pojazdy. Wycofanie z użycia żarowych żarówek oświetleniowych dało dla gospodarki obniżenie zapotrzebowania na prąd elektryczny rzędu 2400MW tyle ile wynosi moc elektrowni jak Turów. Dzięki temu gospodarka mogła się rozwijać, mimo, że nie powstała w ostatnich latach nowa elektrownia o podobnej mocy. Energochłonność jest przedmiotem analiz również w przypadku procesów logistycznych inżynierii logistycznej. Ciągły rozwój techniki umożliwia dziś oszczędzanie energii tam, gdzie do tej pory nie było takich możliwości. Jednym z procesów są przeładunki, składowanie, transport wewnętrzny. Dominującymi urządzeniami w tych procesach są wózki widłowe. W kosztach eksploatacji wózka widłowego energia zużywana do jego napędu jest znacznym kosztem. Z drugiej strony jeśli weźmiemy pod uwagę pracę mechaniczną jaką wykonuje wózek widłowy w stosunku do zużytej energii w pierwotnym źródle zasilania to wskaźnik ten nie przekracza wartości 30%. Dotyczy to zarówno wózków o napędzie spalinowym jak i elektrycznym. Celem tej pracy jest analiza możliwości oszczędności energii zużywanej przez wózki widłowe. 1. ENERGOCHŁONNOŚĆ Wózek widłowy posiada dwa zasadnicze układy napędowe. Układ napędu jazdy oraz układ zespołów roboczych [1]. Układ napędu jazdy zasila układ biegowy czyli koła napędzające wózek. Układ napędowy zespołów roboczych najczęściej napędza pompy hydrauliczne, które z kolei mogą realizować podnoszenie wideł z ładunkiem, może również zasilać inne pomocnicze mechanizmy napędzane hydraulicznie. Gama rozwiązań technicznych w tej dziedzinie jest bardzo bogata. W klasycznych rozwiązaniach układów napędowych wózków widłowych wyróżniamy napęd spalinowy, za pomocą silnika spalinowego, który poprzez mechaniczną skrzynię biegów napędza koła wózka oraz pompę hydrauliczną która zasila układ podnoszenia i opuszczania oraz układ skrętu wózka. W przypadku napędu elektrycznego, silnik elektryczny napędza układ biegowy, natomiast drugi napędza pompę hydrauliczną, która podobnie jak w poprzednim przypadku zasila wózki z przekładniami hydrostatycznymi, wówczas silnik napędza pompę a ta zasila silnik hydrostatyczny oraz pozostałe mechanizmy. Przez analogię do innych pojazdów zwłaszcza pojazdów szynowych w układach napędowych wózków widłowych można odzyskiwać energię podczas hamowania. Specyfiką pracy wózka jest ciągłe przyspieszanie i hamowanie. Podczas hamowania energia jest rozpraszana w postaci ciepła do otoczenia. W układach napędów zespołów roboczych (głównie układ podnoszenia i opuszczania) można by rozważyć odzyskiwanie energii potencjalnej opuszczanych grawitacyjnie wideł. Praktycznie podczas procesów hamowania można by odzyskiwać tyle samo energii ile idzie na przyspieszanie pojazdu i podnoszenie ładunków. Przy opuszczaniu ładunków można by odzyskiwać energię równą energii podnoszenia. Udział procesu jazdy z ustaloną prędkością 1 Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczny; Wrocław; Wyb. Wyspiańskiego 27. Tel: , Fax: , pawel.zajac@pwr.wroc.pl 6875

2 jest niewielki w porównaniu do zużycia energii na przyspieszenie wózka. Warto oszacować liczbowo wartości tych strumieni energii oraz zastanowić się nad możliwościami odzysku energii traconej na procesy hamowania wózka oraz hamowania opuszczanej masy ładunku na widłach. Energia potrzebna wózkowi widłowemu np. na rozładunek dostaw z wagonu i odłożenia go na rampie równa jest pracy. Jest to zatem suma operacji: pobranie wsadu ze środków transportu (pociąg, samochód ciężarowy), odłożenie wsadu w miejscu składowania, powrót pustego wózka do miejsca odbiorczego. Zależność taką przedstawia wzór: E c = E PP+ E PS + E KZ+ E KC + E W (1) gdzie: E PP - energia potencjalna, potrzebna do podniesienia ładunku E PS - energia potencjalna, potrzebna do podniesienia pustej karetki widłowej E KZ - energia kinetyczna, potrzebna na przejazd pojazdu z obciążeniem E KC - energia kinetyczna potrzebna do przejazdu pojazdu bez obciążenia E W - energia związana z procesami widłowania. Energię potrzebną do podnoszenia i opuszczania ładunku określa się z zależności (2). E=mgh (2) Opory ruchu dla wózka widłowego dzieli się na podstawowe i dodatkowe. Do podstawowych zalicza się: opór toczenia, tłumienia w zawieszeniu, opór zbieżności kół i opór aerodynamiczny. Do dodatkowych natomiast oporów wliczamy: opór wzniesienia, skrętu, rozruchu i uciągu Równanie ruchu (3). dv m W FN (V ) (3) dt gdzie: - współ. mas wirujących dla wózka widłowego przyjęto 1,06 W opory ruchu dla wózka przyjęto 0,1 Poniżej na wykresie przedstawiono graficznie zależność problem energochłonnośc wózka widłowego na przykładzie prostego przejazdu. Rys. 1. Droga w funkcji prędkości dla przykładowego wózka widłowego. [9] Wartość energii w wózku widłowym zależy od następujących czynników: masy wózka i ładunku, jaki przewozi, drogi jaką pokonuje, prędkości i czynników zewnętrznych. O ile przy ograniczeniach zużycia energii związanymi z warunkami zewnętrznymi czy ciężarem towaru rzadko lub wcale nie mamy wpływu o tyle mamy bardzo duży wpływ przy doborze odpowiedniego wózka widłowego. 6876

3 2. BADANIA ENERGOCHŁONNOŚCI Wszelkie prowadzone badania na temat energochłonności, dowodzą że główny wpływ na jej zużycie ma prędkość. Niwelacja tego problemu jest ograniczona, ponieważ zależy od intensywności pracy na zmianie roboczej, ilości załogi operatorów, dostępnego parku maszynowego. Aby spróbować ograniczyć problem prędkości można skorzystać z programu, który pomaga dobrać optymalne rozwiązania dla pracy w poszczególnych miejscach pracy w zakładzie. Do tego celu są potrzebne dane umieszczone w tabeli 1. Tab. 1. Podstawowe założenia, dotyczące pracowników oraz dostępnych zasobów.[9] Ilość zmian pracy na dobę 3 Ilość godzin pracy na jednej zmianie 7,5 h Liczba dni roboczych w roku 302 Wielkość obrotu dostaw wsadu (dostawy wagonowe) w roku szt. Wielkość obrotu dostaw wsadu (dostawy wagonowe) dzienne 400 szt. Bufor czasowy przypadający na jedną paczkę wsadu 15 min Jak wynika z tabeli 1, bufor czasowy przypadający na jednostkę paletową to 15 minut. Wynik ten otrzymano wykonując następujące kroki: dzienny, całkowity czas pracy wszystkich operatorów wózków widłowych (czas podany w godzinach): ilość operatorów wózków widłowych*ilość zmian w ciągu dnia*ilość godzin pracy na jednej zmianie; co daje 135 dziennie. Całkowity czas pracy wszystkich operatorów wózków widłowych (czas podany w minutach): 135*60=8100 wielkość obrotu dostaw wsadu - dzienny, to: wielkość obrotu dostaw wsadu w roku/liczba dni roboczych w roku=120800/302=400 bufor czasowy przypadający na jedną paczkę wsadową: 8100/ 400= 20minut. 3. KOSZTY EKSPLOATACJI WÓZKA WIDŁOWEGO Wózek, który porusza się po trasach nie wymagających skrętów, pokonujący trasy ze stałą prędkością i trasy mało skomplikowane to wózek, który zużywa na poziomie minimalnym energię. Dlatego też wybór tras, który wydaje się na pozór rzeczą mało ważną w rzeczywistości staje się rzeczą istotną i wpływającą znacząco na zużycie energii wózka widłowego. Poniższe dane dotyczące kosztów eksploatacyjnych wózków widłowych umieszczone w tabelach (tabela 2. i 3) poniżej dotyczą wózków widłowych Komatsu FD40 T-8. Wózki, dla których przygotowano zestawienia pracują w tych samych miejscach i wykonują te same zadania. Zestawienia jasno pokazują ile i jakich kosztów używanie wózka w zakładzie generuje. Opracowane tabele dotyczą lat W tabelach poniżej umieszczono zużycie oleju napędowego, ilość wykonanych obsług, ilość zużytych części i olejów eksploatacyjnych. W 2010 roku koszty związane z eksploatacją 4 sztuk 4,5 tonowych wózków widłowych wyposażonych w silnik 4 cylindrowy o pojemności skokowej 3200 cm3 i mocy 63,000 KW zamieszczono poniżej. Tab. 2. Tabela zużycia oleju napędowego i poniesionych kosztów z tego tytułu w roku 2010.[9] Wózek widłowy Zużycie ilościowe paliwa przez wózki widłowe [L] Średnia cena oleju napędowego w 2010r. to 4,76zł Razem za cały rok [l] Średnie kosztowe zużycie za rok 2011 W ,24zł W ,72zł W ,12zł W ,72zł Razem: ,8zł 6877

4 Tab. 3. Tabela przedstawiająca poniesione kosztów z tytułu użytkowania wózka widłowego w roku 2010.[9] Ilość wykonanych obsług przez rok 2010 Wymiany opon Okresowe wymiany części i badania techniczne: W , L , W , L , W , L , W , L , Razem: , , ,66 gdzie: 1. Wózek widłowy 2. OT-1 - koszt obsługi 230 zł 3. OT-2 - koszt obsługi to 750zł 4. koszt obsług za rok: 5. Opony przód (marka Trelleborg) 300x15 cena za sztukę to 1138,61zł) 6. Opony tył (marka Trelleborg) 7.00x12 cena za sztukę to 524,73zł) 7. koszt wymiany opon w roku 8. Wymiana elementów układu skrętu (cena kompletu to 2475zł) 9. wymiana elementów układu zwrotnicy(cena kompletu to 850zł) 10. Okresowe wymiany oleju: hydraulicznego + most (cena 1 litra to 10,92zł) 11. Badania UDT - dospuszczające wózek do pracy: 12. koszt za cały rok: 13. Wynagrodzenie mechanika/ konserwatora około: 14. Średni koszt roczny utrzymania wózka widłowego: W roku 2011 koszt eksploatacji tych samych wózków widłowych wyglądał już inaczej (tabela 4): Tab. 4. Tabela zużycia oleju napędowego i poniesionych kosztów z tego tytułu w roku 2011.[9] X Wózek widłowy Zużycie ilościowe paliwa przez wózki widłowe [L] Średnia cena oleju napędowego w 2011r. to 5,25zł Razem za cały rok [L] Średnie kosztowe zużycie za rok 2011 W W ,25 W W Razem: ,

5 Tab. 5. Tabela przedstawiająca poniesione kosztów z tytułu użytkowania wózka widłowego w roku 2011.[9] Ilość wykonanych obsług Okresowe wymiany części i badania Wymiany opon przez rok 2010 techniczne: W , L , W , L , W- 10 W , L , , L , Razem: , , ,63 gdzie: 15. Wózek widłowy 16. OT-1 - koszt obsługi 230 zł 17. OT-2 - koszt obsługi to 750zł 18. koszt obsług za rok: 19. Opony przód (marka Trelleborg) 300x15 cena za sztukę to 1138,61zł) 20. Opony tył (marka Trelleborg) 7.00x12 cena za sztukę to 524,73zł) 21. koszt wymiany opon w roku 22. Wymiana elementów układu skrętu (cena kompletu to 2475zł) 23. wymiana elementów układu zwrotnicy(cena kompletu to 850zł) 24. Okresowe wymiany oleju: hydraulicznego + most (cena 1 litra to 10,92zł) 25. Badania UDT - dospuszczające wózek do pracy: 26. koszt za cały rok: 27. Wynagrodzenie mechanika/ konserwatora około: Średni koszt roczny utrzymania wózka widłowego: Tab. 6. Ogólne koszty eksploatacji wózka widłowego w roku 2010.[9] ogólny koszt utrzymania wózków widłowych za rok 2010 Wózek widłowy Koszt zużycia O.N. koszt obsług za rok koszt wymiany opon w roku koszt za cały rok Wynagrodzenie mechanika/ konserwatora około Średni koszt roczny utrzymania wózka widłowego W , , , ,00 zł 49275,82 W , , , ,00 zł 47018,84 W , , , ,00 zł 49218,7 W , , , ,00 zł 46172,3 Razem: ,66zł 6879

6 Tab. 7. Ogólne koszty eksploatacji wózka widłowego w roku 2011.[9] Wózek widłowy Koszt zużycia O.N. ogólny koszt utrzymania wózków widłowych za rok 2011 koszt obsług za rok koszt wymiany opon w roku koszt za cały rok Wynagrodzenie mechanika/ konserwatora około Średni koszt roczny utrzymania wózka widłowego W ,2 7488, ,00 zł 55537,8 W , , , ,00 zł 64631,57 W , , ,00 zł 73478,46 W ,2 8338, ,00 zł 61251,8 Razem: ,63zł Po analizie powyższych tabel zauważamy, że wózki widłowe mimo iż posiadają identyczne jednostki napędowe oraz wykonują te same zadania posiadają zróżnicowane zużycie oleju napędowego oraz pozostałych materiałów eksploatacyjnych. Powodem jest praca zmianowa i liczba operatorów. Mianowicie np. wózkiem W-4 lub W-11 wciągu trzech zmian może jeździć trzech operatorów i wózki mogą pracować nawet 24 godziny na dobę. Natomiast w tym samym czasie wózek W-10 i W-6 pracuje już tylko na pierwszej zmianie i przez okres 6 godzin. Taki stan rzeczy powoduje różnicę zużycia oleju napędowego i pozostałych materiałów eksploatacyjnych przez wózki widłowe. Ponad to zwiększone zużycie przez wszystkie wózki widłowe oleju napędowego i części w roku 2011 w odniesieniu do roku 2010 wskazuje na zwiększenie produkcji zakładu i wysiloną prace w procesie technologicznym. Poniżej na wykresie przedstawiono procentowy udział oleju napędowego w kosztach eksploatacji wózka widłowego: Koszt zużycia O.N. w 2011r. Koszt obsług OT-1 i OT-2 w 2011r. 14% 5% Koszt wymiany opon w 2011r. Koszty eksploatacyjne w 2011r. Wynagrodzenie mechanika/ konserwatora w 2011r. 16% 54% 11% Rys. 2. Rozkład kosztów eksploatacyjnych wózków widłowych.[9] Wykres w sposób bezpośredni pokazuje, że olej napędowy jest głównym czynnikiem biorącym udział w generowaniu kosztów eksploatacyjnych. Zużycie oleju napędowego jest największym czynnikiem generującym koszty eksploatacyjne 54%. Jego zużycie i wysoka cena znacząco podnosi nie tylko koszty eksploatacyjne ale również koszty produkcji. Dlatego tak ważny jest prawidłowy dobór odpowiedniego wózka z oszczędnym i odpowiedni silnikiem, który obniży zużycie oleju napędowego a tym samym koszty eksploatacyjne sprzętu i produkcyjne. 6880

7 WNIOSKI Przy doborze wózków widłowych bardzo rzadko zwraca się uwagę na problem kosztów eksploatacji, jednocześnie mocno uwzględnia się koszt jego zakupu. Koszty eksploatacji zależą, jak wykazano w referacie (rysunek 2) od kosztów paliwa, które można określić wskaźnikiem energochłonności wózka widłowego, a więc zakładając że do wózka widłowego dostarcza się energię w postaci paliwa (a więc: oleju napędowego, gazu, prądu), a efektem pracy jest wykonanie określonej ilości cykli transportowych. Przeliczając dostarczaną energię z uwzględnieniem sprawności wózka widłowego można otrzymać ilość energii potrzebną do wykonania poszczególnych cykli transportowych. Kolejnym wnioskiem wynikającym z rysunku 2 jest: styl jazdy operatora, zużycie opon oraz koszty części zamiennych są drugim elementem kosztotwórczym. Uwzględnienie właściwego doboru wózka widłowego w zakresie jednostki napędowej może spowodować istotną redukcję kosztów eksploatacyjnych wózka widłowego. Z lektury reklam czy artykułów w czasopismach specjalistycznych odnosi się wrażenie, że tym istotnym czynnikiem wpływającym na koszty eksploatacyjne wózka widłowego jest koszt obsług realizowanych we własnym zakresie lub przez specjalistyczny serwis zlecanej na zasadzie usługi outsourcing owej tymczasem wynosi on zaledwie 11%. Może ten wynik ilustrować problem w zakresie działania serwisów wózków widłowych polegających na braku logistycznych modeli uwzględniających: wybór dostawców, negocjacji cen części zamiennych, braku modeli utrzymywania zapasów. Streszczenie Opisano problematykę kosztów utrzymania wózka widłowego w logistycznym systemie w przypadku przedsiębiorstwa o ruchu ciągłym. W referacie uwzględnia się koszty wynikające z jego eksploatacji (pominięto np. koszty amortyzacji), które podzielono na poszczególne części: paliwo, części zamienne, awarie etc. Wielkości kosztów zostały określone na podstawie przeprowadzonych badań na obiektach rzeczywistych chodzi tu o przedsiębiorstwa pracujące w ruchu ciągłym np. huty. W analizie kosztów wyodrębniono unikalny składnik kosztów, do których należą koszty energochłonności pracy wózka widłowego. Możliwe to było dzięki zastosowaniu metodologii modelowania energochłonności z wykorzystaniem równania ruchu wózka oraz stosowania modeli minimalno-czasowych. Referat kończy podsumowanie wyników badań na obiekcie rzeczywistym. Problems of forklift operating costs in the logistics systems taking into account the energy consumption of Abstract Described problems forklift maintenance costs in the logistics system in the case of companies with a continuous motion. The paper takes into account the costs of its operation (eg omission of depreciation costs), divided into several parts: fuel, spare parts, breakdowns, etc.. Amount of the costs have been determined on the basis of the research on real objects - this is a company operating in a continuous movement such as steel mills. The cost analysis was isolated unique ingredient costs, which include costs of energy consumption forklift truck work. This was possible thanks to the modeling methodology of energy consumption using the equation of motion of the trolley and the use of minimally-time models. The paper ends with a summary of the results of research on the real object. BIBLIOGRAFIA 1. Fiałkowski J.: "Projektowanie magazynów wysokoregałowych", Wydawnictwo ARKADY, Warszawa, Fiałkowski J.: "Technologia Magazynowania", Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, Instrukcja użytkowania i konserwacji wózków widłowych marki KOMATSU, Japonia,

8 4. Korzeń Z.: Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania, tom 1, Poznań, Korzeń Z.: Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania, tom 2, Poznań, Krawczyk S.: Logistyka i praktyka T.1, DIFIN, Warszawa, Krawczyk S.: Logistyka i praktyka T.2, DIFIN, Warszawa, Magazyn o biznesie Linde Material Handling Linde Partner, Linde Partner 3/2010, Poznań, Misiak J.: Dobór wózków widłowych dla zakładu produkującego na przykładzie huty metali kolorowych, Praca nie publikowana Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, Raczyk R.: Środki transportu bliskiego i magazynowania, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, Wojciechowski Ł., Wojciechowski A., Kosmatka T.: Infrastruktura magazynowa i transportowa, Wyższa Szkoła Logistyki, Poznań,