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物流机械与设备
交通与汽车工程学院
梁 涛
基础篇 第三章
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第一节 物流系统与物流机械设备
第二节 物流机械设备的概念及其类别体系
第三节 物流机械设备的基本机构、功能、特性
第四节 物流机械设备的发展现状和发展趋势
第五节 物流机械设备管理的基本任务和主要任务
目 录
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本章从物流系统出发,将主要介绍物
流系统对物流机械设备的要求、物流机械
设备的概念及其类别体系,并对物流机械
设备的基本结构、基本功能、基本特性、
发展趋势、管理的基本任务、主要内容作
一综合性、总体的描述。
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一、物流系统的基本要素
物流系统是由若干个可以相互区别、相互联系
而又相互作用的要素组成,处于一定的物流环境之
中,为达到物流活动整体目的而存在的有机集合体。
物流系统和一般的管理系统一样,都是由人、
财、物、设备、信息、组织管理等要素组成的有机
整体。
第一节 物流系统与物流机械设备
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人是物流系统的核心要素,是物流系统的主体。
财是物流系统中不可缺少的资金要素。
物是物流系统中的基础要素,是物流劳动对象。
物流信息是物流活动过程中的各环节间的联系纽带,是
物流活动圆满完成的基本条件,同时,也是物流、商流间联
系的纽带。
组织和管理是物流系统的支持要素和“软件”,起着连
结、调运、运筹、协调、指挥各要素的作用。
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物流机械设备是物流劳动工具,是物流系统的物质技术
基础。
每一物流系统都配有不同的物流机械设备,用于完成不
同的物流作业。物流机械设备普及程度的高低,直接反映着
一个国家现代化程度和技术水平高低,决定着物流作业和作
业规模。
因此,物流机械设备是实现物流功能的手段和技术保证,
是实现物流现代化、科学化、自动化的重要手段。
物流系统的发展离不开物流设备,正确、合理地配置和
运用物流机械设备,是提高物流效率的根本途径,也是取得
良好物流效益的关键环节。
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二、物流机械设备在物流系统中的地位和作用物流
机械设备是构成物流系统的重要组成要素,担负着
物流作业的各项任务。
㈠物流机械设备是物流系统的物质技术基础
㈡物流机械设备是物流系统中的重要资产
㈢物流机械设备涉及物流活动的每一环节
㈣物流机械设备是物流技术水平高低的主要标志
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三、物流系统规划和设计对物流机械设备基本要求
物流机械设备的广泛应用,使得物流效率不断提高,但
物流系统机械设备不是越先进越好、越多越好,必须根据物
流系统目标,即最小成本,最好的服务质量来考虑系统中的
物流机械设备的配置。
在物流系统规划和设计时,一般对物流机械设备提出如
下基本要求,
㈠合理采用
㈡保证快速、及时、准确、经济运送货物
㈢尽量选用标准化器具和设备
㈣灵活、具有较强适应性
㈤充分利用空间
㈥减少人力搬运
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一、物流机械设备的概念
物流机械设备是指进行各项物流活动所需的机械设备,
器具等可供长期使用、并在使用中基本保持原有实物形态的
物质资料。它不包括建筑物、装卸站台等物流基础设施。
二、物流机械设备的类别体系
一般最常见的是按照设备所完成的物流作业来划分,可
把物流机械设备划分为,
㈠包装机械 ; ㈡ 集装单元器具 ; ㈢ 装卸搬运机械
㈣运输机械 ; ㈤ 仓储机械设备 ; ㈥ 流通加工机械
第二节 物流机械设备的概念及其类别体系
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物流机械设备的类别
体系,如图 1-1所示。
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缠绕式裹包机
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集装箱跨运车
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龙门式起重机
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牵引车与挂车
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叉车
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一、物流机械设备的基本结构
各种物流机械设备性能、用途、结构千差万别,从它们
的组成的结构性能上看,一般都有四个基本组成部分。
(一 )动力部分
物流机械设备常用的动力装置有 1,电动机,2,内燃机。
(二 )传动部分
1,机械传动; 2,液压传动; 3,液力传动。
(三 )工作部分
(四 )控制部分
第三节 物流机械设备的基本结构、功能、特性
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1.电动机
电动机是将电能转变为机械能的动力装置,它具有结构
简单,使用方便,重量轻,效率高,成本低易实现自动化,
没有污染等优点,又有较好的工作特性,能满足大多数物流
机械设备的拖动要求,广泛用于各类物流机械设备中。
物流机械设备选择配套电动机的要求是,
电动机的技术性能必须满足物流机械设备的要求;电动
机的容量能充分利用;电动机的结构型式和冷却方式应适应
工作环境条件;电动机的经济性能应该是先进的。
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2.内燃机
内燃机是将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的动力
装置。内燃机按所用燃料分类,可分为柴油机、汽油机、煤
气机等。内燃机的优点是:热效率高、功率范围广、转速范
围广、启动快、配套与操作方便等。
内燃机作为动力装置在物流机械设备中应用极广,如载
货汽车、船舶、小型飞机、内燃机车、内燃叉车等,大都以
内燃机为动力,尤其是以柴油机为动力。
选择柴油机时,首先应根据其特性,判断其动力性能 (转
速、扭矩、功率 )是否满足不同配套机械的工作要求,然后再
根据所选择工作转速的负荷特性,判断所选择柴油机能否经
常在经济负荷运转。如能满足上述要求,则选择是合理的。
此外还应考虑柴油机的体积小,重量轻,维修方便等要
求。
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(二 )传动部分
传动部件是将机械设备动力部分的动力和运动传给机械
设备工作部分的中间装置,是连结动力部分和工作部分的桥
梁。常用的动力部分都有很高的转速,而工作部分由于不同
工作条件等原因,往往不需要那么高的运动速度,并且还要
求进行速度的调节变化,这就依靠传动部分的特殊功能来实
现,如起重机中的减速箱。传动部分是物流机械设备的重要
组成部分之一,它在一定程度上决定了物流机械设备的工作
性能、外型尺寸和重量,也是选型、维护、管理的关键部
位。
传动部分传动形式很多,物流机械设备常用的传动形式
有,1,机械传动 ; 2,液压传动 ; 3,液力传动
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1.机械传动
在物流机械设备传动部分中机械传动应用的较为
广泛。
机械传动作用主要表现在三个方面,
(1)传递动力。
(2)改变运动速度和方向。
(3)改变运动形式。
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物流机械设备中常用的机械传动形式有,
1,带传动 是利用胶带与带轮之间的磨擦作用将主动带轮的转动传动到另
一个被动带轮上去的传动方式。其优点是:传动平稳,噪音小,结构简
单,可长距离地传递能量,可缓冲振动,有超载保护作用。带传动常用
在内燃机搬运车辆、输送机等物流机械设备中。
2,齿轮传动 是用齿轮的轮齿互相啮合传递轴间的动力和运动的机械传
动。其优点是:尺寸紧凑,承载能力高,传动效率高,工作可靠,寿命
长。齿轮传动在起重机、输送机等物流机械设备中应用较为广泛。
3,螺旋传动 是通过螺杆与螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。其
优点是结构简单、工作平稳,易于自锁,所以在流通加工机械、起重
机、输送机中得到广泛应用。
4,链传动 是通过链条与链条齿轮连续不断地啮合来传递力和运动的机械
传动。其优点是:平均传动比准确,传动效率高,可在恶劣条件下工
作。输送机、起重机常采用这一传动形式。
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2.液压传动
液压传动是以液体 (液压油、矿物油 )作为工作介质通过
液压元件来传递力和运动的传动形式。液压传动与机械传动
相比,具有体积小,重量轻,反应快,冲击小,运行平稳,
能实现大范围无极调速,便于布置,自润滑性能好,容易进
行过载保护等优点,在物流机械设备上越来越被广泛应用,
如船舶、飞机、叉车门架前倾后倾、叉车货叉上下移动都采
用液压传动。
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3.液力传动
液力传动是靠叶轮与液体之间的流体动力作用来传递能
量的流体传动。其优点是:缓冲和防振性好,过载保护好,
甚至当输出轴卡死时,动力装置仍可运转而不受损伤,易实
现自动变速和无级变速,还可以传递较大的动力。所以能广
泛应用于起重运输机械以及其他冲击大、惯性大的传动装置
中。
此外,传动部分还有气力传动、电力传动等形式,一般
来讲,在物流机械设备上也采用以上传动形式组合成的联合
传动,联合传动能取长补短,发挥更大的传动效率。
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(三 )工作部分
工作部分是机械设备直接进行工作的部分,是一台机械
设备的用途、性能综合体现的部分,也是体现一台机械设备
的技术能力和水平的部分。它标志着各种机械设备的不同特
性,是机械设备主要区别和分类的依据。
物流机械设备中的工作部分,根据其不同的工作要求而
千差万别,型式多样。有的是用来提升和装卸搬运货物,如
各种起重机的吊钩部分,叉车的货叉部分;有的是用来运送
货物,如飞机的货舱,载货汽车的车箱;有的是用来改变产
品的形状和尺寸,如剪切机等。
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(四 )控制部分
控制部分是为了保证作业质量和安全,提高工作效率,
减轻劳动强度,节省人力、物力而设置的那些控制器。
控制部分是由控制器和被控制对象组成的系统。不同控
制器组成的系统也不一样。有手动操纵代替控制器的手动控
制系统;有机械装置作为控制器的机械控制系统;也有气
压、液压装置作控制器的气动、液压控制系统;还有电子装
置或计算机作为控制器的电子或计算机控制系统等。随着科
学技术发展,计算机控制系统在物流机械设备中得到了广泛
应用。
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二、物流机械设备的基本功能
物流机械设备基本功能是构成其使用价值的基
本条件。由于使用目的的不同,对其基本功能也有
不同的要求。
(一 )提供完成某一方面工作的能力
(二 )由单机、辅机、主机组成生产线,从事物流作业
(三 )改变产品形状、尺寸,对产品进行深加工
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三、物流机械设备的基本特性
物流机械设备有自身的基本特性,以区别于其他设备。
掌握物流机械设备的基本特性,有利于科学地运用与管理。
物流机械设备一般有如下基本特性,
(一 )安全性要求高
(二 )类型繁多
(三 )结构复杂,技术含量高
(四 )电子化与自动化程度高
(五 )配套性要求强,需组合使用
(六 )寿命较长,属耐用品
以上这些特性,说明了物流机械设备管理重要性,也说
明了实施管理工作的复杂性和艰巨性。
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一、物流机械设备的发展概况
第二次世界大战后,工业生产、科学技术、经济得到了
迅速发展。物流业以及作为物流业的硬件设施 —— 物流机械
设备也得到了相应的发展。
从运输设备来看,20世纪 50~ 60年代,散货船舶的载重
量一般是几千吨至 1万吨,运输的货物是以煤、大宗建材为
主。水运工艺的第二次革命是将谷物由袋装改为散装,还将
某些本属于散货的件货 (如化肥 )也改为散装运输,因此,出
现了 5~ 8万吨级的巴拿马型散货船。 1987年韩国还建成了超
巴拿马型的散货船,其最大载重量达到了 36.5万吨。
第四节 物流机械设备的发展和发展趋势
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20世纪 60年代末,在公路上首先出现了集装箱运输。 集
装箱运输因为具有能实现全部机械化作业、提高装卸效率,
提高货运质量、适合组织多式联运的运输方式等优点,改变
了件货运输和装卸的落后状况。因此,很快地应用到水路运
输上,并引发了水运工艺的第三次革命。 1976年出现了第一
代集装箱运输船,其载箱量仅为 200TEU,航速 22kn。经过
20多年的发展,最近下水的第 6代超大巴拿马型集装箱船,
其载箱量高达 8 700TEU,航速达到了 36kn。另外,为满足
不同货物的运输要求,还出现了各种专用船舶如液货船,滚
装船,载驳船、冷藏船等。
twentyfoot equivalent unit标准箱 (系集装箱运量统计单位,以长 20 英尺的集装
箱为标准 ),目前 20ft集装箱货物装载量一般为 10~ 12t。
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汽车运输快捷、方便,能做到“门到门”输送,满足小

量、多品种的原材料、产成品的输送要求,因此,近年来公
路运输发展迅速。但普通的载货卡车只能完成一般的货物运
输,以满足运量要求。为满足输送货物的特殊要求,出现了
越来越多的专用车辆。自卸车、罐式车、冷藏车等专用车
辆,因为能有效地发挥汽车运输的功能,成为物流系统中不
可缺少的设备。
随着物流业的发展及运输工具的大型化、专用化,物料
搬运设备也向大型化、高速、高效、多品种方向发展,其控
制方式也从手动、半自动发展到全自动。
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履带起重机、汽车起重机等流动式起重机在 20世纪 50~
60年代起重量大多为 5t,8t。以后,通用型流动式起重机以
中小型为主,起重量在 40t以下,专用型流动式起重机向大
型化发展。为满足大型石油、化工、冶炼设备和高层建筑构
件安装等的需要,已生产了起重量 800t的轮胎起重机,汽车
起重机的起重量达到了 l 000t,主臂架长度 121m。
早期的流动式起重机大多采用机械式传动。由于液压传
动具有结构紧凑、可以无级调速、操纵方便、运转平稳和安
全可靠等优点,目前在流动式起重机上广泛采用,特别是大
吨位的全液压起重机发展迅速。许多流动式起重机还采用液
力传动。这种传动方式使液力变矩器与发动机合理匹配,发
动机的转矩能自动适应行驶条件;还采用了动力换档的变速
器、液压转向装置。这样大大减小了驾驶员的劳动强度。
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近代国际集装箱运输系统的迅速发展,出现了第 6代集
装箱运输船舶,并相应发展了岸边集装箱起重机。服务于第
1~ 2代集装箱船舶的岸边集装箱起重机的起重量为 22.68t,
外伸距 23.78m。而目前世界上最大的岸边集装箱起重机是由
上海振华港口机械有限公司生产的,其外伸距达到了 65m,
吊具下起重量 65t。最新研制的双小车岸边集装箱起重机的
生产率达到了 60TEU/ h。
集装箱装卸起重机的电力拖动方式,从第 1~ 2代的直流
发电机 — 电动机组、第 3代的晶闸管直流调速发展到现在的
全数字直流调速。
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带式输送机是用来将散货和件货进行平面输送的机械。
早期的移动带式输送机单机长度仅几十米,固定带式输送机
单机长度不过 100多米。通过采用钢绳芯带,增加驱动单元
的数量,采用中间驱动方式,增大单个驱动单元的功率,增
大输送带与传动滚筒间的摩擦系数等方法,使单机长度大大
提高。当长距离输送时,可以实现无转载运输。目前,带式
输送机单机长度最长达到 15 000m。
最初,对带式输送机单机采用手动操作,以后对带式输
送机系统中各个单机用电器控制方式进行顺序操作,目前已
经发展到在中央控制室里对输送系统进行集中控制,实行无
人操作及监控运行。
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为了提高装卸效率,散货船舶的装卸从采用门座起重机
等通用设备发展到用装船机、卸船机等专用机械。目前亚洲
最大的抓斗卸船机的生产率达到了 2 500t/ h,而移动式煤炭
装船机的生产率达到了 10 000t/ h,弧线式矿石装船机的生
产率则达到了 16 000~ 20 000t/ h。
物流产业的发展也使传统的仓储部门从被动的储存和保
管功能向物流中心和配送中心等新型物流组织转化。
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美国于 1959年开发了世界上第一个自动化立体仓库,并
于 1963年率先使用计算机进行自动化立体仓库的管理。
1974年郑州纺织机械厂建立了我国第一个自动化立体仓
库。进入 20世纪 80年代,自动化立体仓库在世界各国发展迅
速,使用范围涉及到几乎所有的行业。仓库的规模由最初的
几百个、几千个货位,发展到几万个、十几万个货位。仓储
设备从最初的人工管理、手动控制发展到计算机管理和自动
控制。在自动化物料搬运系统中,扫描技术、条形码技术,
数据采集技术、射频数据通讯技术越来越多地运用到巷道堆
垛机、自动导向车、出入库输送机等设备上。仓库的利用率
达到了 96%~ 98%。大型自动化立体仓库每小时可以完成
500~ 800次出入库作业。
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在自动化立体仓库中,早期大多采用桥式堆垛起重机向
货架存取货物。因为考虑节省土地、提高仓库面积的利用
率,货架的高度增加了,货架间的巷道变窄,巷道堆垛机成
了自动化立体仓库主要的堆垛设备。巷道堆垛机的高度更
大、机身更窄,可以同时进行货物的垂直提升和起重机的水
平运行,因此,工效更高。巷道堆垛机从最初的由驾驶员手
动控制来存取或拣取货物,发展到由可编程序控制器控制,
无人驾驶,自动存取货物。而且具有较高的认址搜索能力,
平层认址精度和运行速度。
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1976年北京起重运输机械研究所研制出我国第一台滚珠
加工用的自动导向车。现在承载量从 50kg~ l00t的各种自动
导向车广泛应用在仓库、货场、加工车间等场合,其中使用
最多的是自动导向搬运车。近年来,已制定了各种自动导向
车的技术标准和安全操作规程,并在自动导向车中采用了更
完善的安全保障技术,如传感控制智能化处理技术、非线路
导向技术、实时双向无错传输技术,使自动导向车在自动化
物料搬运系统中更好地适应系统柔性的要求。
在传统的仓库里,工人根据订货单拣取货物,再将拣取
出的多种货物组合、装箱。在自动化仓库里,自动分拣机将
从输送机运来的货物自动分拣,由移动式机器人或机械手将
订单上所列的多种货物拣到集装容器中。这样大大提高了分
拣的速度和准确性,减小了工人的劳动强度。
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二、物流机械设备的发展趋势
纵观物流机械设备发展现状,可以看出,为适应现代物
流的需要,物流机械设备有如下发展趋势。
(一 )大型化、高速化
(二 )实用化和轻型化
(三 )专用化和通用化
(四 )自动化和智能化
(五 )成套化和系统化
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一、物流机械设备管理的概念及其技术状况指标
(一 )物流机械设备管理的概念
物流机械设备管理 是指根据企业物流发展战略和物流作业要求,通
过一系列的技术、经济和组织措施,对设备寿命周期内的所有设备的物
质运动形态和价值运动形态进行的科学管理。正确理解这一概念,必须
把握以下几点,
第一,所谓 设备寿命周期,指的是设备从规划、购置、安装、调
试、使用、维护直到改造更新及报废所经历的全部时间。
第二,设备的物质运动 是指设备在使用中由于物理和化学的作用而
产生磨损、疲劳和腐蚀等性能劣化,从而需要修正、改造和更新,直至
报废的过程。 设备的价值运动 是指设备在制造产品过程中的资金转化,
即使设备原有的价值和维持费用通过提取折旧和记入生产 (物流 )费用,逐
步转移到产品 (管理 )成本中去,从而导致设备净值不断下降。所以,设备
管理的范畴不仅包括技术管理,而且包括经济管理,以保证设备经常处
于良好的技术状况,保证物流活动正常进行。
第五节 物流机械设备管理的基本任务和主要内容
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第三,设备管理的目的是取得最佳的设备投资效果 。换
句话说,就是充分发挥设备效率,并谋求寿命周期费用经
济、设备综合效能最高。
第四,设备管理应当依靠技术进步,促进物流发展,坚
持以预防为主;坚持规划与使用相结合,维护与计划相结
合,修理、改造与更新相结合,技术管理、经济管理、组织
管理相结合。
第五,设备管理的职责是:采取一系列措施对设备进行
综合管理,保持设备完好,利用维修、改造和更新等手段,
保持设备工作性能,提高设备的素质,改善原有设备的构
成,充分发挥设备效能,保证作业质量和设备的安全运行,
降低消耗,提高物流效率,提高物流经济效益。
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二、物流机械设备管理的地位与作用
物流机械设备管理主要是通过有效合理的管理,保证物流
机械设备处于良好的工作状态,尽量避免其使用价值的下降。
在保证和提高各种设备功能的同时,最大限度地发挥其综合效
益。
这就要求管理人员必须充分了解和掌握物流机械设备原理
和性能,研究如何最有效地发挥它们的功能,提高利用率,并
在此基础上,尽量减少劳动力和能耗物耗,通过正确合理的维
修和保养,保持设备处于良好的技术状态,为物流活动提供坚
实的技术保证。
作为企业管理中的一个重要领域,设备管理地位和作用主
要表现在,1、保证物流活动顺畅; 2、提高物流经济效益;
3、影响企业的声誉及社会形象; 4、保证操作人员和货物安全
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三、物流机械设备管理的特点
设备管理除了具有一般管理的共同特征外,与企业的其他
专业管理比较,还有以下一些特点,
㈠技术性
㈡综合性
设备管理的综合性表现在四个方面,
一是现代设备包含了多种专门技术知识,是多门科学知识的综合应
用。
二是设备管理的内容是工程技术、经济财务、组织管理三者的综合。
三是为了获得设备的最佳经济效益,必须实行全过程管理,它是对设
备一生各阶段管理的综合。
四是设备管理涉及物资准备、设计制造、计划调度、劳动组织、质量
控制、经济核算等许多方面的业务,汇集了企业多项专业管理的内容。
㈢随机性
㈣全员性
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四、物流机械设备管理任务
(一)制定设备综合管理规划
(二)正确选购设备
(三)用好、修好、管好设备
(四)对现有设备进行挖潜、改造和更新
(五)保证国内外引进设备正常运转
(六)搞好自制设备的综合管理
(七)做好设备管理和维修人员的培训工作
(八)追求设备寿命周期寿命最优化
设备的寿命周期费用,是设备一生的总费用,在设备规划决策的
方案论证中,应追求设备寿命周期费用最经济,而不是只考虑购买或
使用某一阶段的经济性。因此,在设备规划阶段,要求设备的经济性;
在设备维修阶段,要谋求停机损失和维修费用之间的最佳平衡,求得
设备维修的最佳经济效果。当然,还要考虑设备的综合效益。
(九)应用科学管理手段
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五、物流机械设备管理的主要内容
物流机械设备管理是对设备进行全过程管理,它是从设备
规划和选购设备或自行设计制造设备开始,到设备在物流系统
中使用、维护、修理直至报废退出物流系统的全过程管理,如
图 1— 2所示。
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物流机械设备管理贯穿于物流机械设备运动全过程之中,
主要内容有以下三个方面,
(一 )设备的技术管理
主要包括:设备的规划、选购、自制与安装调试;设备的合理使用和
维护保养管理;设备的计划检修;设备的状态监测与技术诊断;设备
安全技术管理和事故处理;设备备件管理;设备的技术资料管理;设
备技术改造;设备技术档案管理等。
(二 )设备的经济管理
主要包括:设备投资效益分析;资金筹措和使用;设备移交验收、分
类编号、登记卡片和台账管理、库存保管、调拨调动、年终清查等资
产管理;折旧的提取与管理;费用的收支核算;设备更新等。
(三 )设备的组织管理
主要包括:人员教育和培训;设备管理制度和规范的制定;设备管理、
使用的监督、检查和评比等。
设备管理的三个方面内容,是相互联系的一个整体。其中,技术管理
是基础,经济管理是目的,组织管理是手段。只有.三者结合,才能
实现综合管理的目标。