搜索
工业工程南昌航空大学姜俊华第1章工业工程概述1.1什么是工业工程1.1.1工业工程的定义工业工程（IndustrialEngineering，简称IE）是一门交叉学科，它是一门技术与管理相结合的工程技术科学,也是一门技术与管理融为一体的实践性和实用性都很强的应用科学。它既是一种充分发挥生产要素作用、靠内涵扩大生产、提高产品质量、提高生产效率和经济效益的工程技术，又是一种现代管理技术。IE定义表明了四个方面的涵义：第一，IE是管理、技术之间的桥;第二，IE研究的对象是一个系统工程;第三，IE是门交叉性学科，它集工程科学、管理科学、系统科学、计算机科学的最新成果组成了现代管理科学的核心内容;第四，IE的目标、任务是以技术为内涵提高工作效率和经济效益。1.1.2工业工程的目标工业工程的目标就是使生产系统投入的要素得到有效利用，降低成本，保证质量和安全，提高生产率，获得最佳效益。具体地讲，其目标就是将人、原材料、设备等放到一个立体空间内，使其统一地、巧妙地、最佳地组合到一起，进行综合分析，统一设计，全面改善，整体确定，以实现各种要素合理配置，优化运行，以达到低成本、低消耗、安全优质、准时和高效的目的。1.1.3工业工程的基本职能工业工程的基本职能为：规划、设计、评价和创新四个方面。1.1.4工业工程的基本特点（1）IE的核心是降低成本、提高质量和生产率、经济效益。（2）IE是一门综合性的多种学科知识和应用技术的庞大体系。简单地说，IE实际上就是把技术和管理有机地结合起来的学科。（3）注重人的因素是IE区别其它工程学科的显著特点之一。（4）IE的重点是面向微观管理。（5）IE是系统优化技术。1.1.5工业工程的意识(1)成本和效率意识。(2)问题和改革意识。(3)工作简化和标准化意识。(4)全局和整体意识。(5)以人为中心（本）的意识。1.2工业工程的起源与发展1.2.1国内工业工程学术活动的概况是：90年——第一次学术会（天津大学）91年——第二次学术会（上海）93年——第三次学术会（北京）海峡两岸的研讨会95年——第四次学术会（沈阳）97年——第五次学术会（武汉）99年——第六次学术会（西安）国际学术会议IE&EM’199901年——第七次学术会（天津）天津大学主办国际学术会议IE&EM’200102年——第八次学术会（吉林）全国高等学校IE专业实践环节研讨会03年——第九次学术会（宁夏银川市）召开WTO需求IE人才培养与专业发展研讨会03年——第十次学术会（上海）上海交大主办国际学术会议IE&EM’200305年——第十一次学术会（沈阳）东北大学主办05年——第十二次学术会（重庆）重庆大学主办国际学术会议IE&EM’200507年——第14届工业工程与工程管理国际学术会（天津滨海新区）IE&EM’2007暨东亚IE第二次论坛……在撰写工业工程学术论文方面：（2000年以前的统计）在以往的论文集中汇集了几百篇（就有我们撰写的6余篇），这是在递交的上千篇论文中挑选出的。这些论文论述了IE理论、教育、应用等方面的内容。尤其是一些应用性成果倍受欢迎。目前，我们学校是团体会员;我们有IE研究室;开办了IE专业：部分教职工是IE会员;有IE专家和IE师还有省级学会的IE理事。我们从90年就涉入IE工作，培养出了多届毕业生。他们深得用人单位的欢迎。有位学生入厂不到一年便被提拔为厂方的三号人物。大多数均成为了技术骨干。1.2.2国外(1)工业工程的发展历程：表1-2中横轴上不同年代有很多原理和方法产生。这里的年代只表示事件的开始，而不是结束。例如，关于时间研究，至今仍是IE的基本方法。表1-2IE大致可划分为四个发展时期：第一时期：从产业革命到十九世纪末叶（1890～1899）称摇篮期。惠特雷（E.Whitney）提出“互换性”概念，奠定了合理化、标准化、专业化的基础，推动了生产力的再发展。人们开始用新的思考方式来研究提高效率等。这就孕育了IE的思想，为IE的诞生和发展提供了基本元素。第二时期：从十九世纪末（1899年）到第一次世界大战期间，称奠基期。泰勒（F·W·Taylor,1856-1915）和吉尔布雷斯（Frank·B·Gilbreth,1868-1924）及其志同道合者成为IE的创始人。泰勒是一位工程师、效率专家和发明家，他一生中获得过100多项专利，他是一位勤奋、自学成才的典范。泰勒当过普通工人、技工、工长、总技师、总工程师，并通过上夜校获得史帝芬理工学院机械工程学士学位。为了决定“公正的一天”（工作量），他首先使用秒表记录工作时间，并对工作方法加以改善和标准化。他做金属切削试验前后持续了26年，切去80万磅材料，正式有记录的试验达近5万次，最后制订了“切削用量标准”，并发现了“高速钢”，对促进生产力的提高产生了巨大作用。他是“科学管理”的创始人。泰勒创立了“时间研究”（TimeStudy），系统地研究了工场作业和衡量方法，改进操作方法，科学地制定劳动定额，并使之标准化，极大地提高了效率，降低了成本。如：1889年他对装卸工使用铁铲的效率进行了研究，通过试验和测定发现，每次铲运的重量在10kg(约22磅)左右时，劳动效率最高。因此，他便设计了许多大小不同的铁铲，以适应装卸不同的物料。在此之前，泰勒还进行了搬运生铁块的工效研究，通过试验规定了工人每次的搬运重量，搬运速度，中间休息时间，使作业者大大地发挥了劳动潜力，搬运量由原来平均每人每天12.5t增加到48t,搬运效率提高近4倍，而工人并没有感到比原先劳累。泰勒提出了一系列科学管理方法，主要著作有：《计件工资》（1895年）、《工场管理》（1903年）以及《科学管理原理》（1911年），这是系统阐述他的研究成果和科学管理思想的代表作，对现代管理发展做出了重大贡献，并被公认为是工业工程的开端。所以，泰勒在美国管理史上被称作“科学管理之父”，也被称作“工业工程之父”。吉尔布雷斯是和泰勒差不多是同一时期的另一位工业工程奠基人，他也是一名工程师，其夫人是心理学家，他们的主要贡献是创造了与时间研究密切相关的“动作研究”（MotionStudy）。典型的例子是对建筑工人的砌砖过程进行动作研究，通过给砌砖工人拍摄操作照片，分析出砌砖过程中的无效、笨拙动作，并通过改进作业场合布置和作业工具，使原先砌一块砖需18个动作简化到5个动作（在简单作业场合只需两个动作）。使砌砖效率由过去的每小时170块提高到350块。吉氏夫妇的动作研究把人的动作划分为17种基本动作要素，认为任何作业的动作都可由这17种动素加以组合或者分解。他还设计了这17种基本动作要素的记录符号和代号。这些符号虽然尚未形成国际标准，但一直为各国IE工作者承认和应用。他们还制定了使动作变得容易、迅速而又减少疲劳的“动作经济原则”。1921年他们又创造了“生产流程图”，为分析和建立良好的作业顺序提供了工具。他们对生产中人的价值、作用及其对工作环境的反应等，即对“人—机工程”方面的研究也卓有成就。吉氏被称为“工作研究之父”，吉氏夫人是第一位女教授，第一位女院士，是美国五届总统的工程顾问，被誉为工程界的第一夫人。甘特（Henry·L·Gantt）也是工业工程的先驱者之一，他的重大贡献是发明了著名的“甘特图”，这是一种预先计划安排作业活动、检查进度以及更新计划的系统图表的方法，它是对工作进行计划、进度控制和检查的一种十分有用的方法，直到今天它仍然被广泛地应用于生产计划与控制工程领域。第三时期：从第一次世界大战到第二次世界大战期间，称成熟期。广泛地将当时的数学和其他自然科学和社会科学的成果引入IE中。IE工程师们已开始用多种学科的知识来考察、分析和改进所研究的系统。1921年～1932年，梅奥（Mayo）在西方电气公司霍桑工厂所进行的著名“霍桑实验”，使人们认识到，生产过程中人的行为和作用对生产效率的提高更为重要，提高职工的士气是提高生产效率的有效方式。1924年数学家休哈特（W.A.Shewhart）首创“数量控制图”，有效地将数学分析与统计方法应用到质量控制中，从而统计学成为IE有力的工具。它广泛应用于质量控制、库存控制、财物与成本控制，以及市场预测等方面。第二次世界大战期间，关于工作研究（包括：时间研究、方法研究）、质量控制、人事评价与选择、工厂布置、生产计划等方面都已成为IE的内容。随着机械制造业的发展，费希开创工程经济分析研究的研究方法，解决机器设备的经济问题。当时，由于战争的需要，尤其是二战后建设的需要，（40年代中期～70年代）运筹学“OR”的产生为决策者提供在多种方案中进行决策的方法，IE师们将其应用到企业管理中的生产决策、销售方案、计划、资源最优配置等工作中。因而，“OR”中的线性规划、网络技术、博弈论、排队论等都成为IE师们的手段。IE的技术内容得到大的丰富与发展。第四时期：70年代以后，称革新期。“现代工业工程”。IE应用定量分析与设计的能力大大增强。应用数学的成果使人们开始通过数学模型的建立来分析研究、设计、描述复杂的工业生产系统。尤其是工程科学、系统科学、计算机科学的产生，使IE能够吸收现代科学技术的最新成果，对大规模的经济与社会系统进行分析、实验、多方案比较与决策以及运行过程的控制与创新。人们又称这个时期的IE为“现代工业工程（现代IE）。(2)现代IE（有五个特点）：①快。②效率高、质量高。③高新技术。进入了信息化时代。目前在工业发达国家，IE研究的内容，在很大程度上是：计算机辅助设计（CAD：ComputerAidedDesign）;计算机辅助制造（CAM：ComputerAidedManufacturing）;计算机辅助工艺过程设计（CAPP：ComputerAidedProgrammingPlan）;计算机辅助工程（CAE：ComputerAidedEngineering）;计算机辅助教学（CAT：ComputerAidedTeaching）;计算机集成制造系统（CIMS：ComputerIntegeterManufacturingSystem）;制造需求资源计划（MRP）;精益生产（LP）;敏捷制造（AM）;智能制造（IMS）;柔性制造系统（FMS）等，即计算机综合制造系统，涉及到自动化与高科技领域中的内容。④“国际交流”。国际间的引进、吸收、交流、改造、移植相当活跃。如：“看板管理”、“田口方法”、“精益方式”等。这些技术方法输入到各国，许多企业从中收到良好效果。⑤普及、发展、创新。现代工业工程的理论、方法仍在不断发展，应用范围不断扩大，虽然应用的重点在企业管理上，但在交通、文教、医疗、体育、行政管理等多种宏、微观领域中已经得到普及。现代工业工程学科体系可以比拟为一条连续光谱：如图1-2所示。中间是工业专业知识，该部分既反映解决实际问题所需要的专业知识，也表示工业工程所要研究和处理的一些实际问题;左侧是工业工程的基础理论和方法;右侧表示工业工程的工艺。图1-2（3）现代工业工程发展趋势①更加注重博采众长。②更加应用广泛。③更加重视定性与定量研究相结合。④更加突出以人为本。⑤更加突出战略性。需要指出的是：IE的发展是随着科学技术的发展而发展的。在美国、加拿大等发达国家中，IE研究的主要内容之一是计算机综合制造系统，学术会议为计算机与工业工程国际会（ICC&IE）。而在发展中国家与地区，工作研究、工厂平面布置、人-机工程等则是应用与开发的重点。我们可以毫无疑问地说，没有IE的开发与应用，要实现社会经济的高速发展是不大可能的！目前，各国都在根据本国国情，建立自己的IE应用与开发体系。泰国、印度等亚太地区国家和我国台湾所建立的IE体系和名称，与美国、加拿大相似;而日本建立了经营工学、能率协会、IE学会等IE学术团体;在欧洲各国除了用IE名称外，还有用“生产与制造工程”等名称。但其研究与开发的内容，达到的目标是相似的。当今，IE已成为国际上通用的、广泛的科学技术，内容越来越广泛，应用的领域已经远远超出工业生产的领域。可以说，现代工业工程广泛应用于社会、经济、军事等各个领域中，IE师也是最受欢迎和就业范围最广