工業工程

南昌航空大學姜俊華第1章工業工程概述

1.1什么是工業工程1.1.1工業工程的定義

工業工程（IndustrialEngineering，簡稱IE）是一門交叉學科，它是一門技術與管理相結合的工程技術科學,也是一門技術與管理融為一體的實踐性和實用性都很強的應用科學。它既是一種充分發揮生產要素作用、靠內涵擴大生產、提高產品質量、提高生產效率和經濟效益的工程技術，又是一種現代管理技術。

IE定義表明了四個方面的涵義：第一，IE是管理、技術之間的橋;第二，IE研究的對象是一個系統工程;第三，IE是門交叉性學科，它集工程科學、管理科學、系統科學、計算機科學的最新成果組成了現代管理科學的核心內容;第四，IE的目標、任務是以技術為內涵提高工作效率和經濟效益。

1.1.2工業工程的目標

工業工程的目標就是使生產系統投入的要素得到有效利用，降低成本，保證質量和安全，提高生產率，獲得最佳效益。具體地講，其目標就是將人、原材料、設備等放到一個立體空間內，使其統一地、巧妙地、最佳地組合到一起，進行綜合分析，統一設計，全面改善，整體確定，以實現各種要素合理配置，優化運行，以達到低成本、低消耗、安全優質、準時和高效的目的。

1.1.3工業工程的基本職能

工業工程的基本職能為：規劃、設計、評價和創新四個方面。

1.1.4工業工程的基本特點

（1）IE的核心是降低成本、提高質量和生產率、經濟效益。（2）IE是一門綜合性的多種學科知識和應用技術的龐大體系。簡單地說，IE實際上就是把技術和管理有機地結合起來的學科。

（3）注重人的因素是IE區別其它工程學科的顯著特點之一。（4）IE的重點是面向微觀管理。（5）IE是系統優化技術。

1.1.5工業工程的意識

(1)成本和效率意識。(2)問題和改革意識。(3)工作簡化和標準化意識。(4)全局和整體意識。(5)以人為中心（本）的意識。1.2工業工程的起源與發展

1.2.1國內

工業工程學術活動的概況是：

90年——第一次學術會（天津大學）91年——第二次學術會（上海）93年——第三次學術會（北京）海峽兩岸的研討會

95年——第四次學術會（沈陽）97年——第五次學術會（武漢）99年——第六次學術會（西安）國際學術會議IE&EM’199901年——第七次學術會（天津）天津大學主辦國際學術會議IE&EM’200102年——第八次學術會（吉林）全國高等學校IE專業實踐環節研討會03年——第九次學術會（寧夏銀川市）召開WTO需求IE人才培養與專業發展研討會

03年——第十次學術會（上海）上海交大主辦國際學術會議IE&EM’200305年——第十一次學術會（沈陽）東北大學主辦05年——第十二次學術會（重慶）重慶大學主辦國際學術會議IE&EM’200507年——第14屆工業工程與工程管理國際學術會（天津濱海新區）IE&EM’2007暨東亞IE第二次論壇……

在撰寫工業工程學術論文方面：（2000年以前的統計）在以往的論文集中匯集了幾百篇（就有我們撰寫的6余篇），這是在遞交的上千篇論文中挑選出的。這些論文論述了IE理論、教育、應用等方面的內容。尤其是一些應用性成果倍受歡迎。目前，我們學校是團體會員;我們有IE研究室;開辦了IE專業：部分教職工是IE會員;有IE專家和IE師還有省級學會的IE理事。

我們從90年就涉入IE工作，培養出了多屆畢業生。他們深得用人單位的歡迎。有位學生入廠不到一年便被提拔為廠方的三號人物。大多數均成為了技術骨干。

1.2.2國外

(1)工業工程的發展歷程：表1-2中橫軸上不同年代有很多原理和方法產生。這里的年代只表示事件的開始，而不是結束。例如，關于時間研究，至今仍是IE的基本方法。

表1-2IE大致可劃分為四個發展時期：

第一時期：從產業革命到十九世紀末葉（1890～1899）稱搖籃期。惠特雷（E.Whitney）提出“互換性”概念，奠定了合理化、標準化、專業化的基礎，推動了生產力的再發展。人們開始用新的思考方式來研究提高效率等。這就孕育了IE的思想，為IE的誕生和發展提供了基本元素。

第二時期：從十九世紀末（1899年）到第一次世界大戰期間，稱奠基期。泰勒（F·W·Taylor,1856-1915）和吉爾布雷斯（Frank·B·Gilbreth,1868-1924）及其志同道合者成為IE的創始人。泰勒是一位工程師、效率專家和發明家，他一生中獲得過100多項專利，他是一位勤奮、自學成才的典范。

泰勒當過普通工人、技工、工長、總技師、總工程師，并通過上夜校獲得史帝芬理工學院機械工程學士學位。為了決定“公正的一天”（工作量），他首先使用秒表記錄工作時間，并對工作方法加以改善和標準化。他做金屬切削試驗前后持續了26年，切去80萬磅材料，正式有記錄的試驗達近5萬次，最后制訂了“切削用量標準”，并發現了“高速鋼”，對促進生產力的提高產生了巨大作用。他是“科學管理”的創始人。

泰勒創立了“時間研究”（TimeStudy），系統地研究了工場作業和衡量方法，改進操作方法，科學地制定勞動定額，并使之標準化，極大地提高了效率，降低了成本。如：1889年他對裝卸工使用鐵鏟的效率進行了研究，通過試驗和測定發現，每次鏟運的重量在10kg(約22磅)左右時，勞動效率最高。因此，他便設計了許多大小不同的鐵鏟，以適應裝卸不同的物料。在此之前，泰勒還進行了搬運生鐵塊的工效研究，通過試驗規定了工人每次的搬運重量，搬運速度，中間休息時間，使作業者大大地發揮了勞動潛力，搬運量由原來平均每人每天12.5t增加到48t,搬運效率提高近4倍，而工人并沒有感到比原先勞累。泰勒提出了一系列科學管理方法，主要著作有：《計件工資》（1895年）、《工場管理》（1903年）以及《科學管理原理》（1911年），這是系統闡述他的研究成果和科學管理思想的代表作，對現代管理發展做出了重大貢獻，并被公認為是工業工程的開端。所以，泰勒在美國管理史上被稱作“科學管理之父”，也被稱作“工業工程之父”。

吉爾布雷斯是和泰勒差不多是同一時期的另一位工業工程奠基人，他也是一名工程師，其夫人是心理學家，他們的主要貢獻是創造了與時間研究密切相關的“動作研究”（MotionStudy）。典型的例子是對建筑工人的砌磚過程進行動作研究，通過給砌磚工人拍攝操作照片，分析出砌磚過程中的無效、笨拙動作，并通過改進作業場合布置和作業工具，使原先砌一塊磚需18個動作簡化到5個動作（在簡單作業場合只需兩個動作）。使砌磚效率由過去的每小時170塊提高到350塊。吉氏夫婦的動作研究把人的動作劃分為17種基本動作要素，認為任何作業的動作都可由這17種動素加以組合或者分解。他還設計了這17種基本動作要素的記錄符號和代號。這些符號雖然尚未形成國際標準，但一直為各國IE工作者承認和應用。他們還制定了使動作變得容易、迅速而又減少疲勞的“動作經濟原則”。1921年他們又創造了“生產流程圖”，為分析和建立良好的作業順序提供了工具。

他們對生產中人的價值、作用及其對工作環境的反應等，即對“人—機工程”方面的研究也卓有成就。吉氏被稱為“工作研究之父”，吉氏夫人是第一位女教授，第一位女院士，是美國五屆總統的工程顧問，被譽為工程界的第一夫人。

甘特（Henry·L·Gantt）也是工業工程的先驅者之一，他的重大貢獻是發明了著名的“甘特圖”，這是一種預先計劃安排作業活動、檢查進度以及更新計劃的系統圖表的方法，它是對工作進行計劃、進度控制和檢查的一種十分有用的方法，直到今天它仍然被廣泛地應用于生產計劃與控制工程領域。

第三時期：從第一次世界大戰到第二次世界大戰期間，稱成熟期。廣泛地將當時的數學和其他自然科學和社會科學的成果引入IE中。IE工程師們已開始用多種學科的知識來考察、分析和改進所研究的系統。1921年～1932年，梅奧（Mayo）在西方電氣公司霍桑工廠所進行的著名“霍桑實驗”，使人們認識到，生產過程中人的行為和作用對生產效率的提高更為重要，提高職工的士氣是提高生產效率的有效方式。

1924年數學家休哈特（W.A.Shewhart）首創“數量控制圖”，有效地將數學分析與統計方法應用到質量控制中，從而統計學成為IE有力的工具。它廣泛應用于質量控制、庫存控制、財物與成本控制，以及市場預測等方面。第二次世界大戰期間，關于工作研究（包括：時間研究、方法研究）、質量控制、人事評價與選擇、工廠布置、生產計劃等方面都已成為IE的內容。隨著機械制造業的發展，費希開創工程經濟分析研究的研究方法，解決機器設備的經濟問題。當時，由于戰爭的需要，尤其是二戰后建設的需要，（40年代中期～70年代）運籌學“OR”的產生為決策者提供在多種方案中進行決策的方法，IE師們將其應用到企業管理中的生產決策、銷售方案、計劃、資源最優配置等工作中。因而，“OR”中的線性規劃、網絡技術、博弈論、排隊論等都成為IE師們的手段。IE的技術內容得到大的豐富與發展。

第四時期：70年代以后，稱革新期。

“現代工業工程”。IE應用定量分析與設計的能力大大增強。應用數學的成果使人們開始通過數學模型的建立來分析研究、設計、描述復雜的工業生產系統。尤其是工程科學、系統科學、計算機科學的產生，使IE能夠吸收現代科學技術的最新成果，對大規模的經濟與社會系統進行分析、實驗、多方案比較與決策以及運行過程的控制與創新。人們又稱這個時期的IE為“現代工業工程（現代IE）。

(2)現代IE（有五個特點）：

①快。②效率高、質量高。③高新技術。進入了信息化時代。目前在工業發達國家，IE研究的內容，在很大程度上是：計算機輔助設計（CAD：ComputerAidedDesign）;計算機輔助制造（CAM：ComputerAidedManufacturing）;計算機輔助工藝過程設計（CAPP：ComputerAidedProgrammingPlan）;計算機輔助工程（CAE：ComputerAidedEngineering）;計算機輔助教學（CAT：ComputerAidedTeaching）;計算機集成制造系統（CIMS：ComputerIntegeterManufacturingSystem）;制造需求資源計劃（MRP）;精益生產（LP）;敏捷制造（AM）;智能制造（IMS）;柔性制造系統（FMS）等，即計算機綜合制造系統，涉及到自動化與高科技領域中的內容。

④“國際交流”。國際間的引進、吸收、交流、改造、移植相當活躍。如：“看板管理”、“田口方法”、“精益方式”等。這些技術方法輸入到各國，許多企業從中收到良好效果。

⑤

普及、發展、創新。現代工業工程的理論、方法仍在不斷發展，應用范圍不斷擴大，雖然應用的重點在企業管理上，但在交通、文教、醫療、體育、行政管理等多種宏、微觀領域中已經得到普及。現代工業工程學科體系可以比擬為一條連續光譜：如圖1-2所示。中間是工業專業知識，該部分既反映解決實際問題所需要的專業知識，也表示工業工程所要研究和處理的一些實際問題;左側是工業工程的基礎理論和方法;右側表示工業工程的工藝。圖1-2

（3）現代工業工程發展趨勢

①更加注重博采眾長。

②更加應用廣泛。

③更加重視定性與定量研究相結合。

④更加突出以人為本。

⑤更加突出戰略性。

需要指出的是：IE的發展是隨著科學技術的發展而發展的。在美國、加拿大等發達國家中，IE研究的主要內容之一是計算機綜合制造系統，學術會議為計算機與工業工程國際會（ICC&IE）。而在發展中國家與地區，工作研究、工廠平面布置、人-機工程等則是應用與開發的重點。我們可以毫無疑問地說，沒有IE的開發與應用，要實現社會經濟的高速發展是不大可能的！

目前，各國都在根據本國國情，建立自己的IE應用與開發體系。泰國、印度等亞太地區國家和我國臺灣所建立的IE體系和名稱，與美國、加拿大相似;而日本建立了經營工學、能率協會、IE學會等IE學術團體;在歐洲各國除了用IE名稱外，還有用“生產與制造工程”等名稱。但其研究與開發的內容，達到的目標是相似的。

當今，IE已成為國際上通用的、廣泛的科學技術，內容越來越廣泛，應用的領域已經遠遠超出工業生產的領域。可以說，現代工業工程廣泛應用于社會、經濟、軍事等各個領域中，IE師也是最受歡迎和就業范圍最廣的職業。在世界銀行的人才專家庫中就專門設有IE專家庫。可以說，IE的研究與發展水平，在一定程度上標志一個國家或地區的經濟和管理發展水平。9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Tuesday,February18,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。11:38:1511:38:1511:382/18/202511:38:15AM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。2月-2511:38:1511:38Feb-2518-Feb-2512、越