工业工程材料

工业工程概论工业工程概论工业工程的发展背景工业工程（IndustrialEngineering，简称IE）于20世纪初起源于美国。泰勒(Taylor)被认為是工业工程学科的奠基人。其著作计件工资(1895年)、工厂管理(1903年)、科学管理原理(1911年)等书的出版，為工业工程学科的建立奠定了基础。吉尔布雷斯(Gilbreth)是和泰勒差不多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」。当时的工业工程以工作研究為主要内容,被称為经典工业工程.二战期间出现的运筹学和系统工程方法得到了广泛应用,拓展了经典工业工程的内容,也使工业工程的发展进入了现代工业工程阶段.柔性制造系统(FMS)是20世纪60年代由英国研制成功的,它解决了高效率与多样性之间的矛盾,為企业适应市场变化和用户需求的多样化提供了技术保証.在计算机辅助生產方面,经过20世纪60、70年代的发展,形成了CAD、CAM、CAPP、CAE等一系列领域.在管理信息系统方面,也形成了MRP、MRPⅡ等一系列成果.1973年美国的哈瑞顿教授提出了CIM,即计算机集成制造的概念.1989年美国麻省理工学院发表了改变世界的机器的著名报告,总结了日本丰田汽车公司的生產方式,提出了精益生產(LeanProduction)的概念.丰田汽车公司经过多年的探索,提出了準时生產方式(Justintime).20世纪90年代以来,Internet尤其是环球纲()商业化的快速发展给企业经营提供了新的机会.在此背景下,美国李海大学于1991底发表了21世纪制造企业战略的报告,提出了新的制造模式---敏捷制造(AgileManufacture).敏捷制造是在市场竞争日趋激烈、產品生命周期日益缩短的环境中建立一种能对用户需求作出快速反映,及时满足市场需求的生產系统.敏捷制造除了要求具备高度柔性的生產技术、高素质的从业人员以外,提出了不同于以往的新的组织形式,即虚拟公司的概念.迈克尔.海默博士于1990年在哈佛商业评论上首先发表了有关企业再造的文章,建议对目前的业务流程进行改造甚至重新设计.精益生產、敏捷制造和企业再造的概念的提出指明了工业工程的未来发展方向，為制造企业蠃得竟争优势提供了新的观念和思路。另一方面，人们也在探索从企业经营战略的角度认识生產活动。20世纪90年代以来，人们开始把物质供应和產品销售纳入到生產系统中统一考虑，系统首要的目的是以尽可能低的供应链费用满足顾客的要求。这种认识促使人们把生產活动与后勤活动、销售活动紧密联系起来，于是出现了集成化供应链管理的思想和方法。生產战略和供应链管理的概念和内容大大扩展了工业工程的研究领域，也拓宽了企业的视野。总之，经过近一百年的发展，工业工程已形成了完整的知识体系，并仍将不断发展。经典工业工程是泰勒科学管理原理的的继承和发展，其内容是一个个孤立的分散的理论、方法和技术。只能处理工厂中单个工位、车间或生產线等较小系统的问题，很难在较大系统中发挥综合效益。现代工业工程是经典工业工程由工业技术及相关学科的发展不断注入新内容而演化的结果，特别是运筹学（OR）、系统工程（SE）、计算机科学及行為科学、人机工程学的发展，成為现代工业工程的理论基础。随著技术进步和相关学科的发展，工业工程知识体系仍在发展变化。现代工业工程呈现出信息化、集成化、智能化的显著特征和趋势。现代工业工程是在经典工业工程的基础上发展而来，并且包含了经典工业工程的内容。它与经典工业工程相比，主要特点可归纳如下：（1）所处环境不同。（2）在经典工业工程的基础上引进了行為科学与人类工程学的成果，提高了工业工程处理问题的层次和综合程度。（3）由于引入了运筹学和系统工程的理论和方法，现代工业工程从20世纪50年代以前的分析和设计微观工程系统的单一功能，发展到现在的分析和设计微观、宏观系统的双重功能﹔著重从企业整个系统的角度出发，以综合效益最佳為目标，注意研究对象的目的性、层次性和全面性。现代工业工程的发展趋势概括如下：（1）研究对象扩大到系统整体。（2）应用范围遍及生產领域及其他领域。（3）采用计算机和信息系统（IS）為工具。（4）重点转向集成制造（IntegratedManufacturing,简称IM）。（5）更加强调和重视人的因素。（6）支持生產经营战略决策。（7）吸收相关学科最新成果以保持现代化水平。认识工业工程工业工程的研究对象是生產和生產系统。认识工业工程，应首先从「生產」和「生產系统」的基本概念入手。生產是把生產要素转变成经济财富，包括有形的财富和无形的服务，从而通过增加附加价值创造效益的过程。生產就是「输入－输出系统」。生產的基本含义生產要素是指购进的和生產过程中用于制造物品的生產输入。根据生產要素在生產过程中所起的基本作用，将其分為四类：（1）生產对象：生產对象是完成生產活动所用的材料。包括主要材料和辅助材料。（2）生產劳动：生產劳动是指人的能力，包括每个劳动者用于进行生產活动的体力、脑力和智力。（3）生產资料：生產资料是指借助于生產劳动把生產对象转变成產品的手段。包括直接生產资料和间接生產资料。（4）生產信息：生產信息是有效地进行制造有形财富的生產过程所用的知识。基于上述认识，工业工程应是一门运用工程学的方法，研究解决生產系统的设计、优化、评价、改善等问题的学科。工业工程的概念及范畴在各种工业工程中，最具权威性和今天被广泛采用的是美国工业工程师学会（AIIE）于1955年正式提出、后经修改的定义，表述如下：工业工程，是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专门知识和技术，以及工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。该定义表明，IE实际是一门方法学。美国从学科角度把工业工程知识领域划分為17个分支，即：（1）生物力学（2）成本管理（3）数据处理与系统设计（4）销售与市场（5）工程经济（6）设施规划（含工厂设计、维修保养、物料搬运等）（7）材料加工（含工具设计、工艺研究、自动化等）（8）应用数学（含运筹学、管理科学、统计质量控制、统计和数学应用等）（9）组织规划与理论（10）生產规划与控制（含库存管理、运输路线、调度、发货等）（11）实用心理学（含心理学、社会学、工作评价、人事实务等）（12）方法研究和作业测定（13）人的因素（14）工资管理（15）人体测量（16）安全（17）职业卫生与医学工业工程的特点：（1）IE的核心是降低成本、提高质量和生產率（2）IE是综合性的应用知识体系（3）注重人的因素是IE区别于其他工程学科的特点之一（4）IE是系统优化技术系统分析根据系统的观点，企业是一个生產系统，是一个把生產输入转变為生產输出的系统。企业通过其生產过程，把生產要素转变為经济财富，从而產生效益。在工业工程中，常用下述模型来研究生產系统：（1）实物模型：实物模型用立体方式表述系统。（2）图式模型：工业工程中常用图表、图形、表格、曲线等形式对实际情况进行描述。（3）数学解析模型工业工程所处理的各种问题大多具有很强的系统性，需要统筹规划和综合治理。工业工程的系统分析方法繁多，可以分為传统工业工程方法和系统工程与运筹学方法两种。（1）传统工业工程方法：在系统分析作业中，常用活动规划图表和问题分析图表。（2）系统工程与运筹学方法a.数学规划方法：包括线性规划、非线性规划和动态规划等。b.网络分析理论工业工程活动美国工业工程师学会（AIIE）给工业工程技术人员下的定义是：工业工程技术人员是為了达到经营的目标（目标的根本含义是要使企业取得最佳利润、且冒最小风险）而贡献出技术的人。工业工程技术人员帮助上下各级管理人员，在业务经营的设想、计划、实施、控制方法等方面从事发明和研究，以期达到更有效地利用人力和经济资源。一个企业的各个方面、各个层次的业务都需要IE人员发挥作用。因此，工业工程师必须具备广博的知识和技能，有很强的综合应用各种知识和技术的能力﹔有革新精神，不断探索新的方法去进一步改进工作，改善生產系统的结构和运行机制，求得最佳的整体效益。工业工程部门职能：（1）进行工作研究（方法研究、作业测定），确定作业标准和标准时间。（2）生產设计。研究產量、成本和生產方式的关系，进行生產方案和生產系统合理化设计，努力使加工和装配简单、容易，不断降低成本。（3）工艺装备设计。按照IE原理设计工夹具，设计或选用机器装备，保証操作使用方便，效率高。新装备设计要应用人－机工程学原理。（4）生產技术准备。IE人员应早期介入產品开发和设计，使工艺设计提前准备，并使產品设计更符合企业生產技术水平和工艺装备条件，缩短开发周期，这就是现代IE采用的并行工程思想。（5）设施规划与设计。（6）生產计划与控制。（7）质量管理。（8）经济分析。（9）全员预防性维修保养。（10）制定规划、计划及工作制度。（11）建立评价、考核与奖励制度。（12）系统分析与综合诊断。从全局上对企业进行系统分析和综合诊断是一项重要的IE活动。针对企业外部环境和内部条件的发展变化，全面研究生產经营系统功能，发现问题，找出薄弱环节，提出改进方案，从而使系统不断优化，保証整体效益目标实现。（13）同企业内各部门配合，為其服务和进行协调。工业工程意识所谓IE意识就是IE实践的產物，是对IE应用有指导作用的思想方法。（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）以人為中心的意识工作研究工作研究概述工业工程中最重要的基础技术是工作研究。一．工作研究的范畴工作研究是以工业企业中的作业系统為对象，运用方法研究与作业测定（工作衡量）两种技术，对產品的设计、作业的程序、材料的使用、机器设备与工具的运用以及人的操作动作加以分析研究，制定最佳的工作方法，并配以最适宜的标准时间。方法研究的目标是改进工作方法，并使方法标准化。一方面，以整个生產过程為著眼点，根据人们在生產活动中所遵循的某种工作程序完成的一个过程及条件进行研究，以达到改进的目的，此种研究称為程序分析。另一方面，以人的细微动作為著眼点进行分析研究，以寻求最省力、省时、安全的操作方法及动作，这种研究称為操作分析、动作分析。作业测定是制定用经济合理的方法完成工作所需的时间标准，达到减少工作人员、机器设备的空闲时间。方法标准、时间标准最终使人、机、物将能力全部贡献于有价值的工作上，并為运用其他IE技术奠定基础。二．工作研究的目的（1）提高生產率采用工作研究技术通常只需很少甚至无需另外支出资本，就能对生產率的提高起直接作用。（2）制定方法标准和时间标准，為应用其他管理方法标准奠定基础。三．工作研究的实施步骤将复杂的问题逐步的加以剖析，以寻求解决，工作研究就是建立在这种科学的方法上的。工作研究共有八个基本步骤。1．选择工作或工艺管理人员在选择某项作业进行工作研究时，必须考虑以下因素：（1）经济因素（2）技术因素（3）人的因素在确定选择对象时，还可以用ABC分析法。ABC分析法即巴雷特分析法，其基本原理是：在眾多的可以进行工作研究的对象中，抓住重点，照顾一般。2．观察、记录利用最适当的记录方法，记录直接观察到的每一件事实，以便分析。最常用的记录技术是图表法和图解法，有如下几种：（1）表示工艺过程的图表：工艺程序图，人型流程程序图，物料型流程程序图，双手操作图。（2）利用时间坐标的图表：人机程序图，联合作业分析图等。（3）表示活动的图表：线路图，线图等。3．分析对记录的每一件事逐项进行考察的内容包括：事项的目的，发生的地点，完成的顺序，当事人，采用的方法等。严格考察所用的方法是采用5W1H提问技术和ECRS四大原则。4．制定方法明确解决问题的关键所在后，即著手设计新的方法来正确地解决问题。一般必须设计出若干可行的方案加以分析比较，从中选择最佳方案。5．评选新方案选择最优方案的原则是适应性。在判断最佳方案时要考虑如下因素：（1）经济性在评选各个方案时，