基础工业工程（易树平、郭伏）——第二章 工业工程概述
第二章 工业工程概述
第一节 工业工程
一、工业工程的定义
工业工程是一门技术与管理相结合的交叉学科，主要研究由人员、物料、设备、能源、信息等要素组成的生产及经营管理系统以及服务系统。
通过综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术，结合工程分析和设计的原理与方法，对该系统进行设计、改善和实施。
其主要任务是提高生产效率和效益、降低成本、保证质量和安全，以获取多方面的综合效益。
IE的功能包括对生产系统进行规划、设计、评价和创新，以软科学的方法获得最高的效率和效益，同时关心从事工作的人们带来的满足和幸福。
二、工业工程的内涵
工业工程（IE）是一门实践性很强的应用学科。在国外，各国根据自身的国情和发展需求，形成了各具特色的IE体系，甚至名称也不尽相同。例如，日本IE强调将IE与管理实践结合，注重现场管理优化；而美国则更注重IE的工程性。
可以概括为以下五个方面。
- IE的核心在于降低成本、提高质量和生产率，这是反映IE内涵的重要特点。
- IE是一个综合性的应用知识体系，综合运用各种知识和技术，特别体现在应用的整体性上。
- IE应用注重人的因素，充分考虑到人和其他要素之间的相互关系和相互作用，以人为中心。
- IE是系统优化技术，最终追求的是系统整体效益的最佳。
- IE重视现场管理，主要对现场的作业管理、物流管理、质量管理、设备管理、成本控制、生产计划与控制、组织结构管理等进行改进和优化以实现现场管理的目标。
第二节 工业工程的产生与发展过程
一、工业工程的产生
工业工程是一种以科学和工程方法为基础的管理学科，主要关注如何优化生产流程和提高生产效率。它的产生可以追溯到19世纪初期的工业革命时期，当时工业生产面临着许多问题，例如生产效率低下、工艺不规范、浪费严重等等。
为了解决这些问题，一些早期的管理学家和工程师开始研究如何通过科学的方法来优化生产流程和提高生产效率。其中最著名的是美国工业工程的奠基人弗雷德里克·泰勒（Frederick Taylor），他在20世纪初期提出了“科学管理”（Scientific Management）的理论，强调通过分析和优化生产流程来提高生产效率。
在泰勒之后，许多学者和工程师对工业工程进行了深入研究和发展，如弗兰克·吉尔布雷斯特（Frank Gilbreth）、利利安·吉尔布雷斯特（Lillian Gilbreth）等，他们提出了许多优化生产流程的方法和工具，如时间研究、运动研究、工序分析等。
随着工业技术的不断进步，工业工程的应用范围也不断扩大，如今它已经成为了一种广泛应用于生产制造、服务业、交通运输等各个领域的管理学科。
二、工业工程的发展历程
工业工程（IE）在20世纪得到了显著的发展，经历了关键的增长和演变时期。在20世纪40年代中期到70年代中期，IE与运筹学（OR）结合，因为计算机和OR的出现为IE提供了理论基础。OR是在第二次世界大战期间发展起来用于解决军事决策问题的学科，提供了数学规划、优化理论、博弈论、排队论和存储论等方法，可用于分析、设计和优化各种类型的运营系统。IE学者将OR应用于生产决策，计算机提供了强大的数据处理和数学模拟工具，使OR成为IE的理论基础。
1948年，美国工业工程师学会（AI-IE）正式成立，最终发展成为一个国际学术组织，即IE。到了1955年，IE已经有了正式的定义。上世纪50年代，IE建立了更加坚实的科学基础并经历了快速发展。通过20世纪60年代和70年代，IE的知识基础变得更加强大，并进入了现代IE的新时代。到1975年，美国超过150所大学提供IE教育。
在20世纪70年代末到现在，IE与系统工程（SE）结合，为IE提供了更完整的科学基础和分析方法。这一时期的关键技术包括系统分析和设计、信息系统、决策理论和控制理论。通过采用综合性、整体性的方法，IE融合了信息技术的特点，发展出了CAD/CAM、MRP、MRPII、JIT、敏捷制造（AM）、并行工程和业务流程再造（BPR）等新技术，这些都是以系统理论为指导。IE与SE的结合强调协调所有生产要素和子系统，以优化整个系统为目标，同时将应用范围从微观系统扩展到宏观系统，从工业和制造业扩展到农业、服务业和政府部门。
近年来，出现了“全面工业工程”的概念，反映了IE不再是独立应用于解决工作研究或设施设计中的特定问题，而是面临提高企业整体竞争力的挑战。LAF（精益、敏捷和灵活）生产系统吸收了精益生产（LP）、敏捷制造（AM）和柔性制造技术（FMT）的精华，在美国和日本等发达国家越来越受欢迎。它是一种先进的制造技术，促进了制造企业管理和组织理念的重大变革，将技术、管理和人力资源融入一个系统中。LAF生产系统快速、灵活地响应市场的关键在于其能够适应需求变化。
总之，IE已经从一个主要基于经验的学科发展为一个严重依赖于定量分析的学科，从改善单个部件或小型系统的生产发展为优化整个系统和提高生产力。IE已经被广泛采用和发展，在美国得到了广泛应用和发展，并传播到许多其他工业化国家，如西欧（英国、德国、法国等）、日本、前苏联、澳大利亚和其他国家和地区。墨西哥、秘鲁和哥伦比亚等发展中国家在20世纪70年代开始使用IE，在大学建立正式的IE教育和应用体系。在亚洲，新加坡、韩国、香港和台湾建立了IE教育并采用美国的IE体系。印度在1975年后开始发展IE教育和应用体系。
第三节 工业工程的内容体系和应用领域
一、工业工程的学科特点
IE被国外一般归入人工程学范畴，因为它具有鲜明的工程属性。工程是指利用数学和自然科学知识，创造经济地利用自然物质和力量的方法，为人类谋福利的专门技术。IE完全符合工程的定义，具备工程学所应有的特征。和其他工程学科一样，IE利用自然科学知识和技术方法进行观察、实验、研究和设计等活动。
IE的主要任务是生产系统的设计，即把人员、物料、设备、能源和信息等要素组成一个综合的有效运行的系统。为了完成这个任务，必须对生产系统的各组成要素及其相互关系进行周密的观察和实验分析。例如，要用工程学方法实验、测试人机关系的各种因素、劳动强度等，为优化设计提供依据和参数。IE技术人员要不断对其加以改善，因而必须对系统及其控制方法进行模拟、试验、分析研究，选择最好的改进方案。因此，IE是一门工程学科。
在一些国家大学里，IE主要设置在工学院中，IE学生要学习大量的工程技术和数学方面的课程，被培养为工业工程师。然而，IE又不同于一般的工程学科，它不仅包括自然科学和工程技术，而且还包括社会科学和经济管理知识的应用。所以，IE是一门交叉学科。由于IE起源于科学管理，并为管理方法提供方法和依据，具有管理特征，因而常被当做管理技术。在中国的大学里，既有将IE专业设置在工学院的，也有将其设置在管理学院的。了解IE与管理及其他相关学科的关系对于更好地理解其学科性质是很必要的。
二、工业工程的内容体系
1.工业工程的范畴
- 工业工程是美国工程学科中的一个重要学科。
- 它被列为美国工程教育协会报告中的十大学科之一。
- 工业工程从学科角度可以细分为16个分支，它们是：
- 生物力学
- 成本管理
- 数据处理与系统设计
- 销售与市场
- 工程经济
- 设施规划
- 材料加工
- 应用数学
- 组织规划与理论
- 生产计划与控制
- 实用心理学
- 人的因素
- 工资管理
- 人体测量
- 安全
- 职业卫生与医学
- 日本从应用角度将IE技术分为20类113种。
- 所有符合IE定义的学科和技术都可以说属于其范畴。
- 工业工程作为一个始终发展的领域，会不断拓展和更新其范畴。
2. 工业工程的应用领域
IE学科的应用历史悠久，最初在制造业中产生和应用，至今已有一个多世纪。随着时间的推移，IE的应用领域逐步扩大到包括建筑业、交通运输、销售、航空、金融、医院、公共卫生、军事后勤、政府部门以及其他各种服务行业。IE的应用范围极其广泛，可以为各行各业提供优化生产和流程的方法，帮助提高效率和降低成本。
- 制造企业
制造业是工业工程最主要和代表性的应用领域。在制造业中，工厂的平面布置和物流优化是非常重要的，需要不断改进和完善。同时，质量意识也是制造业中一个非常重要的方面，全员参与并倡导团队精神。近年来，产品设计质量变得越来越重要，田口方法成为改进产品设计质量的重要方法。基于时间的竞争策略也是制造业中一个重要的方面，减少时间浪费可以增加产品竞争力。在中国，制造业对工业工程的应用可以分为三个层次，分别是高技术装备和高管理水平的企业，具有常规大流水线的制造型企业和数量巨大但整体水平较低的中小型企业和乡镇企业。这些企业在应用工业工程中的方法和理念上存在差异。
- 建筑业
在建筑工程管理中应用工业工程技术可以优化施工，提高施工质量、降低成本，加快施工进度，对促进建筑工程管理水平提高具有重要意义。
在建筑领域，JIT可以应用于混凝土生产、预制品和产品标准化等方面，以实现降低成本、提高生产力的目的。价值工程要求在建筑的计划和设计阶段分析功能要求、材料使用和建筑方法等，以满足核心功能要求且保持必要的价值。成组技术应用于钢筋加工工程可以提高工效、降低成本。
ERP和BPR的应用可以使项目管理更加科学化、规范化。并行工程理论的应用可以提高建筑过程的集成度，缩短工期，降低工程成本，增强建筑企业的市场竞争力。在中国，建筑业对整个国民经济的影响很大，因此应用工业工程技术进行优化施工十分必要。上海南浦大桥的建成是应用工业工程技术的成功案例，该桥梁不仅具有国际一流水平，而且工期提前45天，投资节省500多万元。
3 工业工程的应用重点
根据美国G·萨尔文迪主编的《工业工程手册》显示，IE（工业工程）常用的方法和技术有32种，按应用普及程度的大小次序排列如下：
- 方法研究
- 作业测定（直接劳动）
- 奖励
- 工厂布置
- 表格设计
- 物料搬运
- 信息系统开发
- 成本与利润分析
- 作业测定（间接劳动）
- 物料搬运设备选用
- 组织研究
- 职务评估
- 办公设备选择
- 管理的发展
- 系统分析
- 库存控制与分析
- 计算机编程
- 项目网络技术
- 计划网络技术
- 办公室工作测定
- 动作研究的经济发展
- 目标管理
- 价值分析
- 资源分配网络技术
- 工效学
- 成组技术（GT）
- 团事故与可操作性分析
- 网模拟技术
- 影片摄制
- 线性规划
- 排队论
- 投资风险分析
这些方法和技术可以广泛应用于工业、服务业和建筑行业等地方，以提高生产效率、降低成本、提高质量、改善工作环境等方面。
三、工业工程人才的知识、能力与素质结构
工业工程是一种技术职业，工业工程技术人员主要的职责是将人员、物料、设备、能源和信息等联系在一起，以实现有效的生产运作。他们致力于生产系统的设计和改善，需要考虑到人与物、技术与管理、局部与整体的关系。为了达到工业工程的目标，工业工程师不仅需要有广博的知识，还需要具备将这些知识应用于综合性和整体性的能力。
根据美国工业工程师学会的定义，“工业工程技术人员是为了实现经营者的目标而提供技术支持的人。这个目标意味着要使企业在冒最小风险的前提下获得最佳利润。” 工业工程技术人员帮助上下级管理人员在业务经营的设想、计划、实施和控制方法等方面进行研究和发明，以期更有效地利用人力和经济资源。
工业工程师需要具备广泛的知识和技能，能够为各级经营管理提供方法和充当顾问。他们涉及的领域非常广泛，从基本的动作时间研究到系统的规划、设计和实施控制等方面都需要提供支持。工业工程师必须具备应用各种知识和技术的能力，具有工业工程意识，不断探索新的方法来改善生产系统的结构和运行机制，以求达到更佳的整体效益。总之，工业工程师在企业的各个方面和各个层次都能够发挥作用。
1．知识结构
工业工程技术人员需要掌握广泛的专业理论知识和相关知识，包括机械工程、电子工程、信息工程或其他工程方面的基础知识，以及工业工程学科基础理论，如管理学、运筹学、系统科学、统计学、行为科学等，以及工业工程的专业知识，如工作研究、工程经济、工效学、管理信息系统、设施规划与物流分析、生产计划与控制、质量管理、成本控制、业绩评审与组织设计、人力资源管理、工业卫生与安全等。此外，还需要掌握现代工程设计、产品开发、生产工艺、企业管理方面比较系统的知识，计算机应用、仿真和计算机处理知识，会计、统计、经济和人文科学方面的知识，了解我国经济技术方面的法律、法规，熟悉有关的技术法规、标准和规范。与其他专业工程技术人员相比，工业工程技术人员的基础知识结构要求的广度和深度平均最大，需要具备广泛的技术和管理知识，具有很强的综合应用能力。
2．能力结构
除了必须掌握广泛的专业理论知识和相关知识外，工业工程技术人员还应该具备以下的能力结构：
1.观察试验能力：能够通过观察和试验来发现问题、验证想法或解决问题。
2.调查研究能力：能够进行调查和研究，了解现有情况、问题和需求，为制定有效的解决方案提供依据。
3.综合分析/集成能力：能够综合分析多个因素的影响，并将它们集成到一个系统性的解决方案中。
4.规划设计能力：能够制定计划和设计方案，包括工作流程、生产设备和系统等，为生产活动提供指导。
5.协调/社交能力：能够与不同的人合作，沟通协调，协同合作，以实现共同的目标。
6.适应能力：能够适应不同的环境和情况，并快速调整自己的工作方式和方法。
7.创新能力：能够运用创造性思维，寻找新的解决方案和改进现有方案。
8.语言和文字表达能力：能够清晰准确地表达自己的想法和解决方案，包括口头表达和书面表达。
9.计算机应用能力：能够熟练使用计算机软件和工具，包括数据分析、建模、仿真等。
10.外语阅读能力：能够阅读和理解外文文献和资料，获取国际先进技术和管理经验。
3．IE意识
工业工程（IE）意识是指基于IE实践的指导原则和思想方法。IE的意识包括以下几个方面：
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成本和效率意识：IE的追求是整体效益最佳，以提高总生产率为目标，必须树立成本和效率意识。一切工作都从整体和总目标出发，同时也从每个环节着手，力求节约和杜绝浪费，寻求以成本更低和效率更高的方法去完成各项工作。
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问题和改革意识：IE追求合理性，使各生产要素有效地组合，形成一个有机整体系统。为了使工作方法更加合理，必须树立问题和改革意识，不断发现问题，考察分析，寻求对策，勇于改革和创新。无论一项作业、一条生产线或整个生产系统，都可以运用“5W1H”提问技巧来进行研究和改进。
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工作简化和标准化意识：IE追求高效和优质的统一，推行工作简化、专门化和标准化，即所谓“3S”，对降低成本、提高效率起了重要的作用。每一次生产技术改进的成果都以标准化形式确定下来并加以贯彻，是IE的重要手法。
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全局和整体意识：现代IE追求系统整体优化，为此必须从全局和整体需要出发，针对研究对象的具体情况选择适当的IE方法，并注重应用IE的综合性和整体性，才能取得良好的整体效果。各个要素和局部的优化必须与全局协调，为系统的总目标和整体优化服务。
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以人为中心的意识：人是生产经营活动中最重要的一要素，必须坚持以人为中心来研究生产系统的设计、管理、革新和发展，使每个人都关心和参加改进工作，提高效率。
除了上述方面，随着时代的发展，工业工程人员还需要具备不断改进创新的意识、快速响应需求意识等。IE涉及的知识和范围广泛，方法很多，而且发展很快，新的方法不断创造出来。因此，对于工业工程技术人员来说，掌握方法和技术是必要的，但更重要的是掌握IE的本质，树立IE意识，学会运用IE考察、分析和解决问题的思想方法，这样才能以不变（IE实质）应万变（各种具体事物），从研究对象的实际情况出发，选择适当的方法和技术处理问题。
