工业工程学 Industrial Engineering

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1 工业工程学 Industrial Engineering
2017/3/19 工业工程学 Industrial Engineering

2 天津大学管理学院工业工程系主任 中国机械工程学会工业工程分会总干事 天津市企业管理协会暨企业家协会执行理事 中国工业经济研究与开发促进会理事
李从东 主讲： 教授、博士生导师 天津大学管理学院工业工程系主任 中国机械工程学会工业工程分会总干事 天津市企业管理协会暨企业家协会执行理事 中国工业经济研究与开发促进会理事

3 工业工程导论 什么是工业工程？ 工业工程100年 工业工程能够发挥什么作用？ 本课程的内容体系 工业工程在国内外的发展

4 IE 了解IE，从认识企业系统开始 企业 经营思维与决策模式 专业技术 技术手段 管理技术 [台]国立清华大学工业工程系主任
陈茂生教授说：“专业技术和 管理技术是生产力水桶上的 两个提耳…...”

5 对企业综合竞争力的理解 企业竞争力要素 要素支撑结构 竞争力的外在表现 产品或服务特色 销售收入能力 资金效率 人力效能 决策与决策实施能力
技术水平 营销水平 生产管理与运作水平 激励模式 信息系统水平 T、Q、C、S、G

6 企业管理运作的基本思维 怎样提高企业效益 条件 努力 $ 需求曲线、资源 P 增加销量 C 需求曲线、竞争优势 提高价格 管理技术、改善思想
降低成本 Q Q’

7 制造管理的基本思维 设施设计与现场改善、 物流、信息流集成 目标：低成本、优质量、高效率 指标：资金占用周期短、资金占用数额小 企业制造系统
Q0 Q1 企业效益TR的大小取决于R以及n， 而上述两项取决于：市场营销、生产计划 与组织、库存管理、设施平面布置、物料 搬运、供应、信息控制等 R=Q1-Q0 TR= T

8 工业工程在管理运作中的角色 工业工程是“生产力水桶”上两个提耳之一。离开工业工程，生产力的潜力和效率都得不到有效开发和提高
工业工程在降低运作成本方面可以发挥重要作用 工业工程起源于并成熟地应用于制造业，但其舞台不限于制造业

9 工业工程的涵义（1） 工业工程(Industrial Engineering)是对有关人员、物资、设备、能源和信息等组成的整体系统(Integrated System)进行设计、改进和实施的学科。它应用数学、物理和社会科学的专门知识与技能，并且使用工程分析的原理和方法，对上述系统可能取得的成果予以阐述、预测和评价。 ——美国工业工程师学会（AIIE） ——Industrial Engineering Terminology, ANSI Z94,1982

10 工业工程的涵义（2） 工业工程是从事把人员、原材料、设备作为一个整体系统去发挥其功能的科学；它是进行经营管理系统方面的设计、改善与设置工作的学科。为了规定、预测、评价经营管理系统的成果，运用数学、自然科学、社会科学中的特定知识，同时使用技术分析与归纳的原理和方法。 ——日本工业工程师学会（JIIE）

11 工业工程的涵义（3） 工业工程是将基础科学、工业知识和一些方法，在工业企业与其它领域中应用的技术。为了提高生产效率，为了研究某项政策对其它政策的经济有利性，要对工具准备建立适当的程序。为了达到上述目的，必须经常将成果和成本结合起来考虑。因此，工业工程是经营技术部门的活动，应注意处理下列有关问题：决定产品品种、设计产品、标准化、成本分析、生产方式、生产管理、设备配置、运输管理、工具设计、动作与时间研究、奖励工资、合理化建议、人际关系等。 ——英国工业工程视察团

12 工业工程100年(孕育期) 管理的意识随着氏族的形成就已经产生了
工程的概念直到土木、机械、电气、化学四大技术在18、19世纪先后发展起来之后，才开始萌发 早期的工程原理首先是在土木建筑方面发展起来的，当时叫做民用工程（Civil Engineering） 产业革命促进了大批革新项目，制造业的规模和复杂性大幅度增加。零件互换性(E.Whitney)和劳动分工(A. Smith)，是促使大量生产成为可能的两个重要的IE观念。 在德国兴起的标准化同样也是促进大量生产和工业化的重要IE成就。 1832年，英国的Charles W. Babbage发表了《机械制造业经济论》(On the Economy of Machinery Manufactures)，提出了时间研究的重要概念。

13 工业工程100年(第一阶段) F.W.泰勒( )，被誉为工业工程之父。通过著名的“铁铲实验”、“搬运实验”和“切削实验”，总结了称为“科学管理”的一套思想，其内容涉及制造工艺过程、劳动组织、专业化分工、标准化、工作方法、作业测量、工资激励制度以及生产规划和控制等问题的改进，其科学性和系统性为IE开创了通向今天的道路。 1910年，Frank Gilbreth和Lillian Gilbreth从事动作研究(砌墙实验)和工业心理学研究； 1913年，Henry Ford发明流水装配线； 1914年，Harry Gantt从事作业进度规划研究和按技能高低与工时付酬的计件工资制的研究； 1917年，F. W. Harris研究应用经济批量控制库存量的理论；

14 工业工程100年(第二阶段) 1911年美国Purdue大学机械工程系首先开设了工业工程选修课；
1918年美国宾夕法尼亚州立大学建立了工业工程系； 1920年美国成立了美国工业工程师协会（American Society of Industrial Engineer ,ASIE；后又成立AIIE），工厂中出现专门从事IE的职业； 1922年马肯著《预算控制》，1924年著《会计管理》； 年W.A.Shewhart首创“统计质量管理”； 年，G.F.Mayo通过“霍桑实验”首创“人际关系学说”； J.Fish 首创“工程经济”。

15 工业工程100年(第三阶段) 40年代中期 ，英、美两国发表了关于运筹学成果的资料，立刻受到IE工作者的注意。OR是包括数学规划、优化理论、排队论、存贮论、博奕论等理论和方法在内的比较系统的学科体系，可以用来描绘、分析和设计多种不同类型的运行系统。 例如，对于设施设计（facility design），传统的IE主要凭工业的专门 知识和经验设计车间、仓库的最佳布置和最优位置，使用的传统方 法不外乎是流程图、模型板、规范清单等。而现在则可用OR的排队 分析、数学规划，更系统、更方便、更精确地进行各种设施的设计， 而且把IE的设施设计范围扩展到其他更复杂、更庞大的设施系统。

16 工业工程100年(第三阶段小结) 第三阶段的IE与前两阶段的比较
以经验和定性分析为主 以定量分析为主。实际上，从休哈特开始，这些方法的发展使管理开始真正有了科学的依据，而不再只是一种艺术或经验。 以通过基层生产现场中作业研究来降低劳动成本为主 以研究整体系统的优化、降低各种资源消耗、提高整体系统的生产率为主。

17 新IE？ 工业工程100年(第四阶段) SE的方法论 OR的定量方法 传统IE的专门技术
在50、60年代，系统科学（SS）有了长足进展。一种承袭了SS思想和包含自然科学、社会科学知识的、并声称也以OR为理论基础但很注重工程应用的技术——系统工程（System Engineering,， SE）脱颖而出。SE重视系统哲学思想的培养和系统分析方法的训练，又包含有较丰富的自然科学和社会科学的知识，正是IE所需要的一种“统帅”学科。 新IE？ SE的方法论 OR的定量方法 传统IE的专门技术

18 新IE学科的“连续光谱”（continuum spectrum）

19 工业工程100年(第五阶段) 70年代以来，特别是最近10年来，IE的发展出现了一些新动向：
早期的IE以提高制造现场作业效率和改进生产管理为主；现代IE则面向企业经营管理全过程。 早期的IE单兵独进，现代IE已经成为为企业CIMS、进而为企业发展到LAF企业提供管理集成基础结构的有效工具。 早期的IE只应用于制造业，现代IE已经普及到交通、建筑、服务和行政管理等多种产业中（例如全美医疗保健系统的规划和设计）。

20 第五阶段小结 工业工程向何处去？ 应用范围从制造业扩大到服务业和非营利组织 应用重点从提升现场生产效率到提高系统的集成化综合效益
特别依赖于信息科学与技术（计算机软硬件、网络与通信技术、数据库支撑环境等）

21 工业工程的主要技术体系 工作研究 设施规划与物流系统设计 工程经济分析 人机工程 生产计划与控制 质量管理与质量保证 成本控制 现场管理优化

22 工作研究（Work Study） 经典的工作研究 时间研究 动作研究 Taylor Gilbreth 搬运实验与 砌墙实验与 劳动定额
动作经济性原则 经典的工作研究 时间研究 动作研究

23 近代工作研究的发展 工作简化 工作抽查法 方法工程 预定动作时间标准制（PMTS） 动作时间分析法MTA 方法时间测量法MTM
模特排时法MODAPTS

24 方法工程 程序分析 工艺程序分析（工艺流程分析案例） 流程程序分析（流程程序分析案例） 操作分析（动作结构） 动作分析

25 工作研究的应用范围已经扩展 5W1H提问技术 what, where, when, ,who, how, why ESCRI原则
E，eliminate ——删除 S，simplify ——简化 C，combine ——合并 R，rearrange ——重排 I，increase ——新增

26 BPR也要进行工作研究 BPR（Business Process Reengineering）是90年代兴起的企业管理革命风暴。
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27 设施规划与 物流系统设计 设施规划（Facilities Planning）
在给定的系统环境和条件下，根据对象系统的功能要求进行优化设计 包括设施布置方案、物料搬运方案、信息流方案等规划内容 物流系统设计（Material Flow System Design） 物流系统的规划设计 运输与贮存的管理 运输或搬运设备容器、包装的设计与管理

28 人机工程（Human Engineering） 工效学（Ergonomics）
应用生理学、心理学、工程技术的方法研究人与机器、人与环境之间的关系，以求设计一个最佳的人、机、环境系统，使生产效率得到改善与提高 产品的工效标准设计 人机分工及适应 人机信息交互 安全工程与产业疲劳

29 工程经济分析 项目的投资经济分析 方案的评价与决策 价值分析/价值工程

30 生产计划与控制 推动式生产计划与控制——以排序理论为基础的计划模型，物料需求计划MRP 拉动式生产计划与控制——JIT/LP/TPS
工艺管理 设备管理

31 质量管理与质量保证 质量工程——ISO9000体系的计划与实施 全面顾客满意（TCS） 连续改进(Continue Improving) 统计质量管理，方法与技术

32 成本控制 经典的成本管理思想——成本计划，分 析，控制 现代成本管理思想——集成化成本管理， 面向过程的成本管理

33 面向过程的成本管理 要解决什么问题？ 现有成本控制系统把重点放在成本的“数量减少”上，很少对成本形成的原因进行系统分析
成本核形成于制造前期，注重事中控制与事后核算的现有成本控制系统经常处于失控状态 制造成本法扭曲了成本结构，难以满足决策要求

34 现场管理优化 5S活动（地面、机床、工具、工位器具、杂屑——整理、整顿、清扫、清洁、素养） 定置管理（人、机、物的关系）
目视管理（公开化与视觉显示——统一、简明、醒目、实用、严格）

35 CIE运行模式 分析型理论 与方法 规划设计型 理论与方法 生产过程管理与 控制型理论与方法 评价型理论 市场研究与 营销开发过程
技术创新与 产品开发过程 采供与 生产过程 理财与 资金管理过程

36 实施工业工程的目的 根本目的—提高企业盈利水平、提高企业综合竞争力，提高企业生产率，提高社会生产率
实施工业工程，不但有利于企业，也有利于员工 增加收入，提高生活水平 保障职业稳定性、安全性 减轻疲劳强度，维护身体健康 从全社会角度看，实施工业工程将有助于社会资源的优化配置和有效利用，有利于可持续发展 广义工业工程的实施，将造福于社会各种产业

37 工业工程在国外的发展（1） 工业工程在美国 美国是工业工程的发源地，工业工程为美国的经济发展起到了重要作用
60年代后期开始形成以MRP、闭环MRP、MRPII为代表的美国IE模式 90年代刮起了BPR旋风 工业工程在美国

38 工业工程在国外的发展（2） 工业工程在日本 日本的IE最初也是从基础工业工程开始的 在60~70年代创立了TQC模式
70年代以来，推出了以JIT/LP/TPS为代表的日本IE模式 工业工程在日本

39 美国IE注重以技术驱动，通过设计达到目的
人 物料 设备 能源 信息 设计 行为 低成本 高效率 工程技术 美国IE注重以技术驱动，通过设计达到目的 企业目标 规划 运作 人 物料 设备 能源 信息 日本IE注重以人驱动，通过改善达到目的 使用 准时化 低成本 高效率 人 企业目标 改善 自动化

40 工业工程在我国的发展 我国工业工程产生的社会背景与美日等国家有相当大的历史落差 80年代初，引进、学习、模仿国外的工业工程经验
1989年，中国机械工程学会工业工程分会成立并举办第一次全国工业工程学术会议；至今已举办6次全国会议，联络了1000多名工业工程学者和专家，3000多个企业 企业应用工业工程成绩斐然

41 国内实施工业工程的成功案例 长春一汽变速箱厂降低流动资金70%，提高劳动生产率90%
二汽车桥厂转向节生产线产量提高29.8%，废品率下降68%，设备故障率下降84% 上海大众一线劳动生产率接近德国同行水平 科龙冰箱供应系统一次性降低流动资金3000万元 邯钢1994~1996年38个IE项目累计创利1.66亿元…...

42 我国的工业工程教育 1980年，天津大学等高校创办工业管理工程专业 1992年，教育部批准天津大学等工业工程专业本科培养方案并招生
1993年，教育部批准在天津大学等学校设立工业工程专业工学硕士点并招生 1999年，国务院学位办批准天津大学等学校培养工业工程工程硕士，2000年4月已经招生

43 制造技术的发展 CAD/CAPP/CAE/CAM DNC/FAS/FMS RPM DCS/APC/PLC ROBOT MRPII/ERP

44 工业工程的最新发展 先进制造模式 精益化 敏捷化 柔性化 BPR CE IMS CIM

45 案例：工艺流程分析与改进

46 问题： 换料停机时间长,平均 为150分钟/次.

47 影响换料停机时间因素排列图 750 N=750分钟 596 98 26 20 10 累 积 频 率 % 频次(分钟) 100 96 98.7
92.5 79.5 烘料 其他 清洁螺杆 开机调试 清洁干燥器

48 烘料占用 清洁干燥器 时间长 占用时间长 干燥温度 要求过高 干燥时间 规定过长 干燥速度慢 干燥程度允许 最高含水量要求 过高
未按规程操作 培训不足 人员素质差 吸料流速过小 吸料机供料 能力不足 材料本身含 水量超标 操作不当 环境湿度大 干燥能力不足 工艺规定 不合理 清洁部位多 烘料占用 时间长 清洁干燥器 占用时间长 干燥器清洁 工作量大 清洁干燥器不 能提前实施 烘料不能提 前实施 无预干燥系统，不能 进行中间转换 换料操作只能 在停机后进行

49 要因验证： × ☆干燥温度要求过高 × ☆ 干燥时间规定过长

50 要因确认表

51 A注塑机及供料系统 注塑机 二级干燥器 一级干燥器 B注塑机及除湿干燥器供料系统 注塑机 除湿干燥器供料系统 料斗

52 串行换料流程图： 生产计划 完成本批次产品 停机 清洁干燥器 清洁干燥器 换料烘料 换料烘料 清洁螺杆和料筒 开机调试 恢复正常生产

53 要因：无预干燥系统，不能进行中间转换。 现在可以 确定目标了！

54 辅助供料系统工作原理： 滚轮支架 热风干燥器 辅助接口 主供料系统 辅助供料系统 除湿干燥器供料系统 料斗 注塑机

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56 经济效益： 1998年直接收益（每台）： 91,596.04元

57 天津大学工业工程系的教学状况 学科 师资 课程体系 实验室建设与教材建设 一级学科授权专业（管理科学与工程），博士点，博士后流动站
职称结构：教授7人(其中，博士生导师3人)，副教授8人，讲师4人 学历结构：博士10人，硕士8人 课程体系 专业基础课：工业经济学、技术经济学、管理学、人力资源管理、统计学、系统分析、…… 专业课：设施规划与物流系统设计、工作设计、质量工程、组织工程、成本工程、营销工程 实验室建设与教材建设

58 工业工程系的科研状况 工业工程系从事科学研究与技术开发的指导思想是：“需求牵引、效益驱动、应用导向、立地成佛”
国家自然科学基金项目（2—齐、朱） 国家高技术发展计划（863）重点项目（1—李） 国家高技术发展计划（863）应用基础研究项目和应用示范工程项目（9—李、齐、何、周、赵） 十五863计划项目一项（李） 企业委托项目——科龙集团（ ）、美的集团（ ）、顶新集团（1996）、摩托罗拉公司（ ）、华为公司（2001）等

59 工业工程系对外交流与合作 师资进修（美国、加拿大、香港） 项目合作（香港科技大学工业工程系） 学生升学（美国、香港）
访问（美国、香港、台湾、埃及、日本）

60 本次课程结束，谢谢！ 欢迎讨论、赐教！