机械原理与工业工程的关系

1、工业工程专业与机械原理的关系摘要：机械原理学科的发展是非常迅速的，不论是在基本原理方面，还是在研究方法方面，都有较大的进展。在机构的类型方面也有一些新的创造，有些已突破传统机构学的范畴，而进入所谓“广义机构学的”领域，创造了具有气、液、光、电等环节的机构。机械原理实践教学环节的改革对学生创新意识的培养和动手能力的提高具有重要意义。工业工程专业的培养以机械工程技术为基础，以IE的理论、方法为纽带，以运筹学、计算机技术及现代集成制造技术等为工具，培养能够对企业生产系统等进行规划、设计、评价和创新的技术与管理相结合的现代制造业高级管理人才和物流专门人才。工业工程专业的就业前景和制造业联系在一起，随着

2、制造业的发展，未来的就业前景应该看好。 关键词：机械原理 工业工程 人因工程1机械原理随着机械向高速、重载方向的发展，机械动力学的研究发展很快。由于电子计算机的普遍应用，机构的计算机辅助分析和计算机辅助设计得到较快发展。从机械原理学科的发展可以看出，生产发展的需要是学科发展的动力。而学科的发展又反过来促进了生产的发展，提高了生产的水平。可以期望，随着生产对技术现代化的要求不断提高，机械原理学科也会继续迅速的得到发展。1.1机械原理的简介机械原理（theory of machines and mechanisms），研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。这一学科的主

3、要组成部分为机构学和机械动力学。人们一般把机构和机器合称为机械。机构是由两个以上的构件通过活动联接以实现规定运动的组合体。机器是由一个或一个以上的机构组成，用来作有用的功或完成机械能与其他形式的能量之间的转换。 机械原理课程作为机械类专业中一门重要的技术基础课，主要讲述机械的基本组成和运动情况。学过这门课以后，我们应该能对现有机械的组成和运动情况进行分析，也应该具有运用所学知识，组合新的机构及创造出新产品的能力。因此，机械原理课程在培养学生综合设计能力的过程中，承担着培养学生机械系统方案创新设计能力的任务，在机械设计系列课程体系中占有十分重要的地位。1.2研究对象机构学的研究对象是机器中的各种

4、常用机构，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺旋机构和间歇运动机构（如棘轮机构、槽轮机构等）以及组合机构等。它的研究内容是机构结构的组成原理和运动确定性，以及机构的运动分析和综合。机构学在研究机构的运动时仅从几何的观点出发，而不考虑力对运动的影响。机械动力学的研究对象是机器或机器的组合。研究内容是确定机器在已知力作用下的真实运动规律及其调节、摩擦力和机械效率、惯性力的平衡等问题。按机械原理的传统研究方式，一般不考虑构件接触面间的间隙、构件的弹性或温差变形以及制造和装配等所引起的误差。这对低速运转的机械一般是可行的。但随着机械向高速、高精度方向发展，还必须研究由上述因素引起的运动变化。因而从40年

5、代开始，又提出了机构精确度问题。由于航天技术以及机械手和工业机器人的飞速发展，机构精确度问题已越来越引起人们的重视，并已成为机械原理的不可缺少的一个组成部分。2 工业工程2.1工业工程的介绍：“工业工程是对人、物料、设备、能源、和信息等所组成的集成系统，进行设计、改善和实施的一门学科，它综合运用数学、物理、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，对该系统所取得的成果进行确认、预测和评价。” 概括而言，所有人类及非人类参与的活动，只要有动作出现的，都可应用工业工程的原理原则，以及工业工程的一套系统化的技术，经由最佳途径达到目的。譬如工业工程中的动作连贯性分析（operatio

6、n sequence），由于人类的任何一种动作都有连贯性，因此把各动作经仔细分析，分成一个个微细单元，删掉不必要的动作，合并可连接的动作，以达到工作简化、动作经济、省时省工之目的。 工业工程又分传统IE和现代IE。传统IE是通过时间研究与动作研究，工厂布置，物料搬运，生产计划和日程安排等，以提高劳动生产率。现代IE以运筹学和系统工程作为理论基础，以计算机作为先进手段，兼容并蓄了诸多新学科和高新技术。 2.2 工业工程的起源以及在我国的发展工业工程（Industrial Engineering，简称IE）起源于20世纪初的美国，它以现代工业化生产为背景，在发达国家得到了广泛应用。现代工业工程是以

7、大规模工业生产及社会经济系统为研究对象，在制造工程学、管理科学和系统工程学等学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉的工程学科。它是将人、设备、物料、信息和环境等生产系统要素进行优化配置，对工业等生产过程进行系统规划与设计、评价与创新，从而提高工业生产率和社会经济效益专门化的综合技术，且内容日益广泛。 与发达国家相比中国的起步较晚，20世纪80年代初期，工业部门开始对工业工程有所认识，并逐步推广，1991年召开第一次全国性学术会议。 工业工程在中国的应用前景十分广阔。80年代。日本能率协会专家三上展喜受日本政府委托，在中国北京、大连等地推广应用工业工程技术，他认为，中国许多企业不需要在硬件方面增

8、加许多投资，只要在管理方式、人员素质和工业工程等方面着力改进，生产效率就可提高23倍，甚至510倍。国内应用工业工程技术比较典型的企业有：北京机床电器厂、一汽集团、鞍山钢铁公司等，都取得了明显的经济效益。当前中国发展工业工程的一项重要工作是是人才培养，中国最早于1993年招收工业工程专业的本科生，目前已有70余所院校设有工业工程系或专业。2.3 专业见解作为一个工业工程的学生应该时刻有IE意识，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、快速响应需求的意识等。在IE的运用中，树立IE意识比掌握IE技术和方法更为重要。 IE的意识是IE实践的产物，是对IE应用有指导作用的原则和思想

9、方法。主要的IE意识包括以下几个方面：1） 成本与效率的意识。IE追求整体效益最佳（以提高总生产率为目标），必须树立成本与效率的意识。一切工作从大处着眼，从总目标出发；从小处着手，对每个细节都力求节约、杜绝浪费，寻求以成本最低、效率更高的方法去完成各项工作.2） 问题和改革的意识。IE追求合理性，使各生产要素有效的组合，形成一个有机的整体系统，它包括从操作方法、生产流程直至到组织管理各项业务及各个系统的合理化。任何工作都能找到合理更好的方法去完成，改善无止境。为了使工作方法更趋合理，就要坚持改善、再改善。树立问题与改革意识，不断发现问题，考察分析，寻求对策，勇于改革和创新。3）工作简化和标准化

10、意识。IE追求高效与优质的统一。推动工作简化、专门化和标准化，对降低成本、提高效率起了重要作用。生产技术的改进的成果都可以以标准化的形式确定下来并加以贯彻。4）全局和整体意识。现代IE追求系统整体的优化，为此必须从全局和整体出发，针对研究对象的具体情况选择适当IE手法，并结合IE的整体和全局性，取得良好的整体效果。5）以人为中心的意识。人是生产经营活动中最重要的一个因素，其它因素都要通过人的参与才能发挥作用。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与改进工作，提高效率。2.4工业工程的作用首先，IE是进行作业标准时间设定的工具。如果没有这种作业标准时间设定，

11、那么不仅工厂的生产计划无法制定，甚至是否有剩余产能或是产能不足都不得而知。所以标准作业时间设定是近代企业经营不可缺少的东西。其次，IE是工程分析的改善工具。以往的IE是将工厂细分化，然后逐步的改善。但现在这种方法只能适合局部的改善，由于不能和企业利益直接挂钩，所以渐渐采取先进行整体分析，然后改善的方法。2.5工业工程的特点IE是以工程技术为基础，配合科学管理的技巧来发现问题/解决问题/预防问题；IE最终目的是经由管理的运作，使企业能获得最大的利益，故与成本或经济效 益有关，包括制度、作业方法、机器、模具、夹具均应予掌握并加以改善；IE是一门应用科学，其操作理论均要能符合实际的需要，是故IE工程

12、师均应具 备身体力行的能力，而使理论与实务相得益彰，保证管理效果；IE是运用重点管理的技巧，在所面临的问题上做重点突破。2.6工业工程的主要范围现阶段的IE（工业工程）的主要工作范围大致是：工程分析、工作标准、方法研究、作业测定、价值分析（VA）、工厂布置、搬运设计等。对制造业来说，IE的研究对象是工作系统，工作系统的构成要素包括输入、变换、产出与反馈过程常用的IE方法工厂布局布局与配置搬运分析作业方法程序分析动作分析经济性分析作业测定时间分析标准时间作业抽样分析设备效率管理 生产匹配瓶颈分析作业平衡一个流程 2.7工业工程的发展动因 概况地说发展的动因在于三个方面,即社会生产力发展的需求、科

13、学技术日新月异的成果的支持作用和社会环境(或说经济形态),确切地说是商品经济所提供的社会发展环境。生产力的发展使生产与管理系统的规模越来越大和越来越多样化。这客观上要求必需存在着分析、设计、改善这些系统和管理的技术体系,因而本世纪初在生产力开始快速发展时,才产生工业工程。而科学技术成果如运筹学、统计学、系统工程、计算机工程及信息技术都为工业工程技术体系提供支持和手段。商品经济提供了企业竞争的社会环境,谁做得更好,谁就生存、成功,否则消亡。这样客观需要提供竞争的武器。因而无论是工业发达国家,还是像印度、泰国、马来西亚这样的发展中国家都不约而同地采用工业工程来提高企业竞争能力,且收效甚佳。也可说工

14、业工程是商品经济的产物。根据上述分析就很容易理解工业工程发展的历史原因和过程。 2.8工业工程的研究领域1）人因工程：在设施的工程设计时综合应用关于感觉的，知觉的，智力的，和精神运动的知识，以提高操作的水平和工人工作的质量。2）制造系统工程：需求计划，分析和制造方法的设计，工艺和综合的系统包含装备，控制，服务，管理和新的技术如计算机：计算机辅助设计/计算机辅助设计制造 (CAD/CAM），自动控制，机器人，和电脑控制。3）运筹学：用统计，随机过程，数学建模，电脑科学，和优化等原理和方法来研究与开发数值的评估，认证，分析，组织，设计和综合的物理的和运转系统的表示方法的规律与技术。4）生产管理：分

15、析，设计，安装，和维护一个包含生产和分发商品和服务的生产或管理系统的方法和理论。其任务是计划，调度，配置，和控制生产过程并有效利用的资金，人力，资源。5）仓库管理（Inventory Control):用统计管理（统计软件SPC等）。6）模拟（Simulation):用软件（ARENA等）来模拟。7）制造设计：用Pro E， Solid works，Cad，Ca ti a等 来设计。3工业工程与机械原理的关系3.1工业工程与机械原理是一个相辅相成的关系，在工业工程的各个领域都能够找到机械院里的影子，下面举个在人因工程领域的例子。3.2人因工程学与机械原理的关系人因工程学(Ergonomics或

16、Human Engineering)又称工效学、人机工程学、人类工效学、人体工学、人因学等各种名称，是一门重要的工程技术学科。它是管理科学中工业工程（IE，Industrial Engineering）专业的一个分支，是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门科学。其中侧重于研究人对环境的精神认知称为cognitive ergonomics或human factors,而侧重于研究环境施加给人的物理影响称为biomechanics或physical ergonomics。该学科在其自身的发展过程中

17、，逐步打破了各学科之间的界限，并有机的融合了各相关学科的理论，不断的完善自身的基本概念、理论体系、研究方法，以及技术标准和规范，从而形成了一门研究和应用范围都极为广泛的综合性边缘学科。因此，它具有现代各门新兴边缘学科共有的特点，如学科命名多样化，学科定义不统一，学科边界模糊，学科内容综合性强，学科应用范围广泛等。 下面举一个人因工程学的座椅设计例子：利用人因工程学原理，对座椅的设计进行了较为深入的研究。 对不同功能的座椅进行了不同的设计，尤其对座椅的椅面、高度、宽度、深度及倾角和靠背的高度、宽度及倾角作了详细的阐述，利用人因工程学原理，设计出了最安全、最舒适的座椅，并对座椅进行了分析评价，提高

18、了座椅的工作效率和舒适性。从普遍存在于生产车间的工作椅到功能强大的太空航天用椅，人体坐姿或座椅设计不当都将引起人体过早疲劳，长期下去，还会引起累积损伤。座椅首先是一个坐具，这是它最基本的功能，舒适度是衡量椅子设计优劣的重要标准之一。 座椅设计不仅要在制造工艺和生产方面可行，符合安全要求，更重要的是在设计思想中体现人因工程、解剖学，使人坐着舒适，这才是我们最终的目的。座椅的分析主要从以下几个方面分析：1)人体坐姿生理特性分析：正常的姿势下,脊柱的腰椎部分前凸,而至骶骨时则后凹。 在良好的姿势下压力适当的分布于各椎间盘上，肌肉组织上分布均匀的静载荷。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常产生腰

19、部酸痛、疲劳等不适感。舒适的坐姿应保持腰曲弧形处于正常状态， 在这种状态下，各椎骨之间的间距正常， 椎间盘上的压力轻微而均匀，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保证血液循环正常因此最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移， 使上体略向后倾斜并保持体腿夹角在90115， 同时大腿与小腿之间的角度一般为,100120，小腿与脚掌一般为8590，大臂与小臂一般为,8090，如能保持这种状态人体就会达到比较舒适的坐姿。2） 坐姿的舒适度分析：适当的靠背可使疲劳降低；大于90的靠背可防止骨盆的旋转，增加坐姿的稳定性，且使坐姿更接近自然状态。工作座椅应尽可能设计得可以坐立兼顾。 实际上，人们在工作中都是不时地调整着自己的坐姿。在只能采取坐姿的情况下，就会自动变换坐的姿势以调整肢体各部分的负荷分配，以使肢体各部分的负荷得到调整。3） 座椅设计原则:座椅设计必