工业工程理论与方法

1、Shanghai Jiao Tong University江志斌江志斌 教授教授 工业工程与物流工程系工业工程与物流工程系 主任主任2011.3.292011.3.29工业工程概论工业工程概论Shanghai Jiao Tong University引子引子一个人的传奇故事一个人的传奇故事泰勒（Frederick W. Taylor）科学管理之父、工业工程的先驱Shanghai Jiao Tong University引子: 一个人的传奇故事考入世界最著名的大学，却无缘完成学业。从普通工人、技工、工长，总技师一直做到总工程师的成长经历。系统地进行了工场作业和衡量方法研究，创立了“时间研究”(T

2、ime study)，改进操作方法，科学地指定劳动定额，采用标准化，从而大大地提高了工作效率，降低了成本 。著名的“铁锹实验”;提出了一系列科学管理原理与方法，主要著作：计件工资（1895）、工场管理（1903）以及科学管理（1911）。Shanghai Jiao Tong University引子: 一个人的传奇故事（续） 泰勒制的基本特征是泰勒制的基本特征是”三定三定”：定标准作业方法，定标准工作时间，定每日的工作量，形成了高工资与低生产成本的管理 。Shanghai Jiao Tong University引子：一个人的传奇故事（续）Shanghai Jiao Tong Universi

3、ty引子：福特汽车Shanghai Jiao Tong University引子：福特汽车 (续）作坊式生产作坊式生产流水线式生产流水线式生产Shanghai Jiao Tong University引子：丰田汽车 丰田精益生产的核心理念丰田精益生产的核心理念：Just in TimeShanghai Jiao Tong UniversityDr James P. Womack Visited IE&M Dept. of SJTUShanghai Jiao Tong University引子: “名人名言”Shanghai Jiao Tong University内 容Shanghai

4、 Jiao Tong University什么是工业工程？物料物料设备设备能源能源信息信息人人集成系统集成系统设计设计改善改善实施实施自然科学（如数学，物理）自然科学（如数学，物理）社会科学（如心理学）社会科学（如心理学）工程分析和设计工程分析和设计效率效率效益效益质量质量服务服务 任务对象知识与工具目标IE是追求卓越方法：以正确的方法把事情做好！Shanghai Jiao Tong UniversityIE解读Shanghai Jiao Tong UniversityIE解读Shanghai Jiao Tong University工业工程的思想精髓Shanghai Jiao Tong Un

5、iversity工业工程的思想精髓Shanghai Jiao Tong University工业工程的思想精髓Shanghai Jiao Tong University工业工程的思想精髓Shanghai Jiao Tong University工业工程的思想精髓Shanghai Jiao Tong University内 容Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong U

6、niversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的起源与发展历程Shanghai Jiao Tong UniversityTheodore Roosevelt (1858-1919)美国第26届总统(1901-1909 )IE的历史贡献之一：美国全国效率的觉醒我们看到森林在消失、水力资源在浪费、土壤流失到大海，以

7、及煤与铁的耗尽。但是，由于草率行事、错误指挥和低效率导致的人力资源的浪费每天都在发生,Roose-velt总统称其为“整个国家都缺少的效率”,这种浪费不易被查觉、没有引起重视”Roosevelt总统实现美国“效率的觉醒”；泰勒的科学管理启动了美国整个国家的“效率”运动。 Shanghai Jiao Tong UniversityIE的历史贡献之二：若干事实在美国得到高度的重视在美国得到高度的重视并得到泛应用并得到泛应用美国制造业发达历就是工业工程发展的历史；现代制造系统与先进制造系统无不与IE关联；美国企业都设立工业工程部门、设立工业工程岗位，工业工程最繁忙美国具有一只庞大的工业工程师队伍Sh

8、anghai Jiao Tong UniversityIE的历史贡献之三 全方位渗透金融证券：金融证券：Financial & Stock医疗卫生：医疗卫生：Health care system 体育竞赛：体育竞赛： 1996 Atlanta Olympics 交通运输：交通运输：Transportation 行政管理：行政管理： Government Administration 其他服务其他服务 Services信息系统决策支持系统电子政务工作流优化门诊的流程图记录急救中心的配置人员的工作调度工作研究金融证券分析投资理财评估税率优化后勤保障系统赛场运输问题交通网络的设计顾客需求与运

9、输计划车辆调度电子商务物流服务顾客满意度的优化服务成本与质量Shanghai Jiao Tong UniversityIE的历史贡献 之四 丰田生产方式70从美国引进从美国引进IE创新的先进管理思想创新的先进管理思想Shanghai Jiao Tong UniversityIE的历史贡献之五：台湾的工业工程Shanghai Jiao Tong UniversityIE的历史贡献之五：台湾的工业工程Shanghai Jiao Tong University工业工程的基本职能系统规划功能系统设计与实施功能 系统评价功能 系统创新功能 系统规划功能系统规划功能宏观系统规划：产业政策、产业结构、产业技

10、术政策、技术发展规划、工业教育及培训规划等；微观系统规划：企业产品开发、业务开发、企业经营战略、技术更新与改造、安全环境规划、质量成本规划、产品标准及系列规划、职工教育及人力资源开发规划等 ；IE 体系：四大基本功能Shanghai Jiao Tong University系统设计与实施功能系统设计与实施（制造系统、质量保证系统、组织结构系统、信息管理系统、物流系统）；工作研究与实施，包括生产流程设计、生产技术选择、作业程序方法设计、作业时间及动作标准制定、作业环境设计、人力资源开发与设计等；生产过程控制，包括制造资源计划、质量控制与系统可靠性、生产计划与控制，过程成本控制； IE 体系：四大

11、基本功能工业工程的基本职能系统规划功能系统设计与实施功能 系统评价功能 系统创新功能 Shanghai Jiao Tong University系统评价功能主要借助各种分析工具对系统的效益或成果进行评价分析，以达到最优的结果。包括技术经济发展预测预测评价、投资分析、产品设计评价、工程经济分析与评价、各种规划设计方案的评价、现存各子系统的评价、质量与可靠性评价、职工业绩评价等。 工业工程的基本职能系统规划功能系统设计与实施功能 系统评价功能 系统创新功能 Shanghai Jiao Tong University系统创新功能通过对系统的分析评价、完善改造以达到促进系统不断创新的目标。包括产品改进

12、、工艺改进、设施改进、系统组织改进、工作方式改进、技术创新的激励与组织 。工业工程的基本职能系统规划功能系统设计与实施功能 系统评价功能 系统创新功能 Shanghai Jiao Tong UniversityIndustrial Engineering美国美国G.G.萨尔文主编的萨尔文主编的 对美对美667667家公司应用家公司应用IEIE技技术实际情况调查统计术实际情况调查统计, IE, IE常用方法与技术分为以下常用方法与技术分为以下3232种种: :方法研究方法研究作业测定作业测定奖励工资制度奖励工资制度工厂布置工厂布置表格设计表格设计物料搬运物料搬运信息系统开发信息系统开发成本与利润

13、作业测定成本与利润作业测定物料搬运设备选用物料搬运设备选用组织研究组织研究职务评估职务评估办公设备选择办公设备选择管理的发展管理的发展系统分析系统分析库存管理与控制库存管理与控制计算机编程计算机编程项目网络技术项目网络技术计划网络技术计划网络技术办公室工作测评办公室工作测评动作研究的经济效果动作研究的经济效果目标管理目标管理价值分析价值分析资源分配网络技术资源分配网络技术工效学工效学成组技术成组技术事故与可靠性操作分析事故与可靠性操作分析模拟技术模拟技术影片摄制影片摄制线性规划线性规划排队论排队论投资风险分析投资风险分析IEIE常用的方法常用的方法Shanghai Jiao Tong Univ

14、ersity工业工程方法：统筹兼顾（建模与优化）工业工程方法：统筹兼顾（建模与优化）p工业工程的特点是强调“系统观念” ，重视研究对象的“统筹规划、整体优化和综合原理”。 p对研究对象的活动运用系统科学的方法，进行建模。p 运用运筹学（数学方法、统计方法、模拟方法）的方法对模型加以研究，以便最大限度地发挥有限资源的效益，达到总体最优的目标。Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化n工业系统日益复杂。为要更精确、更科学地进行研究，人们将物理学中所用的研究方法引入生产研究中。物理学的研究方法： 将物理学的研究方法转化为系统科学的研究方法： 实实 验验观观

15、察察假假 设设验验 证证实实 验验构造模型构造模型操操 纵纵解解 释释Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化工业工程方法：建模与优化模型是客观真实世界的复映(Replica)或抽象(Abstraction)，包括：物理模型、图形模型、数学模型。数学模型，属于高度抽象的模型，也是定量表达模型。数学模型过去是为物理学服务，如今则也可为管理科学所用。由于数学模型能精确表达问题的现状，所以便成为一种有用的研究工具。Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化工业工程方法：建模与优化模型模型算法算法真实世界复杂问题真实世界

16、复杂问题数据数据科学化决策科学化决策效率效率 成本成本 服务水平服务水平优化决策过程优化决策过程Shanghai Jiao Tong University最优化路径问题：一家坐落在 Berne 的公司经常要把它的产品运送到 Milan，如何为它的卡车司机设计驾驶路线。一些例子一些例子工业工程方法：建模与优化Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化Fig.6-2 Pear Disk Drive Transportation Problem807847554512095250420380280运输问题运输问题Shanghai Jiao Tong Unive

17、rsity用线型规划求解vLet m (=3) be the number of sources and n (=4) be the number of sinks;vxij=the flow from the source i to sink j for 1 im and 1jn;vcij =the cost of shipping one unit from source i to sink j;11nmijijijMinc xSubject to111;1;011mijijnijjiijxaforinxbforjmxforin andjm Results:x12=45, x21=42,

18、x22=78, x31=38,x33=47, and x34=10;The cost is $297,000.工业工程方法：建模与优化Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化pTraveling Salesman Problem DescriptionA salesman starts at his home base, labeled City 1. He must make stops at n-1 other cities, visit each city exactly once. The problem is to optimize sequ

19、ence in which to visit all the cities to minimize the total distance traveled. pThe complexity in finding the solution:If the number is small, it is possible to enumerate all the possible tours, and select the shortest one;For n cities, there n! different sequences;If we could evaluate 1 trillion se

20、quences per second on a supercomputer, then a 25-city problem, nearly 500,000 years are required to evaluate all the sequences;Mathematically NP hard-no polynomial, meaning that the time required to solve such problems is an exponential function of the number of cities rather than a polynomial funct

21、ion.Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化工业工程方法：建模与优化项目管理：某公司研制新产品项目管理：某公司研制新产品p项目的最短完成时间是多少？p每一阶段什么时候开始进行？活动代号活动名称（或内容）周期直接前序a产品设计与工艺设计60-b外购配套零件15ac外购生产原料13ad自制主件38ce主配件可靠性试验8b, d一些简单的例子一些简单的例子Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化一些例子一些例子Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：建模与优化Shanghai Ji

22、ao Tong University工业工程方法：注意细节（预定时间法）工业工程方法：注意细节（预定时间法）PTSPTS的发展：的发展：1934年，美国无线电公司的J.H.Quick创立了工作因素法（Work Factor System)，简称WF法；1948年，美国西屋电气公司H. B. Maynad、G. J. Stegemerth、J.L.Schwab公开了方法时间衡量（Methods Time Measurement)简称MTM；1966年，澳大利亚的G. C. Heyde博士创建了模特排时法(Modular Arrangement of Predetermined Time Stan

23、dard）简称MOD法。预定时间系统(Predetermined Time System)简称PTS法利用预先为各种动作制定的时间标准来确定各种操作所需要的时间，而不是通过直接观察和测定。Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：预定时间法预定时间法的特点在作业测定中，不需要对操作者的速度、努力程度等进行评价，就能预定客观地确定作业的标准时间；可以详细记述操作方法，并得到各项基本动作时间值，从而对操作进行合理的改进；可以不使用秒表，在工作前就决定标准时间，并制定操作规程； 当作业方法变更时，必须修订作业的标准时间，但所依据的预定动作时间标准不变； 用PTS法平整流

24、水线是最佳方法。Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：预定时间法Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University工厂常见的操作动作上肢动作移动动作移动动作M1M1手指动作手指动作 注1、2：需要注意的动作；独：只有在其他动作停止的情况下独立进行的动作；往：往复动作。即往返一次回到原来的状态。M2M2手腕动作手腕动作M3M3小臂动作小臂动作M4M4大臂动作大臂动作M5M5伸直的动作伸直的动作反复多次反射动作指、腕、小大臂作时间依次减：为指、腕、小大臂作时间依次减：为M1/2, M1/2, M1,

25、 M2, M3M1, M2, M3；终结动作触摸动作、抓握动作G0G0碰、接触碰、接触G1G1简单地抓取简单地抓取G3G3复杂地抓取复杂地抓取（注（注1)1)放置动作P0P0简单地放置简单地放置P2P2较复杂地放置较复杂地放置（注（注2)2)P5P5组装（注组装（注3)3)其他动作下肢动作F3F3足踏板动作足踏板动作W5W5走步动作走步动作附加因素L1L1重量因素重量因素其他动作E2E2（独独）目视）目视R2R2（独独）校正）校正D3D3（独独）单纯地判断反应）单纯地判断反应A4A4（独独）按下）按下C4C4旋转动作旋转动作B17B17（往往）弯体动作）弯体动作S30S30（往往）起身动作）起

26、身动作模特法动作分类及其时间工业工程方法：预定时间法工业工程方法：预定时间法Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：预定时间法Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：持续改进（工作研究）Shanghai Jiao Tong Universityp 对系统（工厂、医院、学校、商店等）进行具体的规划设计，包括选址、平面布置、物流分析、物料搬运方法与设备选择等，使个生产要素和各子系统（设计、生产制造、供应、后勤保障、销售等部门）按照IE 要求得到合理的配置，组成有效地集成系统。p涉及SE、OR、 工作研究、成组技术、管理信息系统、工效学

27、、工程经济学、计算机模拟等知识。工业工程方法：系统设计（设施规划与设计）Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：系统设计（设施规划与设计）FactoryFLOW & FactoryPLANFactoryCADOverviewFactoryBROWSERProcess FlowCharterFactoryVIEWClick On An Oval !E-Factory工厂设计优化系统Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：设施规划与设计Shanghai Jiao Tong University底盘装配线工位作业时间描述底盘装配

28、线工位作业时间描述 底盘装配线的物料控制、底盘装配线的物料控制、调度图表调度图表(配送时间配送时间/次次)工业工程方法：设施规划与设计工业工程方法：设施规划与设计Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：以人为本（人因工程）Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：以人为本（人因工程）Jack人因工厂分析系统Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：质量第一（质量管理与可靠性技术）Shanghai Jiao Tong University工业工程方法-DEDS建模仿真离散事件系统离散事件系统DEDSDED

29、S的概念的概念Shanghai Jiao Tong University工业工程方法-DEDS建模仿真Shanghai Jiao Tong University工业工程方法-DEDS建模仿真nProModel;nAuoMod nWitness;nArena；n数字化工厂(eMPowerTM)；nCPN/Design;nOpEMCSS (work with Extend) ;pShanghai Jiao Tong University工业工程方法-DEDS建模仿真ProModel演示1:简单的制造系统成本分析收料区数控车床1数控车床2去油检测产品堆放区v给定条件：机器运行成本；工人成本；v问题：

30、为了总成本最低，几个人？Shanghai Jiao Tong University工业工程方法-DEDS建模仿真n优化参数： 装箱叉车的数量； 配货叉车数量； 接单员数量； 装箱工数量； 货场巡视员数量；n分析：n资源和人的利用率；n出货能力；n定单处理平均与最大时间；Shanghai Jiao Tong University工业工程方法：其它约束理论：抓主要矛盾系统观与全局观集成观：1+12多学科交叉。Shanghai Jiao Tong University工业工程发展与应用先进制造业半导体芯片制造纳米制造重大装备(飞机、船舶)制造非制造业物流物联网金融服务型制造娱乐业医院及健康医疗政府管

31、理咨询业Shanghai Jiao Tong University工业工程若干前沿研究半导体芯片制造大规模复杂系统优化调度控制服务型制造运作管理复杂医疗过程优化调度基于物联网的运作管理服务运作管理行为运筹学协同物流低碳生产系统应急物流。Shanghai Jiao Tong UniversityIE毕业去向2006级毕业生去向，共53人出国深造：15人，占28；读研：10人，占18.9%大型骨干生产企业（含跨国公司）：15人，占28.3%; 现代服务行业（咨询公司、金融行业、现代服务业等）：10人，占18.9%。其他：名留学生毕业回国；人尚未毕业。Shanghai Jiao Tong Unive

32、rsityIE毕业生出国留学情况刘丹丹5060209006出国巴黎高科ecole des ponts paristech秦珠婷5060209039出国U of Michigan Ann Arbor崔宇骄5060209074出国USC王述恺5060209088出国Johns Hopkins University于湉5060209112出国University of British Columbia/Sauder School of Business 宋雨5060209147出国USC或者UW-madison邬显彬5060209159出国罗格斯大学 RUTGERS谢梦得5060209194出国佐治

33、亚理工学院许多5060209303出国Bristol/KCL/Manchester戴时超5060209333出国UT Austin 韩文浩5060209357出国Lehigh University庄静5061509149出国新加坡南洋理工翁仁荣5061719026出国新加坡国立徐言华5062029026出国新加坡国立潘坚5068047011出国美国南加州大学Shanghai Jiao Tong UniversityIE毕业生读研情况姓名学号毕业去向学校/公司汪苗锋5060209058直研上海交通大学沈冰5060209078外推清华大学深圳物流院张梦霞5060209114外推清华大学深圳物流院乔

34、学斌5060209134外推同济大学龚夏冰5060209191外推同济大学肯特5060209258直博上海交通大学李林5060209350直研上海交通大学孙娜5061509070外推清华大学章欣已5061509177读研上海交通大学桂小娅5062029015直研上海交通大学Shanghai Jiao Tong UniversityIE毕业生在制造业就业情况姓名毕业去向学校/公司庄才华工作上海通用汽车杨智强工作上海烟草（集团）公司 江泽荣工作米其林孔令兴工作南车集团桂沁一工作P&G (宝洁）黄俊淦工作埃克森美孚化工商务有限公司 缪毅成工作上海通用汽车张家莹工作西门子上海分公司 花慧明工作

35、兰亭集势（Lightinthebox）蒋荻克工作福伊特造纸（中国）有限公司迟慧工作特变电工沈阳变压器集团有限公司张宏才工作宝菱重工机械有限公司蔡静馨工作欧莱雅（中国）李承远工作上海三菱电梯有限公司杨赵侠工作上海烟草集团Shanghai Jiao Tong UniversityIE毕业生在服务业就业情况姓名学号毕业去向学校/公司潘斌5060209086工作中国银行上海市分行王浩5060209107工作东方航空公司下属工程技术公司沈澄5060209162工作浦发银行南京分行沈睫5060209182工作中国农业银行有限公司上海分行 孙旭翀5060209193工作中国建设银行上海市分行-浦东新区分行张

36、劼卿5060209231工作农工商超市（集团）有限公司徐亦旸5060209302工作中国建设银行上海市分行蔡蕾5060209325上海青年干部学院刘轶菁5060209327工作伊顿（中国）投资有限公司杨赵侠5060209338工作上海烟草集团Shanghai Jiao Tong UniversityIndustrial Engineering and Management, SJTUINYONG HAM, 博士美国滨洲大学工业工程系前系主任、杰出的IE终身教授；被誉为GT之父；为CIMS开发与应用做出了杰出的贡献；领导开发与推广CAPP。If you want to be a head (of an organization ), please major in IE, the possibility is about 70%; for other engineering disciplines, the possibilit