工业工程概论

1、工业工程专题崔凯2014年课前序言课程学时与进度（1-16周）课程特点（工程&管理特性）课程目的与要求（意识+理论，方法+应用）课程内容（涉及领域广，掌握核心思想）课程学习（学与用）课程内容1工业工程的起源与发展 2 工业工程的理论与方法3工业工程的8种浪费与7大手法4 精益生产5 生产线平衡6 5s管理7 秒表时间研究8 安全标志设计9 煤矿安全提升案例10 人机界面11 医院流程改进 12 毛衫工艺改进 13 一汽案例14 课堂案例讨论15 课堂案例讨论16 课堂案例讨论教材与参考书目面向21世纪课程教材工业工程概论（修订版）汪应洛 主编 中国科学技术出版社 20

2、05年3月 4易树平基础工业工程机械工业出版社第一讲 工业工程的起源与发展5内容提要工业工程的起源工业工程的发展历程工业工程的作用与功能工业工程的国际应用对比工业工程发展趋势 总库日用库装盘部小汽车手推车改进及节省：总库装盘部9生产要素人、财、物投入转换产出生产的财富产品、服务生产率=产出/投入技术管理为什么IE会受到重视：因为它能够提高生产率！众所周知，日本是一个国小、人多、资源缺乏的国家。二次大战后，厂房、道路、桥梁都受到严重破坏，经济面临全面崩溃，全年1/3时间停产，加上600万日军和移民拥回而失业人数激增。再看今天的日本，面积不到38万平方公里，人口不过1亿多，但国民生产总值占世界国民

3、生产总值的10%。12日本生产率的变化：生产率%美国生产率100502060708090年拿汽车工业来说： 美国用工量 日本用工量装配一辆汽车 33个 14个制造一辆车身 9.5小时 2.9小时制造一发动机 6.8小时 2.8小时IE-INDUSTRIAL ENGINEERING-工业工程，简称IE，是世界上公认的能杜绝各种浪费，有效地提高生产率和经济效益的，把技术与管理有机地结合起来的一门边缘学科。 工业工程的产生1776 年，亚当斯密斯提出的“劳动分工”的概念；1799 年，美国的惠特尼提出了“互换性”概念，奠定了合理化、专业化、机械化、简单化和标准化的基础，使生产能向大量生产发展；183

4、2年，英国的巴比奇在论机器和制造业的经济一书中提出了“时间研究”的概念，论述了专业分工、工作方法、机器与工具的使用、制造的经济原则等；人们开始用新的思考方法来研究提高效率，这些都为生产的标准化、专业化和管理的科学化奠定了基础，并孕育了IE 的思想，为IE 的诞生和发展打下基础。工业工程发展史工业工程发展史创新管理阶段科学管理阶段管理科学阶段质量管理阶段20世纪初二次世界大战20世纪50年代20世纪70年代至今 IE的发展（）经典IE的建立 第一个阶段叫科学管理阶段工业工程的奠基阶段。实际上科学管理就是20世纪初工业工程这个学科的名称。1913年福特在其创办的底特律公司发明了移动式大规模装配生产

5、线，生产系统从小规模的作坊式企业走上了较大规模生产的工厂制。这一时期，对工业工程产生重要影响有：一个是泰勒（F. W.Taylor），一个是吉尔.布雷斯夫妇（ Frank &. L. Gilbreth）。 让我们看看IE史上两个 关于他们经典的小故事。 两个经典IE小故事泰勒的时间研究吉尔.布雷斯夫妇的动作研究 让我们再看看这一时期还有那些重要的历史人物和历史事件！泰勒的时间研究（Time Study） 有关系？”，“究以何种铲重为最经济最有效？”，“什么样子的铲子，工人拿了既舒服又铲得多，铲得快？” 。 1898年，泰勒工作于伯斯利恒（Bethlehem）钢铁厂，当时该厂雇有铲手工人4006

6、00名,每日在一长约2里、宽约1/4里之广场上，铲动各种不同之物料。这些铲手不用工场所准备的铲子，很多人自己从家中带来铲子，铲煤时，每铲重仅3.5磅，而铲矿砂时每铲竟重达38磅。这种自备铲子的情形与每铲重量之差额，引起泰勒的好奇。他想：“铲子的形状、大小和铲物工作量有没 于是，泰勒选两名优良铲手，分别在场内不同地点作试验工作，同时用秒表（Stop watch）记录其时间，并分别用大小不同的铲子去铲比重不同之物料，并分别记录所用铲子的大小及式样和每铲重量，经多次试验后，发现每铲重量约为21.5磅时，可得最经济、最有效之结果。既铲重物时用小铲，铲轻物时用大铲，但每铲重量均约为21.5磅左右。泰勒得

7、此结果后，于是设计各种尺寸大小不同的铲具，训练工人，并拟定奖工办法，凡工人能完成规定之工作时，可得日薪60之奖金，否则派员授以正确工作方法，务使其亦可得同样奖金。 经此改善后，原需400600名工人才能完成的工作，采用新方法后，140名工人即可完成。因此，每吨所需铲费减少达50，而工人工资则增加60，除去因研究所需各项开支外，每年尚可节省78，000美元。如此不但使工厂的生产量大增，也使铲手工作效率提高，待遇增加，工作情绪也愉快很多。吉尔布雷斯的动作研究（Motion Study） 1885年，吉尔布雷斯受雇于一营造商，发现工人造屋砌砖时，所用的工作方法及工作的快与慢，互不相同。“究以何种方法

8、为最经济及最有效？” 于是他们分析工人砌砖之动作。发现工人每砌一砖，先用左手俯身拾取，同时翻动砖块，选择它最好的一面。堆砌时，放置外向。这个动作完成后，右手开始铲起泥灰，放在堆砌处，左手放砖块后，右手又用铲泥灰工具敲击数下来固定砖。他们把这一周期性动作拍制成影片，并进行细心研讨和分析， 发现：工人俯身拾砖，容易增疲劳；左手取砖时，右手闲散，也非有效方法；再敲砖动作，也属多余。 于是他们对工人的动作进行改善。经多次试验，得到一种砌砖新法。其方法是：把砖块运至工作场时，先令价廉工人挑选好砖，放在一个木框内，每框盛砖90块，砖最好之一面或一端，朝一定的方向放，这个木框悬挂在工人左方身边，使左手取砖时

9、，右手同时取泥灰，同时改善泥灰的浓度，使砖置放其上时，不须敲击，就能够定位。 吉尔布雷斯的动作研究（Motion Study） 经改善后，工人工作量大增，其砌每一砖的动作由18次减至5次，工人经训练后，老法每小时原只能砌120块，用新法则可砌350块，工作效率增加近200。IE发展史上重要的历史人物 这一时期，重要的历史人物除了泰勒和吉尔布雷斯夫妇外，其他还有：甘特 、亨利费尧、艾默森、汤普逊、法约尔、休哈特等。他们这一批学者都可以视为是IE的创始人。泰勒“工业工程之父” 泰勒(Frederick Winslow Taylor) 的贡献：发展工作研究、方法研究及工作评量。1911 年出版科学管

10、理原理提出科学管理四原则将每一个人的工作、每一单元均以科学方法加以分析，取代以往尝试错误所得的经验法则选择最适当的作业员，而且要训练作业员以经过研究的方法来改善。使管理员与作业员之间，发展出合作的精神。在管理者和作业员之间，将工作责任公平的划分出来，使各方均能尽其所长。 泰勒倡导科学管理，因此大家公认他是“科学管理之父”、 “工业工程之父”、 “时间研究之父”。 吉尔布雷斯夫妇 吉尔布雷斯夫妇(Frank &.L. Gilbreth)，他们最大的兴趣和贡献在于：动作研究，以影片对工作进行分析、研究与改良设定了十七种基本动作要素以及工作流程分析， 为工作与操作的改进和后来的预定时间标准创造了科学

11、的依据 1924 年吉尔布雷斯先生过世，吉尔布雷斯夫人仍热衷于继续他们的工作，并于1935 年至1948 年间担任美国普渡大学教授。她是第一位获得胡佛勋章及第一位荣登为闻名的美国国家工程学术研究学者名录的妇女 。 甘 特 甘特(Henry Laurence Gantt， 1861-1919)：他与泰勒一同工作于密德瓦钢铁公司。他进行作业进度规划研究和记件工资制研究，发明了著名的甘特图(Gantt Chart)，用棒条图图形来控制工作流程及进度，对于进行中或已完成的工作一目了然，甚至于到今天这个技术仍然被广受采用。Gantt Chart 亨利费尧 亨利费尧(Henri Fayol)：与泰勒亦为同

12、时代的人。泰勒工作于工厂阶层，强调其功能型的组织；而费尧工作于由上到下观点的结构型组织中，他发展出第一个企业组织的合理化研究方法。费尧崇尚军事型的组织，笃信每一个人只能有一个老板。 艾默森 艾默森（Harrington Emerson）：他虽然与泰勒为同时期的工作者，但两人的方法迥异。泰勒对其工作要求非常精确且兴趣在基本资料的订定上；而艾默森在研究方法上比较具弹性并且将科学管理的概念引申运用于范围更广的组织，他强调有良好的组织才能达成较高的效率之重要性。 汤普逊 汤普逊(C. Bertrand Thompson)：汤普逊也是对科学管理有着重要的贡献者之一。他与泰勒及其同志们，创造一套会计分类制

13、度，与今日以电子计算器处理成本的办法相似。汤普逊认为科学管理运动对于管理学最重要的一项贡献是泰勒的“例外原理”。该原理指出，一位经理人日理万机，为免于纠缠日常例行杂事，占据甚多时间，他应该集中力量，去处理成效最好的或最坏的工作，以便实时改良。 重要的历史事件1913年福特在其创办的底特律公司发明了移动式大规模装配生产线；1916年，法约尔（H.Fayol）提出了工业经营的6项职能、管理的5种职能和14条管理原则；1924年休哈特首创质量控制图使统计学成为IE 研究中的一项有力武器；19241932年，梅奥（G.E.Mavo）主持进行了著名的“霍桑（ Hawthorne）实验”；贝尔电话试验所的

14、萧华德博士(Dr. Walter )首先提出的统 计流程控制(Statistical Process Control，SPC) ，使得工业获 得经济而敏捷的方法，他被认为是品质的“统计控制之父”。 IE的发展（）经典IE的发展 第二个阶段管理科学阶段，第二次世界大战及战后。这个阶段的主要特征从原来的基于经验的越来越强调基于科学的研究，其标志就是运筹学（Operation Research）的广泛应用。在二战中大量的运筹研究，在50年代与IE相结合，成为IE方法的基础。 运筹学应用案例运筹学 Operation Research 运筹学研究的内容十分广泛，主要分支有:线性规划、非线性规划、整数规

15、划、几何规划、大型规划、动态规划、图论、网络理论、博弈论、决策论、排队论、存储论等等。这些理论在企业的物流管理、计划管理等以及日常生活中都得到了广泛的应用。【案例2】【案例1】举例 餐厅的服务流程如下：1、客人就座；2、服务员上茶、点菜；3、客人等上菜；4、客人进餐；5、买单以快餐的速度来计算各个环节所需时间：1客人就座2分钟.2服务员上茶、点菜3分钟.3客人等上菜15分钟.4客人进餐10分钟.5买单3分钟.整个服务流程的时间为33分钟，其中第三环节的客人等上菜耗时最多。1点餐买单2分钟.2打饭打菜2分钟.3就座2分钟.4进餐10分钟整个流程的时间为16分钟，这也是麦当劳、肯德基的服务流程。生

16、产计划问题 某工厂生产A、B、C三种产品，每种产品的利润分别是2000元、3000元、1000元；生产单位产品所需的工时及原材料如下表所示，若供应的原材料每天不超过3吨，所能利用的劳动力的总工时是固定的，问应该如何制定生产计划，使三种产品的总利润最大？ 生产每吨产品所需的资源产 品A（X1）B（X2）C（X3）所需的工时占总工时的比例1/31/31/3所需原材料（吨）1/34/37/3如何解决？IE的发展（）经典IE的发展 在这个阶段，市场竞争的焦点以资本、实力竞争为主，工业工程从早期应用工作研究解决现场效率提高发展到企业整体的设计、改善，包括工厂设计、物料搬运、人机工程、生产计划、贮存控制、

17、质量控制等，它们正式成为工业工程的内容。特别地，各种先进的计划与调度理论不仅广泛地运用于制造业、运输仓储业，还应用到服务业等各行各业。IE的发展（）现代IE的建立 第三个阶段是20世纪50年代到70年代。 这一时期工业工程已不仅仅是欧美工业发达国家的“专利”，而且已被成功引入亚太地区。最典型、最成功的是日本人。他们在战后经济恢复期从美国的管理思维和技术手段中成功地将工业工程引入日本各行各业，并进行日本式消化和改造，开创出丰田生产方式（Toyota Production System，简称“TPS”）、全面质量管理（Total Quality Control，简称“TQC”）等。 此外，从70年

18、代开始，系统工程、计算机技术被引入IE学科，逐步奠定了现代IE的理论基础与技术基础。IE的发展（） 这个时期IE比较重要的事件就是质量革命，质量变成IE的一个重要的研究目标，这个时期发明了诸多重要的方法，如“六西格玛”管理、全面质量管理等，这些方法直到今天还是非常的行之有效。 这个阶段著名的人物有质量学家戴明、费根堡姆和朱兰、克劳士比、石川磬等。戴明品质之神 戴明博士 (Dr. W. Edwards Deming)：为近代著名的品管大师，第一个把统计的方法用在质量中的学者。他成名于日本，是一位教日本人提升品质的美国人。他被日本人尊称为“品质之神”。1951 年起，戴明奖已被日本企业界视为最高荣

19、誉。 他将品质经营的理念和其重要性带到了经济快速发展中的日本，改变了日本产品劣质、廉价的形象。戴明所提出的PDCA循环（PlanDoCheckAction）理论和方法也得到了推广。 找原因找要因订计划执行检查总结经验提出新问题找问题 执行（Do） 检查 （Check） 处理 （Action） 计划（Plan）PDCA循环PDCA循环又成为戴明环，是美国质量管理专家戴明博士首先提出的，能使任何一项活动有效进行的一种合乎逻辑的工作程序。 费根堡姆 20世纪50年代，美国两个著名质量管理专家费根堡姆（A.V.Feigenbaum）和朱兰(J.M.Juran)，首先提出了全面质量管理的思想概念。费根堡

20、姆写了一本书全面质量控制（Total Quality Control）。在质量管理科学发展史上，该书第一次系统阐述了全面质量管理的理论和方法，被全球质量管理界称为质量管理世著。朱兰 1951年，朱兰主编了质量控制手册（Quality Control Handbook），描绘了全面质量管理的质量螺旋的深刻涵义。 朱兰博士指出产品质量是在市场调查、开发、设计、计划、采购、生产、控制、检验、销售、服务、反馈等全过程中形成的，同时又在这个全过程的不断循环中螺旋式提高，所以也称为质量螺旋。它强调产品质量是不断改进和不断完善的！适用性市场研究产品开发设计检验生产制造资源配置采购供应工艺准备服务销售用户市场

21、研究供应厂商朱兰质量螺旋 克劳士比 从1952年到1955年间，他在克罗斯利公司的生产车间工作，第一次解触到质量并开始加入了ASQ。随后，他成为马丁-玛瑞埃塔公司质量经理，继续发展他的质量理论，创造出“零缺陷”的概念。零缺陷活动目的是消除工作中的缺陷。克劳士比第一次提出“高质量可以低成本为代价” ，并指出“质量是免费的”，“高质量将给企业带来的高经济回报”。 零缺陷活动的基本观点为：否定“错误难免论”，追求缺陷为零的目标；每个人不仅是生产者，也是质量检查者，还是管理参与者；激励每个职工“第一次就要做好”的积极性。石川磬鱼骨图 1952年石川磬博士所发明，故又称石川图，又因其形状似鱼骨，故亦称鱼

22、骨图。对于结果（特性）与原因（要因）间或所期望之效果（特性）与对策间的关系，以箭头连结，详细分析原因与结果之关系，也称因果图。人机要解决的质量问 题大原因中原因小原因料法环IE的发展（）现代创新、国际化IE 第四阶段从20世纪70年代中期到今天，可以称为创新期。这个时期是社会生产力最为活跃的时期。 70年代，日本推出了JIT（Just In Time）准时制生产，美国90年代将其总结为精益生产（Lean Production）；PTM（ Total Productive Maintenance）全员生产保全。台湾、韩国、香港、新加坡、泰国等都建立了IE的研究、教育、开发和推广应用体系，加大工业

23、工程的开发与应用力度。 进入90年代以后，工业工程有了突飞猛进的发展，首先在原有的MRP (Material Requirement Planning 物料需求计划)闭环系统的基础上，发展为ERP系统，真正地加入信息管理，并且实现了全球资源的充分利用。 IE的国际化 国际市场的形成，并由于是全面性供大于求的竞争，竞争集中在价格、质量、品种、交货期、售后服务等全方位上，使企业的生存对管理的依赖性空前加强。企业也不仅仅是大型化，而是更加注重多样化、柔性化，生产力发展速度在世界各国很不平衡。然而，信息时代的到来是计算机、系统工程、通讯技术、高技术的发展，它使工业工程所面临的问题既前所未有的复杂又为其

24、提供了新的技术和手段。 因而，目前是工业工程最富有创造力的时代，可全面应用于生产、服务、行政、文体、卫生、教育的各种产业之中。现代工业工程发展的特征工业工程学科的应用特点1工业工程的核心和根本点在于提高生产率（降低成本，提高质量和生产率）2工业工程的研究强调系统性3工业工程注重人的因素4工业工程注重知识应用的综合化5工业工程注重不断创新6. 工业工程面向由微观向宏观管理47工业工程年表IE 1900 1920 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 科学管理法库存模型统计质量控制OR价值工程工厂布置物料搬运网络计划系统模拟工程经济MRP闭环MRPMRPIITQC/

25、TQMERPCIMS最优生产与TOC敏捷制造SCMJIT电子商务精益生产系统模拟ISO9000决策理论系统工程行为科学现代IE之发展50工业工程的作用与功能低成本高效率实现企业目标实现企业管理创新工业工程在美欧、日、韩、港、澳台等工业化发展进程中起到重要作用工业工程与管理积累与创新 台湾清华大学的陈茂生教授的比喻51将生产力比作水桶中的水(D)，专业工程技术比作水桶的一个耳子(A)，而工业工程应是另一个耳子(B)，C为管理。管理目标是多提水，但如果缺乏工业工程，水桶只有一个耳子(A)，技术上再下功夫，也只能提出半桶水，不可能提满水。图3 工业工程、管理、专业工程关系示意图 A DABDCC52

26、推论: 泰勒制及后来发展的工业工程是经济发展过程中实现管理现代化所不可缺少的内容与阶段。53 无论是在买方市场或卖方市场的环境下，管理的基础、效率、成本始终是企业竞争的资本，这个积累过程不能省略，它是企业提高竞争力的基础，而工业工程是支持企业管理目标实现的哲理和技术手段。西方是按此规律走过来的，日本、台湾、韩国、香港是这样走过来的，中国也不可能例外。 40年代末50年代,日本经济处于瘫痪状态 美国著名质量管理专家戴明（Deming）, 朱兰（Juran）到日本从质量管理入手从石油危机的70年代开始,日本研究出JIT管理体制 以杜绝一切浪费为目标、追求零库存为目标1980年日本在汽车和家电许多产

27、业超过美国 汽车的世界市场:日本占28.4%,美国为22.6%工业工程在先进国家的应用54美国MIT组织50名管理专家赴日本欧洲考察把日本的生产管理制命名”精益生产” 美国奥列弗怀特(Oliver W. Wight)提出：制造业是社会财富的基本源泉美国制造业重新整顿 1990年再度领先，超过日本通用电气排名第一,前50名中美国占28名 工业工程在先进国家的应用55工业工程在发展生产中的作用 提高生产率美国近10年来，生产率每年增加2.5%，其中决定生产率提高的3个主要因素所占比例如下： 1.6%0.4%0.5%所占比例管理资本劳动力因素56企业三大主要任务所占的比例（美国某企业统计实例）114

28、%21%71%企业效益增加生产管理（假定节约20%）财务 （假定节约50%）市场 （假定增加50%）三大任务说明：市场份额增加50%是很困难的。57 美国工业工程师人数1990年统计：占8.9%，到2000年增加19%150所大学有IE系，92所可招收硕士、博士生 台湾全省有二千万人，IE在学人数26000人。“中钢”公司，产钢690吨，9000职工，工程师和管理干部2650，工业工程师125人。 工业工程师58欧美IE注重管理方法和管理信息系统的建设装配线物料需求规划MRP，企业资源规划ERP并行工程CE同步制造SM供应链管理SCM敏捷制造AM日本则强调IE在操作级的实际应用产品设计JIT质

29、量控制工业工程的国际应用对比59技术人物料设备能源信息低成本高效率IE目标设计规划行为运作人人物料设备能源信息低成本高效率IE目标使用改善准时化自动化欧美日本两种IE方式的融合 - 中国IE的摸索和探讨60工业工程的国际应用对比中国IE探索走结合的道路：技术改善和人员结合中低端产业偏向人员优化方向(低附加值，充分利用人力低成本优势)高端产业偏向技术提升方向(高附加值，充分利用技术效益优势)坚持质量原则制度化、流程化借鉴日本经验，先从基础IE做起基础IE工作如5S/SOP/ST/SPC有选择地吸收如6SIGMA/JIT/LEAN/MES概念简单、易用、使用先走基础IE，后走系统IE，是中国IE比

30、较可行的道路。61工业工程在我国的发展及应用20世纪5060年代，自发开展提高劳动生产率的活动：郝建秀操作法、倪志福技术革新、“毛泽东号机车组”操作法20世纪80年代：日本专家三上辰喜在我国推广IE，长春一汽推广JIT进入90年代 ，已有许多企业在推行工业工程方面受益匪浅621986年，上海金陵无线电厂通过推广IE使该厂流水线生产能力提高了40%，半年间仅成本就节约了80万元。成都市红光电子管厂在引进的显象管生产线上应用IE，年增产42万只电子枪，投入0.98万元，获得363万元的效益。63工业工程在我国的发展及应用上海仪表局下属八家厂推广应用IE，投入50万元，收入6200万元。北京机床电器厂运用IE改造电器产品装配生产线，使产量翻番，年新增产值1165万元，新增税利349万元。1992年初广州电池厂，以二车间为IE试点，四个月时间，取得经济效益19万元节省20个劳力，节约场地48平方米。九月份，全厂推广，年底取得经济效益200万元，节约152个劳力，场地313平方米。 93年取得经济效益1200万元；94年取得1500万元。64IE在我国的学科发展和教育培养20世纪90年代：第一个IE学术团体成立