【工业工程】工业工程简述

【工业工程】工业工程简述

工业工程的定义

(一)工业工程的定义

美国工业工程协会（AIIE）于1955年正式提出、后经修订的定义：“工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术，它综合运用数学、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，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。”

该定义表明IE实际上是一门方法学，它告诉人们，为把人员、物资、设备、设施等组成有效的系统，需要运用哪些知识，采用什么方法去研究问题以及解决问题。

在日本，工业工程称为经营工学或经营管理，被认为是一门以工程学专业（如机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程等）为基础的管理技术。

1959年日本工程工程协会（JIIE）成立时对IE的定义：“IE是这样一种活动，它以科学的方法，有效地利用人、财、物、信息、时间等经营资源，优质、廉价并及时地提供市场所需要的商品和服务，同时探求各种方法经从事这些工作的人们带来满足和幸福。”

对于IE的定义，有人甚至简化成一句话：“IE是质量和生产率的技术和人文状态。”或者可以说：“IE是用软科学的方法获得最高的效率和效益。”

（二）工业工程内涵

1、IE的核心是降低成本、提高质量和生产率

如果要用一句话来表明工业工程的抱负，那就是提高生产率。也就是说，提高生产率是IE的出发点和最终目的，是工业工程师的每一使命。

IE的发展史表明，它的产生就是减少浪费、降低成本、提高效率。而只有为社会创造并提供质量合格的产品和服务，才能得到有效的产出。否则，不合格产品生产越多，浪费越大，反而会降低生产率。所以，提高质量是提高生产率的前提和基础。

把降低成本、提高质量和生产率联系起来综合研究，追求生产系统的最佳整体效益，是反映IE内涵的重要特点。

【案例】

两个学生，甲和乙参加考试，甲的考试成绩是81分，乙考的考试成绩是78分，可以肯定甲的成绩比乙要好。

但是从效率的角度看，如果甲用时30个小时，乙用时3个小时，则在效率上肯定是乙比甲要更好，这也是投入与产出的关系。

【案例】

对于同一个汉字，如果用繁体汉字来书写，则用时就多；如果用简体字来书写，则用时就少。而且用不同形体书写的时间也可以分别进行计算，从而比较得出所用时差。

也可以计算出用繁体字书写的标准工时和用简体字书写的标准工时，从而计算出节约的时间是多少。

2、IE是综合性的应用知识体系

IE定义清楚地表明，IE是一个包括多种学科知识和技术的庞大体系。企业要提高经济效益，必须运用IE全面研究，解决生产和经营中的各种问题。这里，既有技术问题，又有管理问题；既有物的问题，又有人的问题。因而，必然要用到包括自然科学、工程技术、管理科学、社会科学及人文科学在内的各种知识。

这些领域的知识和技术不应是孤立地运用，而要围绕所研究的整个系统（如一条生产线、一个车间、整个企业等）的生产率提高而有选择地、综合地运用，这就是整体性。

IE的综合性集中体现在技术和管理的结合上。通常，人们习惯于把技术称作硬件，把管理称作软件，由于两者的性质和功能不同，容易形成分离的局面。

IE从提高生产率的目标出发，不仅要研究和发展硬件部分，即制造技术和工具，而且要提高软件水平，即改善各种管理方法与控制程序，使人和其他各种要素（技术、机器、信息等）有机地协调，使硬件各部分发挥出最佳效用。所以，简单地说，IE实际是把技术和管理有机地结合起来的学科。

3、IE应用注重人的因素

生产系统的各组成要素之中，人是最活跃和不确定性最大的因素。IE为实现其目标，在进行系统设计、实施控制和改善的过程中，都必须充分考虑到人和其他要素之间的关系和相互作用，以人为中心。从操作方式、工作站设计、岗位和职务设计直到整个系统的组织设计、IE都十分重视研究人的因素。如研究人—机关系

工作研究概述

一、工作研究的起源

工业工程的核心是降低成本、提高质量和生产率，工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术，起源于泰勒提倡的“时间研究”和吉尔布雷斯提出的“动作研究”。

“时间研究”是用科学法则代替经验法则，确定一名工人每日公正合理的作业量，并采用秒表测定，制定工时定额。“动作研究”是通过研究改进操作和动作方法，提高生产效率。

1915年、1924年泰勒和吉尔布雷斯相继去世以后，泰勒研究会重点推广“时间研究”，工业工程学会重点研究和推广“动作研究”。直到1930年以后，双方都认识到“时间研究”和“动作研究”是相互联系，不可分割的。

于是，1936年两学会合并为“美国企业管理促进协会”（S.A.M）,时间研究和动作研究结合为一体。随着动作研究技术不断发展，进一步延伸到对操作和作业流程的研究，逐步形成了“方法研究”的完整体系，时间研究的技术也日趋丰富和完善，尤其是20世纪40年代以后，出现了众多的预定时间标准，它们可以说是动作研究与时间研究的完美结合。到40年代中期，“时间研究”则更名为“作业测定。至此，“方法研究”与“作业测定”两部分结合在一起统称为“工作研究”。

二、工作研究的对象

工作研究的对象是作业系统。作业系统是为实现预定的功能、达成系统的目标，由许多相互联系的因素所形成的有机整体。作业系统的目标表现为输出一定的“产品”或“服务”。作业系统主要由材料、设备、能源、方法和人员等五方面的因素组成，其结构如图1-1所示

作业系统构成简图

进一步对作业系统的构成要素进行分析，发现各个因素的变动对作业系统的影响程度不同。表1-1是变动因素对作业系统影响程度的等级划分。

表1-1 生产系统变动因素的影响程度

一般来说，变更效高级别的因素，给作业系统的改进会带来效大的困难和不确定性。究竟选择哪一个级别的变更因素，要受到技术、经济和人的条件制约，以及研究人员的经验及其拥有职权的影响。如果选定某一级别的因素变更，那么在这个级别以下的各因素都有可能要改变。

例如，选择第二级别的变更，与此相联系的第三级别的工程、第四级别的设备和工具以及第五级别的操作动作都可能发生变更。从表1-1可知，“产品设计”的变动对作业系统的影响程度列为最高级，即一级。

由于产品设计的变动，可能带来原材料及作业方法的改变，甚至取消某种作业方法；“原材料”变动对作业系统的影响程度为二级，表示在产品设计一定情况下，变更原材料，引起作业方法的改变，甚至取消某项作业方法；

“工程”变动对作业系统的影响程度为三级，是指作业过程中的某一环节通过合并或改变工序顺序，可以简化或者取消一部分作业；“设备与工具”的变动对作业系统的影响程度列为四级，通过选择更有效的设备与工具，或改变在作业现场的相对位置，从而使作业更为简单和容易；最后一个等级的因素是“操作动作”，它是在其他条件不改变的情况下而只是改变操作的方式、方法、使操作更为简便。

三、工作研究的内容

工作研究包括方法研究与作业测定两大技术。方法研究在于寻求经济有效的工作方法，主要包括程序分析、作业分析、动作分析。而作业测定是确定各项作业科学合理的工时定额，主要包括秒表测时、工作抽样、预定动作时间标准法和标准资料法。其具体内容如图1-2所示。

工作研究中的方法研究和作业测定两种技术密切相关。方法研究着眼于对现有工作方法的改进，其实施效果要运用作业测定来衡量，而作业测定是努力减少生产中的无效时间，为作业制定标准时间。

在进行工作研究时，一般是先进行方法研究，制定出标准的作业方法，然后再测定作业时间。作业测定要以方法研究所选择的较为科学合理的作业方法为前提，并在此基础上制定出标准作业定额；而方法研究则要用作业测定的结果作为选择和评价工作方法的依据。因此，两者是相辅相成的，图1-3简单地表明了这两者之间的关系。

实际工作中，不是所有工作（或作业）都要求同时使用两种技术，换句话说，方法研究和作业测定可以作为两种单独的技术分开使用。

图1-2 工作研究的内容

图1-3 工作研究两种技术的关系

四、工作研究的分析技术

工作研究常用的分析技术是：“5W1H”、“ECRS四大原则”。

“5W1H”提问技术是指对研究工作以及每项活动从目的、原因、时间、地点、人员、方法上进行提问，为了清楚地发现问题可以连续几次提问，根据提问的答案，弄清问题所在，并进一步探讨改进的可能性。

由于前5个提问英语单词的字首字母都含有“W”，而最后一个提问的字首字母为“H”，因此，常称之为“5W1H”提问技术。“5W1H”提问如表1-2所示。

表1-2 5W1H提问技术

1、取消（Eliminate）所有不必要的工作环节和内容表1-2中前两次提问在于弄清问题现状，第三次提问在于研究和探讨改进的可能性，改进时常遵循ECRS四大原则。ECRS法则即取消、合并、重排、简化。

有必要取消的工作，自然不必再花时间研究如何改进。某个处理，某道手续，首先研究是否可以取消，这是改善工作程序，提高工作效率的最高原则。

(1)剔除所有可能的作业，步骤或动作(包括身体，足，手臂或眼)。

(2)剔除工作中的不规律性，使动作成为自发性，并使各种物品置放于固定地点。

(3)剔除以手作为持物工具的工作。

(4)剔除不方便或不正常的动作。

(5)剔除必须使用肌力才维持的姿势。

(6)剔除必须使用肌力的工作，而以动力工具取代之。

(7)剔除必须克服动量的工作。

(8)剔除危险的工作。

(9)剔除所有不必要的空闲时间。

2、合并（Combine）必要的工作。

如不能取消，可进而研究能否合并。为了做好一项工作，自然要有分工和合作。分工的目的，或是因工作量超过某一组织或人员的负担，或是由于专业需要，再或是从增加工作效率出发。如果不是这样，就需要合并。有时为了提高效率，简化工作甚至不必过多地考虑专业分工。而且特别需要考虑每一个组织或每一个工作人员保持满负荷工作。

(1)把必须突然改变方向的各个小动作结合成一个连续的曲线动作。

(2)合并各种工具，使成为多用途。

(3)合并可能的作业。

(4)合并可能同时进行的动作。

3、重排（Rearrange）所必需的工作程序

取消和合并以后，还要将所有程序按照合理的逻辑进行重排顺序，或者在改变其他要素顺序后，重新安排工作顺序和步骤。在这一过程中还可进一步发现可以取消和可以合并的内容，使作业更有条理，工作效率更高。

(1)使工作平均分配于两手，两手之同时动作最好呈对称性。

(2)组作业时，应把工作平均分配于各成员。

(3)把工作安排成清晰的直线顺序。

4、简化（Simply）所必需的工作环节

对程序的改进，除去可取消和合并之外，余下的还可进行必要的简化。这种简化是对工作内容和处理环节本身的简化。

改善时一般遵循对目的进行取消，对地点、时间、人员进行合并或重排，对方法进行简化的原则，其示意图如图1-4所示。具体运用情况如表1-3所示。

图1-4 ECRS原则运用示意图

(1)使用最低级次的肌内工作。

(2)减少视觉动作并降低必须注视的次数。

(3)保持在正常动作范围内工作。

(4)缩短动作距离。

(5)使手柄，操作杆，足踏板，按钮均在手足可及之处。

(6)在须要运用肌力时，应尽量利用工具或工作物的动量。

(7)使用最简单的动素组合来完成工作，

(8)减少每一动作的复杂性。

表1-3 ECRS四原则的运用示例

五、工作研究的步骤

实施工作研究共有七个步骤：

（一）挖掘问题前确定工作研究项目

选择某项作业进行工作研究时，必须考虑以下的因素。

1、经济因素。考虑该项作业在经济上有无价值，或首先选择有经济价值的作业进行研究。例如，阴碍其他生产工序的“瓶颈”，长距离的物料搬运，或需大量人力和反复搬运物体的操作等。

2、技术因素。必须查明是否有足够的技术手段来从事这项研究。假如，某车间由于某台机床的切削速度低于生产线上高速切削机床的有效切削速度，从而造成“瓶颈”，要提高其速度，该台机床的强度能否受较快的切削，必须请教相关的技术人员。

3、人的因素。当确定了进行工作研究的对象以后，必须让企业的有关成员都了解进行该项工作研究对企业和对他们个人的意义。要说明工作研究不但提高企业的生产率，而且也会提高他们个人的经济利益，不是让他们干得更辛苦，而是让他们干得更轻松愉快，干得更有成效。要取得他们的支持，激发他们的生产热情，从而使工作研究更深入地进行。在工作研究的推进中，要特别注意由工人们提出的改进意见。

（二）观察现行方法并记录全部事实

问题一旦明确，就要确立调查计划，进行现场分析，寻求改进方法。整个改进是否成功，取决于所记录事实的准确性，因为这是严格考察、分析与开发改进方法的基础。利用最适当的记录方法，记录直接观察到的每一件事实，以便分析。

（三）仔细分析记录的事实并进行改进

根据记录的事实，采用“5W1H”、“4原则”加一表技术进行分析研究，提出改进措施和建议，进行改进。

（四）评价和拟定新方案

对于一些复杂和重大的改进，通常会形成几个方案。这些方案通常各有所长和所短，需要通过评价比较，选择较为优秀和合理的方案，作为拟定的实施方案。

（五）制定作业标准及时间标准

对于已经选定的改进方案要经过标准化的步骤，才能变成指导生产作业活动和操作方法的规范和根据，才能使改进方案真正落到实处。

作业标准化是新方法报告书的具体化，其中主要应该包括作业中使用的机器设备和工具标准化、工作环境标准化、工作地布置标准化以及作业指导书等。

（六）新方案的组织实施

这是工作研究中关键的一步。因为只有新方案真正在生产中得以实施，工作研究的效果才能真正发挥，工作研究的目标才能实现。新方案的组织实施阶段要完成以下几项工作：

1、根据工作研究项目的层次、范围、审批权限等，请有关行政管理部门批准，并得到有关部门主管领导的认可和支持。这是新方案组织实施必须具备的条件。

2、组织相关的人员学习和掌握新方案，对于某些复杂和重大的实施方案应该有针对性地组织专门培训，让更多的操作者和相关人员真正按新方案操作。作业标准是培训操作者掌握新方案的基础性文件。

3、现场试验运行。对于某项涉及面广、影响范围大的新方案应该组织必要的试运行。演练各部门和各环节的衔接配合，及时解决意想不到的问题，以保证新方案实施时万无一失。

4、维持新方案，不走回头路。实践证明任何一次新方案的实施，尤其是开始阶段并不顺利，效果并不明显，这时候很容易走回头路。这样有可能使以前做的工作“前功尽弃”。所以在实施的开始阶段千方百计维持新方案审十分重要和必要的。维持阶段也是针对新方案必要修改和改进。

(七)检查和评价

新方案实施一段时间以后，应由企业工程主管部门对此项目的实施情况进行全面检查并作出评估。检查评估的重点是考察方案实施后产生的种种影响；检查评估新方案原定目标是否达到；分析所制定的作业标准与实际情况的差异，考虑有无调整的必要等。检查和评价工作是对工作研究项目作进一步总结，以利于企业今后工作的改进和提高。

方法研究概述

一、方法研究的概念、特点、目的

(一)方法研究的概念

方法研究就是运用各种分析技术对现有工作（加工、制造、装配、操作、管理、服务等）方法进行详细的记录、严格的考察、系统的分析和改进，设计出最经济、最合理、最有效的工作方法，从而减少人员、机器的无效动作和资源的消耗，并使方法标准化的一系列活动。

(二)方法研究的特点

1、求新意识。
方法研究不以现行的工作方法为满足，力图改进，不断创新，永不满足于现状，永无止境的求新意识是方法研究的一个显著特点。

2、寻求最佳的作业方法，提高企业的经济效益。
方法研究是充分挖掘企业内部潜力，走内涵式发展的道路，通过流程优化，寻求最佳的作业方法，力求在不增加投资或较少投资的情况下，获得最大的经济效益。

3、整体优化的意识。
方法研究首先着眼于系统的整体优化，然后再深入解决局部关键问题即操作优化，进而解决微观问题即动作优化，最终达到系统整体优化的目的。

（三）方法研究的目的

1、改进工艺和流程。

2、改进工厂、车间和工作场所的平面布置。

3、经济地使用人力、物力和财力，减少不必要的浪费。

4、改进物料、机器和人力等资源的有效利用，提高生产率。

5、改善工作环境，实现文明生产。

6、降低劳动强度，保证操作者身心健康。

二、方法研究的内容、层次与程序

(一)方法研究的内容

方法研究是一种系统研究技术，它的研究对象是系统，解决的是系统优化问题。因此，方法研究着眼于全局，是从宏观到微观，从整体到局部，从粗到细的研究过程。其具体研究内容如图1-5所示。

1、程序分析：程序分析是依照工作流程，从第一个工作地到最后一个工作地，全面地分析有多余、重复、不合理的作业，程序是否合理，搬运是否过多，延迟等待是否太长等问题，通过对整个工作过程的逐步分析，改进现行的作业方法及空间布置，提高生产效率。也可以说，程序分析是通过调查分析现行工作的流程，改进流程中不经济、不均衡、不合理的现象，提高工作效率的一种研究方法。

图1-5方法研究的内容

程序分析按照研究对象不同，可以分为四类：

（1）工艺程序分析：以生产系统或工作系统为研究对象，在着手对某一工作系统进行详细调查研究和改进之前，对生产系统全过程所进行的概略分析，以便对生产系统进行简略，全面和一般性的了解，从宏观上发现问题，为后面的流程程序分析，布置和径路分析作准备。

（2）流程程序分析：程序分析中最基本，最重要的分析技术，它以产品或零件的制造全过程为研究对象，把加工工艺划分为加工，检查，搬运，等待和储存等五种状态加以记录。

（3）布置和经路分析：布置和经路分析是指以作业现场为分析对象，对产品、零件的现场布置或作业者的移动路线进行的分析。

（4）管理事务分析：管理事务分析是以业务处理、信息管理、办公自动化等管理过程为研究对象，通过对现行管理业务流程的调查分析，改善不合理的流程，设计出科学、合理流程的一种分析方法。

2、作业分析：通过对以人为主的工序的详细研究，使作业者、作业对象、作业工具三者合理的布置和安排，达到工序结构合理，减轻劳动强度、减少作业工时消耗、缩短整个作业的时间，以提高产品的质量和产量为目的而作的分析，称为作业分析。

根据不同的调查目的，作业分析可分为：

（1）人—机作业分析：

人—机作业是应用于机械作业的一种分析技术，通过对某一项作业的现场观察，记录操作者和机器设备在同一时间内的工作情况，并加以分析，寻求合理的操作方法，使人和机器的配合更加协调，以充分发挥人和机器的效率。

（2）联合作业分析：联合作业分析是指当几个作业人员共同作业于一项工作时，对作业人员时间上的关系的分析，以及排除作业人员作业过程中存在的不经济、不均衡、不合理和浪费等现象的一种分析方法。

（3）双手作业分析：生产现场的某些作业以工序的操作过程 为研究对象，详细观察和记录其过程，重点是了解双手如何进行实际的操作，称为双手作业分析。

3、动作分析：动作分析的实质是研究分析人在进行各种工作操作时之细微动作，删除无效动作，使操作简便有效，以提高工作效率。动作分析是本教材重点介绍的内容，在后面的章节将展开说明。

(二)方法研究的层次

方法研究的分析过程具有一定的层次性。一般首先进行程序分析，使工作流程化、优化、标准化，然后，进行作业分析，最后再进行动作分析。程序分析是对整个过程的分析，研究的最小单位是工序；

作业分析是对某项具体工序进行分析，研究的最小单位是操作；动作分析是对作业者操作过程动作的进一步的分析，研究的是最小单位是动素。

方法研究的分析过程是从粗到细，从宏观到微观，从整体到局部的过程。用图可表示成图1-6的形式。图中的“工序”是指一个工人或一组工人，在一个工作地点，对一个劳动对象或一组劳动对象连续进行的操作；

“操作”是指工人为了达到一个明显的目的，使用一定的方法所完成的若干个动作的总和，它是工序的基本组成部分；而“动素”则是指构成动作的基本单位，如伸手、移动等。

图1-6方法研究的分析层次

作业测定概述

一、作业测定的起源

经过方法研究（前述的程序分析、作业分析、动作分析）后，已经获得了最佳的作业程序、最省力的动作和工作方法，接下来就是要确定运用新的程序和方法完成工作所需的时间标淮，并将之视为管理的基本工具。

如何确定工人完成某项作业所需的时间呢？其制定方法随人们对于该项工作的重要性的认识及工业工程学科的发展不断完善。到目前为止，有三种确定时间标准或工时定额的方法，即经验判断法、历史判断法（统计分析法）和作业测定法。

（一）经验判断（估工）法

经验判断（估工）法是最早使用的一种方法。是由领班、工头、有关主管、技术人员和有经验的工人组成小组，根据产品的设计图样、工艺规程、工装条件和设备状况，考虑到使用原材料以及其他生产技术、组织条件，凭生产实践经验估算出工时消耗而制定工时定额或时间标准的方法。该方法优点是简便易行，工作量小，速度较快。

缺点是对组成工时定额听各种构成因素没有仔细分析计算，主观成分大，技术依据不足，任何人无法建立一致而确切的标准，误差通常高达25%左右。为了解决上述问题，历史记录法应运而生。

（二）历史记录法

历史记录法是以记工单或打工卡记录为凭证，根据过去生产的同类型产品或零件、工序的实际消耗工时的统计资料，结合分析当前生产条件的变化情况，来制定同等内容工作的时间标准的方法。

例如，某工人要完成一项工作，在打卡机或记录单上记明开始时刻，完成该工作时再记明完成时刻，并记明工作内容及完成数量，由此记录推断以后所有同样内容工作的时间标准。

该方法有较多的统计数据作为依据，比经验判断法更能反映实际情况，具有一定的科学性。其不足之处在于其依据的是过去资料，其统计时间数据中包含一些不合理的因素，如其他工作安排的干扰，不可避免的迟延时间，以及可以避免的迟延时间等，使记录时间消耗往往比实际时间消耗多。

历史记录法虽然比经验判断法具有科学性，但不能精确地衡量工人完成作业所需的标准时间，也很难成为人工成本比较的准确依据。

（三）作业测定法

作业测定法始于泰勒创立的时间研究。它是在方法研究基础上，对生产过程中的时间消耗如以分析研究，以求减少或避免出现生产中的无效时间及制定标准时间进行的测定工作。

即直接或间接观测工作者的操作、记录工时消耗，并进行评比、给予宽放时间，或利用事先分析好的时间标准加以合成，确定标准时间，进而确定劳动定额的方法。

对于企业而言，如果时间标准能科学制定，配合以奖励制度，必然会提高生产效率。但如果时间标准制定得不合理（过低或过高），相反还会起到消极作用。

作业测定是一种科学、客观、令人信服的决定时间标准的方法，目前世界上各工业发达国家，均采用作业测定法来制定劳动定额。从我国来看，过去采用经验法和统计分析法的较多，近些年来有相当一些企业开始使用作业测定法，取得了良好的效果。这几种方法从总的方面反映了工时定额的制定由粗到精，有低到高的发展进程。

二、作业测定的定义

作业测定（工作衡量）是运用各种技术来确定合格工人按照规定的作业标准，完成某项工作所需时间的过程。

这里所说的“合格工人”，必须具备必要的身体素质、智力水平和教育程度，并具备必要的技能和知识，接受过某项工作特定方法的完全训练，能独立完成所从事的工作，并在安全、质量和数量方面达到令人满意的水平。

按规定的作业标准是指工人按照经过方法研究后制定的标准和工艺方法和科学合理的操作程序完成作业。此外，还应使生产现场的设备、工位器具、材料、作业环境、人的动作等方面达到作业标准要求的状态。

标准时间数据是企业最重要的数据之一。随着市场竞争的加剧，除质量和售后服务指标以外，价格与交货期是企业之间产品竞争的主要因素。价格竞争取决于企业生产成本，而人工成本是生产成本的重要组成部分，人工成本的高低反映了企业基础管理水平。

企业能否在成本及交货时间上占有优势，与企业是否应用科学合理的制定标准时间方法有关。从目前情况看，学习并应用作业测定技术是我国企业提高生产效率，降低人工成本的有效方法。