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工业工程-IE基础知识

一、工业工程的定义与发展历程

（一）定义

工业工程（IndustrialEngineering，简称IE）是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统，进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专门知识和技术，以及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。简单来说，工业工程就是用工程的方法解决管理问题，通过优化系统来提高生产效率、降低成本、提升质量和增强企业竞争力。

（二）发展历程

工业工程起源于19世纪末20世纪初的美国。当时，随着工业革命的推进，制造业迅速发展，但生产过程中存在着效率低下、浪费严重等问题。

-奠基阶段（19世纪末-20世纪30年代）：以泰勒（FrederickWinslowTaylor）和吉尔布雷斯夫妇（FrankBunkerGilbrethandLillianMollerGilbreth）为代表人物。泰勒进行了著名的“铁锹实验”“时间研究”等，提出了科学管理原理，强调通过对工作方法的研究和标准化来提高生产效率。吉尔布雷斯夫妇则专注于动作研究，通过对工人操作动作的分解和分析，去除不必要的动作，制定出最有效的操作方法。

-发展阶段（20世纪30年代-50年代）：这一时期，工业工程与运筹学相结合，开始运用数学模型和统计方法来解决生产中的优化问题。例如，在二战期间，为了提高军事后勤保障的效率，运筹学得到了广泛应用，其方法和技术也逐渐融入工业工程领域，使得工业工程的理论和方法更加完善。

-成熟阶段（20世纪50年代-70年代）：系统工程的思想被引入工业工程，强调从系统的角度来分析和解决问题。工业工程的应用范围也从制造业扩展到服务业、交通运输业等多个领域。同时，计算机技术的发展为工业工程的研究和应用提供了更强大的工具，使得复杂的系统分析和优化成为可能。

-现代阶段（20世纪70年代至今）：随着全球经济一体化和信息技术的飞速发展，工业工程面临着新的挑战和机遇。它更加注重与其他学科的交叉融合，如与信息技术结合形成了智能制造工程，与环境科学结合关注可持续发展等。同时，工业工程在供应链管理、质量管理、项目管理等方面发挥着越来越重要的作用。

二、工业工程的基本原理和方法

（一）工作研究

工作研究是工业工程的基础方法，它包括方法研究和时间研究两个方面。

-方法研究：目的是找到最经济、最有效的工作方法。它通过对生产过程的各个环节进行详细分析，包括工艺流程、操作方法、设备布局等，消除不必要的操作和浪费，简化工作流程。方法研究的主要技术有程序分析、操作分析和动作分析。

-程序分析：以整个生产过程为研究对象，分析从原材料到成品的全部生产过程，包括工艺程序分析、流程程序分析和布置与经路分析等。例如，通过工艺程序分析可以发现生产过程中是否存在多余的工序，从而进行优化。

-操作分析：主要研究人机操作、联合操作和双手操作等。以人机操作分析为例，通过分析操作人员和机器设备的工作时间和动作，合理安排人机配合，提高设备利用率和操作人员的工作效率。

-动作分析：将操作动作分解为基本动作要素，研究每个动作的合理性和有效性。吉尔布雷斯夫妇提出的17种基本动作要素（动素）为动作分析提供了基础。通过动作分析，可以去除不必要的动作，减少疲劳，提高操作速度。

-时间研究：是在方法研究的基础上，确定完成一项工作所需的标准时间。它通过对操作时间的测量和分析，制定出合理的工时定额，为生产计划、成本核算和绩效考核提供依据。时间研究的方法主要有秒表测时法、工作抽样法和预定动作时间标准法（PTS）等。

-秒表测时法：使用秒表直接测量操作人员完成各项操作的时间，经过多次测量和数据处理，得到平均操作时间，再考虑宽放时间等因素，确定标准时间。

-工作抽样法：通过随机观察的方式，记录操作人员在不同时刻的工作状态，根据观察结果推断出工作时间和空闲时间的比例，进而计算出标准时间。这种方法适用于工作周期较长、操作不连续的情况。

-预定动作时间标准法（PTS）：预先确定各种基本动作的标准时间，然后根据操作的动作组合，计算出整个操作的标准时间。这种方法不需要现场测量，具有较高的准确性和一致性。

（二）设施规划与设计

设施规划与设计是对企业的生产设施、物流设施等进行合理布局和规划，以提高生产效率、降低物流成本和改善工作环境。

-工厂选址：需要考虑多种因素，如原材料供应、市场需求、交通条件、劳动力资源、能源供应和政策环境等。例如，对于原材料消耗大的企业，应选择靠近原材料产地的地方建厂，以降低运输成本；对于面向本地市场的企业，则应考虑交通便利和接近目标客户的位置。

-厂区布局：包括工厂总体布局和车间布局。工厂总体布局