第2讲 工业工程方法论

矿业工程学院 第 2章 工业工程的方法论 2.1 工业工程的思维方式 n 1、经营思维 n 企业获得利润的途径 ： n （ 1）提高价格； n （ 2）降低成本； n （ 3）提高销售量。 c p q n 2、生产思维 生产要素： 人力 材料 设备 能源 管理 产出： 产品 服务 加工、转换 生产过程 2.1 工业工程的意识 意识是人们对事物的初期认识，在长期的学习 段练学习中所获得的一种对事物的价值观与评价 。 意识又分为 潜意识与深意识 。 潜意识：在长期生活中，大脑自然产生的结论 ， 会形成一种精神上的条件反射，一种值得自已相 信的经验的激发。 深意识：对事物的有所分析，有所考虑，有所研 究，有一定的时间缓冲。 所谓 IE意识就是 IE实践活动的产物，是人脑 对 IE实践活动的客观反映与总结，是人们在长期的 IE实践活动中所获得的一种价值观，是对 IE应用 有指导作用的思想方法，工业工程的意识主要包 括以下几个方面： 一、 成本效率意识 IE的核心是降低成本、提高生产质量和生产 效率。也就是说，提高生产率就是 IE的出发点 和最终目的，是工业工程师的第一使命。 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，浪费越多 ，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。 （ 1） 成本贯穿于 IE活动中，一般 较普及的定义 是指将人 、材料、设备、能源和信息进行集成的系统设计、改善 、设定的活动。 对于以 现场作业为中心 的 IE活动，则可以理解为 “ 提高 生产效率的工具和方法，设计与改善手段，即更加轻松地 、正确地、快速地、廉价地进行生产的方法和手段 ” 。 在 IE活动的 有形效果 中，成本体现为材料费用、人工费 用、管理费用、检查与试验费用、库存费用、材料使用 率等。 在 IE活动的 无形效果 中，成本主要体现为成本意识和有 效利用资源。 效率是系统对资源的利用程度 v 精益生产是在质量保证前提下的效率提升，不 会影响到产品品质。 v 对时间和产出进行定量的分析才是提高效率的必 由之道。 效率指标 时间 资本 劳动力 系统 /现场改善 （ 2）以下为提高效率的着眼点： n 现场的全部东西和工作都是效率的对象 n 提高效率并不只是缩短时间 n 必须进行定量的效率评价和管理 n 有不合理的地方，浪费必然存在 n 运用 IE手法，彻底清查效率差的问题点 流程过程 作业方法 生产布局 搬运路线 需要强调的是， IE追求最佳整体效益（即以提 高总生产率为目标），必须树立成本和效率意 识。一切工作从大处着眼，从总目标出发；从 小处着手，力求节约，杜绝浪费，寻求以成本 更低、效率更高的方式方法去完成。 二、 问题意识 工业工程师有一个基本信念，即做任何工作都 会找到最好的方法，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。追求尽 善尽美是工业工程不断追求的目标。因此，必 须树立问题和改革意识，不断发现问题，考察 分析，寻求对策，勇于改革创新。无论一项作 业，一条生产线或整个生产系统，都可以运用 所谓 “5W1H”提问技巧来进行研究和改进。 三、工作 简 化和 标 准化 面向微观管理的三化： n 工作简化（ simplification） n 专门化（ specialization） n 标准化（ standardization） 工作 简 化和 标 准化是保 证 高效率和 优质 生 产 的 基本条件。每一次生 产 技 术 改 进 的成果都以 标 准 化形式确定下来并加以 贯彻 ，是 IE的重要手段 。 3S 三、系统与整体意识 现代 IE追求系统整体优化。生产要素和子系 统效率的提高，必须从全局和整体需要出发， 针对研究对象的具体情况选择适当的 IE方法， 并注重应用的综合性和整体性，才能取得良好 效果。从系统整体出发，是 IE区别于一般工程 技术的基本特征之一。 所谓系统意识，就是思考、研究、探 索和处理某一事物时，要有意识的把它 看成一个系统，即它不是一个简单孤立 的存在，而是一个完整系统的存在；明 确链 -环关系，并从系统内相关角度去 分析它、认识它。 四、以人为中心的意识 重视人的因素是 IE区别于其它工程学科的 特点之一。在系统中的组成要素中，人是最 活跃的和不确定性最大的因素；人是生产经 营活动中最重要的一个要素，其它要素都要 通过人的参与才能发挥作用。 （ 1）人是劳动的主体，人是人机系统构成的主导 要素，有时作为系统的耳目收取各种外界信息， 有时作为系统的一环。 （ 2）人在连续作业中会产生疲劳，使工作欲下将 ，有可能忽略重要信息，或发生重大操作失误等 ，从而招致系统发生故障或发生重大事故。 （ 3）人在一天中效率最高的时间因人而异，即使 是同一个人，也因精神状态的不同，此外，兴趣 对效率的影响也十分大。 马斯洛的需求层次理论 八点精神 n 1、挖潜精神 n 2、改善精神 n 3、系统精神 n 4、协作精神 n 5、创新精神 n 6、节约精神 n 7、标准化精神 n 8、人本精神 2.2 工业工程方法论体系 现代工业工程包括各类专门的方法与技术 人机关系系统 工效学和认知工程 操作系统 工作研究方法 产品系统 工业设计技术 物流系统 设施规划与物流系统技术 制造技术系统 现代制造系统技术等。 一、新型的技术综合体 每类专门的技术方法又有其独特的具体分析与 设计方法。但要真正形成工业工程的综合效能， 并使各类、各种专门的工业工程方法与技术具有 内在的逻辑一致性，就必须要确立工业工程的方 法论体系。 二、工业工程方法论 （ 1）所谓的工业工程方法论，是运用工业工 程的方法研究与解决工业生产和社会经济 系统问题时所应该遵循的工作程序、逻辑 步骤、基本方法和方法体系。它是贯穿于 各种、各类专门的工业工程方法或技术中 的主线。 （ 2）系统工程正是符合现代工业工程需要， 并指导各类具体工业工程方法与技术应用的 方法论。由于系统工程的应用，现代工业工 程把生产经营作为系统来研究，不再是孤立 的研究某个环节，而是从系统整体的目标出 发来处理各部分、各要素之间的关系。 （ 3）系统工程具有自己独特的方法论，它的方 法论体系的基础就是运用系统思想和各种数学 方法、科学管理方法、经济学方法、控制论方 法以及电子计算机等技术工具来实现系统的模 型化和最优化，进行系统分析与系统设计。 20 世纪 60年代，许多学者根据实践经验，总结系 统工程方法论，其中美国学者 H 霍尔最先提 出了 “ 三维结构体系 ” ，作为系统工程方法论 的基础。 （ 4）系统工程中的许多基本方法，如综合创 造性技术、结构分析方法、优化分析与设计 技术、系统仿真技术、系统评价技术以及计 算机辅助系统分析与设计技术等，在工业工 程中具有通用性和方法论的意义及地位，也 属于工业工程方法论体系的内容。参照系统 工程中的霍尔三维结构，可将工业工程方法 论的形式体系归结如图 2-1所示。 图 2 1工业工程方法论三维结构图 三、工业工程 方法论三维 结构 (2)三维结构体系是由时间维、逻辑维、知识维 组成的一个立体的、跨学科的体系。 q 时间维 :提供了 IE具体解决问题的基本进程，包 括系统分析与诊断、系统规则与设计、系统实 施与运行、系统评价与改善，这样一些彼此高 度相关的阶段，这些阶段按时间先后次序进行 排列。 q 逻辑维 :提供了进行 IE研究与实践的基本步骤， 任何一个 IE活动的展开通常都是按照问题说明 、目标探索、方案综合、分析权衡以及评价选 择五个步骤展开的。 q 知识维，提供了开展 IE研究的基本准备， 主要包括：管理学、经济学、社会与科学 、系统科学、数学、物理学、工程学（尤 其是计算机科学和制造工程技术），以及 工业工程的专门技术。因此对一个合格的 工业工程师的知识体系的要求是非常高的 。 整个工业工程就是由这三面的内容有机组 合而成，其中主线是时间维，即工作进程。 这三项内容之间的关系如何可以描述为： 在组织系统工程的 各个阶段 都应全面遵循 逻辑维的 五个步骤 和注意知识方法维的 七种 知识 的应用。 2.3 工业工程的共性技术 在各类工业工程实践中，已形成了许多具有 通用性、能较好体现系统工程思想及工作过程 的基本方法，如系统分析及系统优化、仿真、 评价技术、系统设计方法、创造性技术、系统 图表法以及计算机系统支持技术等。这些方法 或技术在现代工业工程中具有重要的方法论意 义，是各种工业工程专门技术的基础。 一、 IE标准符号 为了方便、迅速、正确地记录工作现状 (人和 物的流动、作业工序变化、时间、距离等 )，并 使记录结果易于整理或向有关人员讲解时易于 理解， IE提供了一套统一的标准符号，用以表 示程序图 (工艺程序图、流程程序图、线路图、 线图、人机操作程序图、联合操作分析因、双 手操作程序图 )中操作人员的所有操作、检验、 搬运、迟延、储存等全部活动。 表示操作 表示运输、搬运 表示检验 表示等待、暂存 表示贮存 表示同时操作和检验 总库 日用库 装盘部 小 汽 车 手 推 车 总库 装盘部 改进及节省 二、系统分析与系统设计 q 系统分析 是一门分析技术。 q 系统分析是用以研究大型工程 项目等大规模复杂系统问题的 一种方法论。 q 系统分析的具体内容， 表现为对系统分析基本要素 的研究。 这些要素主要是指目的、可行方案、 模型、费用、效果和价值标准。 20世纪 70年代以来，系统分析的应用已 扩大到社会、经济、生态等广泛领域。 是第二次世界大战后由美国军事研究机构兰德（ RAND） 公司最早开发的。它以系统理论、运筹学、信息论、控制 论、计算机软件等为基础，研究在自然环境条件下受人控 制和影响的有目的运行系统的机理。 q 系统分析程序：目的；可行方案； 费用；效果；模型；评价标准 干什么 ？ q系统设计是在系统分析的基础上，通过总体研究 和详细设计等环节，落实到具体工作或项目上， 以创造出满足设计目的的人造系统。 q系统设计内容一般分为工作系统（如生产系统、 组织系统等）设计、信息系统（管理信息系统、 决策支持系统）设计以及工程系统设计等。 怎么干 q 系统设计要素：系统的功能 系统的输入与输出；系 统的程序和层次； 系统的媒介；系统中人的因素。 q 系统设计的两种方法 归纳法首先应尽可能的收集现 在和过去同类系统的系统设计资料；在对这些系统的 设计、制造和运行状况进行分析研究的基础上，根据 所设计系统的功能要求进行多次选择，然后对少数几 个同类系统做出相应修正，最后得出一个理想的系统 。 演绎法是一种公理化方法，即先从普通的规则和 原理出发，根据设计人员的知识和经验，从具有一定 功能的元素集合中选择能符合系统功能要求的多种元 素，然后将这些元素按照一定形式进行组合，从而创 造出具有所需功能的新系统。 三、发现问题的 5W1H技术 “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。 考察点 内容 第一次提问 第二次提问 第三次提问 原因 1、将所有的事情先怀疑一次，再 作深入的追究。 2、把上面五个问题均用 Why 来检 讨，并找出改善方案。 为何做（ Why ） 为什么要这 样做 是否不需要 做 目的 1、去除不必要部分和动作。 2、改善对象是什么。 3、改善目的是什么。 做什么（ What ） 是否必要 有无其他更 合适的对象 时间 1、改变时间、序列。 2、改变作业发生之时刻、时期、 时间。 何时做（ When ） 为何需要此 时做 有无其他更 合适的时间 地点 1、改变场所或场所之组合。 2、作业或作业者之方向是否在正 确状态。 何处做（ Where ） 为何需要此 处做 有无其他更 合适的地点 人员 1、人的组合或工作的分担。 2、作业者之间或作业者与机器、 工具间关系重新加以检讨。 何人做（ Who ） 为何需要此 人做 有无其他更 合适的人 方法 1、使方法、手段更简单 2、改善作业方法或步骤，使所需 劳力更减少，使用费用更便宜 如何做（ How） 为何需要这 样做 有无其他更 合适的方法 与工具 表 2-1 5W1H提问技术 四、实现改善的 ECRS原则 E（ Eliminate） 即消除，取消为改 善的最佳效果，如 取消目的、取消不 必要的工序、作业 和动作等以及取消 不需要投资等，取 消是改善的最高原 则。 取消一切可以取消的工作內容 、工作步骤、工作环节及作业 动作 (包括身体手脚等 )。 取消一切不安全、不准确、不 规范的动作。 取消不方便或不正常的作业 取消一切不必要的闲置时间 取消以手作为持物工具的作业 （ 1） C（ Combine） 即合并的意思。 对于无法取消 而又必要者， 看能否合并， 以达到省时简 化的目的。如 合并一些工序 或动作，或将 原来有许多人 进行的操作， 改进为有一人 或一台设备完成。 把必須突然改变方向的各个小 动作合成一个连续的曲线动作 。 把几道分散的工序合并为一道 工序 合并可能同时进行的动作 把集中工具合并为一种多功能 的工具。 （ 2） R（ Rearrange） 即重排的意思。 不能取消或合 并的工序，可 再根据 “ 何人、 何事、何时 ” 三 提问进行重排， 使其作业顺序 达到最佳状况。 重新排列工艺流程，使程 序优化 重排流水线工位，消除薄 弱环节 重新安排作业組的分工， 使工作量均衡 重新布置工作现场，使物 流路线缩短 （ 3） S（ Simple） 即简化 ， 经过取消、合并和重 排后的工作，可考虑 采用最简单、最快捷 的方法来实现。如增 加工装夹具、增加附 件、采用机械化或自 动化等措施，简化工 作方法，使新的工作 方法更有效。 运送路线，信息传递路线 力求缩短 减少各种繁琐程序，减少各 种复杂性 使用最简单的动作来完成工作 简化不必要的设计结构， 使工艺更合理 作业方法力求简化 （ 4） 表 2-2 ECRS四原则的运用示例 原则 目标 实例 取消 Eliminate 是否可以不做 如果不做将会怎么样 省略检查 通过变换布局省略搬运 合并 Combine 2个及以上的工序内容是 否可以合并起来 同时进行 2个及以上的加工作 业同时进行加工和检查作业 重排 Rearrange 是否可以调换顺序 更换加工顺序提高作业效率 简化 Simple 是否可以更简单 进行流程优化 实现机械化或自动化 五、系统图表法 系统图表法是工业工程及其系统分析中常用的一种结构 模型化方法，在规划活动过程、分析复杂问题方面具有直 观、简捷和富于启发性等特点。 系统图表有问题分析图表和活动规划图表等两类。问题 分析图表以关联树图及矩阵表为代表，还有特征因素图（ 鱼骨图）、成组因素综合关系图及其交叉关系矩阵、解释 结构模型等；活动规划图表以各种流程图为代表，另有（ 动一览表、规划图、工作图等）、工作分配表、工作进度 表（甘特表）等。 因果图 (鱼骨图 ) 某一个生产型企业有一个目标：提高产品竞争能力 提高产品竞争力 提高质量 降低成本 市场服务 加工质量 检验 精简人员 降低原材料价格 疏通渠道 改善售后服务 可用专家打分法确定关键因素，再围绕关键因素来 确定系统的需求，规划 MIS进程。 流程图是用来规划工作阶段或思想创新的系统图表，是 对实际系统运作过程或分析与解决问题方法论的直观表 述，在工业工程中具有重要的作用和普遍的应用。应用 于工业工程的流程图通常有两类： 一类 主要用于基础工 业工程和生产系统的规划与设计，如工艺流程图、布置 流程图、物流流程图等； 另一类 主要用于信息系统（尤 其是计算机辅助管理系统）的开发与设计，如数据流程 图、系统流程图、程序流程图等。 六、创造性技术 （ 1）工业工程是一门对生产系统进行规划设计和组织 管理的综合技术，其工作过程是一个集体努力和综合 创造的过程。创造性思维与创造性技术是认识系统问 题、探寻行动方案、分析设计、改善大规模复杂系统 问题的思想方法基础。 （ 2）如果把工业工程理解为设计，那么它不同与常规 设计，而更适用于研究发展新项目与系统；如果把工 业工程理解为管理，它需要不断探索改进管理系统与 工作程序以提高效率。 n 提问法 该方法是根据需要研究的对象列出有关问题， 形成检核表，然后一个个核对讨论，从而发掘出 解决问题的大量设想的创造性技术。提问法按检 核表内容的抽象程度和适用范围可以分为两类： 一类是对各种场合及对象普遍的提问法，主要是 5W1H法，另一类是针对某种特定要求制定的 检核表法，如新产品设计用检核表、物流改善用 检核表、降低成