工业工程专业前沿讲座续.docx

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工业工程专业前沿讲座续

工业工程（第七讲）工业工程技术在设备管理与维修工作中的应用

摘要介绍工业工程常用技术，如工作研究技术、网络计划技术、人体工效学、价值工程、ABC分析法、可靠性技术等在设备管理与维修领域的应用。

关键词工业工程设备管理维修

工业工程简称IE（industryengineering），是近些年在国内发展较快的技术。

工业工程是指对人员、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。

工业工程的目标就是使生产系统投入的要素得到有效利用，降低成本，保证产品质量和生产安全、提高生产率、获得最佳效益。

设备管理是企业生产系统的重要组成部分，在设备管理与维修领域，工业工程的应用也非常广泛，企业如果积极开展工业工程技术在设备管理的应用，将大大提高设备管理的效率，同时降低设备管理的费用与成本。

笔者总结了工业工程的常用技术在设备管理的一些应用，愿更多的企业开展这方面的研究和应用，为企业创造效益。

1.研究技术在设备管理与维修工作中的应用

工作研究是工业工程体系中最重要的基础技术。

其利用方法研究和作业测定分析影响工作效率的各种因素，帮助企业挖潜、革新，消除人力、物力、财力和时间方面的浪费，减轻劳动强度，合理安排作业，用新的工作方法来代替现行的方法，并制定该项工作所需的标准时间，从而提高劳动生产率和经济效益。

1.1制定维修工作标准流程

现在大多数企业由于ISO9000的要求都有企业的维修标准，但一般只是一些维修质量方面的要求，对于维修工作中的拆装顺序、各工种之间的衔接配合、维修准备、维修人员的操作等没有详细的规定，以至于经常发生维修失误、维修延期的问题，对于经常性、重复性的维修工作应制定维修工作标准流程，优化维修过程。

制定维修标准化流程首先要记录下现行的所有维修步骤，绘制维修流程图及人员活动线路图。

应用5W1H（what、who、why、where、when、how）对每个环节和动作进行分析研究。

应用ECRS方法（取消、合并、重排、简化）进行工作流程分析、工作线路图分析、动作分析，获得最佳的工作流程、最优的动作，以提高维修效率和维修质量。

总成替换技术、交叉作业、同步协同工作、制作专用的拆装工具、制作专用的量具或定规、应用标准件等方法可以大大提高维修效率和维修质量。

应用作业测定技术可以计算合理的维修时间，以制定切实可行的维修工作时间标准。

1.2制定故障处理标准流程

随着设备向自动化、集成化、大型化方向发展，设备故障也越来越复杂，设备故障处理也成为高技术含量的工作。

在企业生产过程中发生的大多数故障是曾发生过的，且有较成功的处理方法，只有少部分故障是以前没有处理过的新故障。

可以对以前已出现过的设备故障进行总结规范，制定故障处理标准流程，并编辑成手册。

在手册中明确标明出现何种故障现象时应采取的处理步骤。

对普通维修人员进行培训，使其熟悉和掌握手册内容。

企业只须保留少数高技术人才用于处理以前没有发生过的设备故障。

当新的设备故障有了好的解决办法后，对原有的手册进行补充，并对普通维修人员进行培训，再出现这样的故障普通的维修人员即可处理。

2.网络计划技术在设备管理与维修工作中的应用

网络计划是利用网络图表达计划的进度安排及其各项作业之间的相互关系，通过对网络分析并计算网络时间值，确定关键工序和关键路线，求出工期，并运用一定的技术组织措施优化方案。

其优点在于能缩短作业时间，减低成本、实现资源的优化配置，提高经济效益。

网络计划技术在设备管理与维修方面的应用主要在大型设备检修方案的制定、系统检修方案的制定及优化。

在制订大的设备检修方案或系统检修方案时，常遇到这样的问题，即按照检修规程去检修，检修时间不够用，这时不一定减少检修内容；还有的时候，在安排检修时会出现某些环节检修时间、检修人员不足，这时也不一定要延长检修时间，以上问题都可以应用网络计划技术予以解决。

应用网络计划技术应先按要求绘制维修工作的网络图，然后经过分析确定关键线路，关键线路上的工序就是关键工序，关键线路所耗用的时间即为维修完成所需的最少时间。

要缩短维修时间就要设法缩短关键线路上的关键工序的完成时间。

通过分析各个关键工序的维修工作量，采取技术、管理等措施缩短关键工序的完成时间，即可实现维修时间的缩短。

在保证维修时间的情况下，有时会出现维修人员不足的问题，这时首先要保证关键活动需要的维修人员，然后，将那些与关键工序同时进行的工作推迟或提前一段时间，就可消除人员需求高峰，使维修工作对维修人员的需求降到最低。

3.人体工效学在设备管理与维修工作中的应用

人体工效学是以人的生理和心理特点为依据，分析研究人、机械、环境之间的相互作用，以人的安全、健康和舒适为目的，为设计人—机械—环境配合达到良好乃至最佳状态的系统，提供理论和方法的科学。

常把某些设备事故归结为“人为失误”或“工作积极性不高”，然后对当事人进行处罚了事。

人体工效学就是要研究“人为失误”或“工作积极性不高”背后的原因，人体工效学为分析、研究和避免设备故障提供了一个新的方法和视角。

其主要研究内容如下：

人体工效学研究个人特性包括体能、人体结构、反应、疲劳、学习、持续工作能力等对人机效率的影响。

人在生理和心理疲劳时产生差错的几率就会大大上升，有可能导致设备的误操作，根据人体疲劳规律可以合理安排操作强度及操作人数。

人体工效学研究人与机器的协调。

包括人机系统及其评价、人机分工、人机界面，即工作岗位设计，显示器和控制器的设计等对人机效率的影响。

人体工效学从人机交互关系出发分析和减少设备故障。

人体工效学研究人与作业环境相互协调。

包括采光、温度、湿度、色彩、尘埃、干扰、噪声等对人机效率的影响。

温度、湿度、噪声等对操作者的心理有重要影响，好的环境可以消除疲劳，恶劣的环境增加人的疲劳，根据此原理可以改善操作环境来提高人机效率，减少人为失误。

人体工效学研究管理制度。

包括防止意外事故的安全制度、职工的挑选和培训制度等。

选择身体、心理、智力水平适合的操作人员将其安排在合适的岗位上，制定正确的操作规程，并进行有效的培训，以避免设备事故。

通过对以上几个方面的研究，可以设计良好的人机环境，为设备操作人员创造一个安全、适宜、心情愉悦的工作环境，最大程度减少人为失误。

4.价值工程技术在设备管理与维修工作中的应用

所谓价值工程就是以最低的总成本，为切实可靠地达到产品或作业的必要功能所进行的致力于功能分析的、有组织的活动。

价值工程是一种伴随着现代化生产而产生，把各种力量结合起来，按照合理的实施顺序来决定和实现最佳价值方案的科学管理技术。

4.1利用价值工程确定设备最佳维修方式

设备维修方式有周期性预防维修、状态检修、点检维修、事后维修等，每种维修方式都有各自的优缺点，对某种设备而言，到底采取哪种维修方式，应利用价值工程的方法进行分析，选择最经济的维修方式。

设备维修综合费用包括设备停机生产损失、设备故障后果、设备故障预防与排除费用。

通过对这些费用的分析估算，选择设备维修综合费用最低的维修方式即为最佳维修方式。

4.2利用价值工程进行重大设备采购的决策

设备采购是设备管理的一项重要工作。

设备选购应首先对设备进行全寿命周期成本经济分析。

全生命周期成本是指设备从最初选型、设计、制造、安装、调试、使用、维护维修、更新改造以及报废处置整个过程的整个寿命周期过程中的总费用，即所谓设备的全生命周期成本。

通过全生命周期成本的研究，可对所有费用单元进行分解、估算。

设备购置可采用设备产值效率、设备利润效率来对多个方案进行评价。

设备产值效率=该设备的产值/设备全寿命周期成本

设备利润效率=该设备产品的利润/设备全寿命周期费用

选择设备产值效率或设备利润率高的方案。

5.ABC分析法在设备维修与管理中的应用

ABC分析法，是根据事物在技术或经济方面的主要特征，进行分类排队，分清重点和一般，从而确定不同管理方式的一种分析方法。

由于它把被分析的对象分成A、B、C三类，所以称为ABC分析法。

其中A类事物，数量占总数的约20%，但却对事物起决定性作用，起着约80%的作用，因此是管理的重点。

在所有的设备中某些关键设备在总台数中占约20%的比重，然而却对生产的产量、质量、成本起着决定性作用，因此我们在管理时要进行必要的分类，以关键设备为管理重点，分类可从生产、安全、经济、备用等几个方面对设备进行评价。

对所有发生的设备故障进行统计就会发现，约20%的设备故障所产生的故障损失却常常占了总设备故障损失的80%，因此在控制设备故障是要重点控制这些20%的设备故障。

在备件的管理方面同样可以应用ABC分析法以优化库存资金的使用。

少数备件占用了大部分的库存资金，而大多数备件虽然数量较多占库存资金的比重却较小，因此应重点控制这少部分备件的库存。

6.可靠性技术在设备管理与维修中的应用

系统的可靠性，一般是指系统的功能在时间上具有稳定性的程度或性质，具体的可用可靠度来衡量；而可靠度是指系统在规定的时间内，并在一定的条件下，维持规定功能的概率。

事实上，如果没有各种系统的可靠性，就不会有工厂企业的高质量产品，也不会有安全可靠的生产过程和设备装置。

如果能够快速而准确地定性分析和定量计算系统可靠性，则无论对正确估计实际系统的性能指标，还是为提高系统可靠性而进行的可靠性设计，都具有极为重要的意义。

随着设备越来越复杂，设备故障造成的损失和危害也越来越大，设备的可靠性研究也越来越引起人们的重视。

设备的可靠性研究就是利用概率论和数理统计的方法，通过对设备或系统的故障模式、故障影响的分析，对设备或系统可靠性进行度量、预测、改进的方法。

对流程性生产来说，系统的可靠度为系统中各个工序的设备可靠度的乘积，因此要提高系统可靠性就必须提高各工序的可靠性。

首先应通过对各工序的设备故障的统计和故障模式分析，估算出各个工序的可靠度，从而得到系统的可靠度。

如果系统的可靠度不能满足生产要求，或系统可靠度的提高所获收益大于提高系统可靠性所进行的投入，就应设法提高系统可靠性。

提高可靠度应从单位改造成本对系统可靠度提高的贡献率最大的工序做起，一般说要提高系统的可靠性应首先提高系统中可靠度最低的工序的可靠度，这样获得的可靠性的提高最为显著，也最经济。

提高某个工序的可靠性可以对设备进行冗余设计，也可以对设备的故障部位进行改造降低或避免故障，也可以减少故障修复时间等方法。

可靠性分析为提高系统可靠性指明了方向和途径。

IE技术在设备管理的各个方面都有广泛的用途，这里只列举了一些常用技术的应用，其他技术如物流技术、设施规划、信息管理、现场管理优化技术等也有很好的应用前景，企业只要根据自身实际，坚持不懈地应用这些方法和技术，就会为企业创造更大的效益。

工业工程（第八讲）离散制造企业排产方法及其应用

摘要：

排产是制造企业生产管理的基本问题，通过排产将主生产计划细化和落实，可以提高制造企业的整体生产效率。

分析了离散制造企业的生产特点，然后探讨了国内外相关的排产方法，并结合机械工程行业生产模式，提出了企业排产方法的应用和实施步骤。

关键词：

离散制造生产计划排产方法工程机械

企业在确定主生产计划之后，还需制订作业计划，把主生产计划转变为每个班组、每个人员、每台设备的工作任务，其内容不仅包括确定工件的加工顺序，而且还要确定机器加工每个工件的开始和完成时间。

这就是企业中排产所要完成的主要任务。

1．离散制造企业生产管理的特点

一般认为，制造业可以分为离散制造业和流程制造业两大类。

流程制造业典型产业是石油、化工产品制造业。

离散制造业中，主要是对原材料进行加工、组装使其增值，不同的物料经过非连续的生产通程，生产出不同的物料和产品。

它主要包括机械产品等加工、组装性行业，典型产品如汽车、工程机械、计算机等。

进一步划分，离散制造业可以细分为单件生产、多品种小批量生产、大批量生产和大规模定制等类型（如图1所示）。

这里面既可按订单生产，也可按库存生产。

通过综合分析，离散制造业的生产管理呈现出以下特点：

⑴产品结构表是一种静态的BOM表，其物料数量、物料型号、生产过程总是固定的。

最终产品一定是由固定个数的零件或部件组成，这些关系非常明确。

⑵生产设备的布置不是按产品而是按照工艺进行布置的，并且同一种加工工艺的设备一般有多台。

许多环节的中间品需要进行搬运，方可进入下一道加工环节。

⑶一般离散制造企业，自动化主要在单元级。

因此，人员相对密集，自动化水平相对较低，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平和关键设备的能力。

⑷典型的离散制造原材料消耗比例固定，且多为固体部件，生产计划中的产品产量较容易做到准确、及时安排。

可以事前编制得当的生产计划，其效益在离散制造业中表现得相当明显。

2．离散制造企业的排产方法综述

企业排产分为无限能力排产和有限能力排产两大类。

面向无限能力在排产时暂不考虑各工作中心的能力情况，所有车间订货工序都独立制定计划，排出各工序的开工时间和完工时间，如果加工车间任务所需的能力超过了工作中心能力的限制，则需手工调整排队时间。

面向无限能力的排产方法主要有正排法、倒排法、平行排产法以及偏置法、覆盖法等。

⑴正排法（ForwardScheduling）：

正排法是由零件的订单下达日期（最早开工日期）开始按工艺路线顺序向未来推移，计算出各工序的开始和完工日期。

⑵倒排法（BackwardScheduling）：

倒排法是由零件的最晚完工日期开始按工艺的反向路线，往前推出各道工序的开始和完工日期。

⑶平行排产法（ParallelScheduling）：

平行排产法与倒排法类似，但不考虑同一工艺路线中与前一工序的关系。

该方法将订货结束日期作为基本工艺路径中最后一道工序的结束日期，所有平行的工艺路径必须有相同的结束日期，而该日期将是基本路径的开始日期，同时各平行路径必须首先进行。

⑷偏置法：

偏置法采用倒排逻辑，是倒排法的一种改进，它为各工序的结束时间与车间任务的结束时间规定一个偏移量，然后再按倒排方法计算出各工序的开工时间。

其关键是要确定的偏移量要合理，以便控制工序开始与结束日期的适当位移。

⑸覆盖法：

覆盖法与正排法相似，唯一差别在于前一工序结束之前下一工序便开始，其过渡时间是一负值。

但是，在实际生产中，没有真正意义上的无限生产能力，而只能是针对有限生产能力进行排产。

面向有限生产能力进行排产时，应对关键工作中心进行有限负荷排产，即对关键工作中心安排的负荷不能超出其能力。

面向有限生产能力排产问题的求解方法研究，最初人们也集中在整数规划、仿真和简单的规则上，但是这些方法求解的结果不理想，难以解决复杂问题。

随着其他相关学科的不断发展，出现了许多新的方法，例如：

神经网络、模拟退火算法、遗传算法、禁忌搜索算法等，呈现出多元化发展的趋势。

在面向有限能力排产方法中，TOC理论（瓶颈理或约束理论）是目前研究的一个热点。

TOC以OPT（最优生产技术）为基础，于20世纪90年代在西方国家迅速发展起来。

TOC是一套管理理念与管理工具的集合，它把企业在实现其目标的过程中现存的或潜伏的制约因素称为“瓶颈”或“约束”。

通过逐个识别和消除这些“瓶颈”，使得企业的改进方向与改进策略明确化，从而帮助企业更有效地实现其目标。

所谓瓶颈或瓶颈资源，指的是实际生产能力小于或等于生产负荷的资源。

这一类资源限制了整个企业出产产品的数量。

其余的资源则为非瓶颈资源。

TOC认为一个企业的计划与控制的目标就是寻求顾客需求与企业能力之间最佳的配合，一旦一个被控制的工序（即瓶颈）建立了一个动态的平衡，其余的工序应相继地与这一被控制的工序同步。

3．工程机械企业排产方法的应用和实施实际生产经验表明，工程机械企业具有的以离散制造为主、以装配为重点的生产特点。

针对工程机械企业的这一生产特点，本文提出了一种适合工程机械企业的分阶段排产策略（参见图1）：

⑴假设每一工作中心具有无限产能，按照面向无限产能的方法进行排产，确定物料的采购计划和送达时间；

⑵在解决了物料问题之后，针对各工作中心的产能负荷，利用面向有限产能的相应规则来平衡工作中心的加工任务，确定各工作中心的加工计划；

⑶根据前两个步骤得出的物料计划和加工计划，对企业的整个生产进行协调，向各责任单位下发执行计划和派工单；

⑷在计划执行一段时间之后，根据反馈信息和新的订单信息，重新进行排产操作。

下面，本文对面向无限产能的排产和面向有限产能的排产做一详细介绍。

3.1面向无限产能的排产过程

执行这一阶段的排产，其目的主要有两个：

一是解决物料计划的问题，即在完全不考虑产能限制的前提下，解决物料短缺和物料延迟问题；一是通过这个排产过程，查找出整个生产系统的瓶颈，进而采取措施解决这些瓶颈的产能限制。

这一阶段的排产以前面提到的相关算法为工具，其主要步骤如下：

3.1.1搜集相关基础数据

⑴工序数据，主要是指项目的加工工艺路线文件，包括每个自制件的工艺文件，如BOM等；

⑵工作中心数据，包括零件在各工作中心的排队时间、工作中心可用的机器数量、每天开动班次、工作中心效率、日历号等；

⑶日历表，包括每天的工作小时数和车间开工的天数。

3.1.2确定库存计划

⑴展开每个自制件的BOM；

⑵采用从交货期往前回推的方式，计算每一张工单的最迟开工时间；

⑶按照订单的优先顺序和BOM表的展开顺序来编制各原材料、辅料的存货量分配情况；

⑷利用倒排方式，计算物料到达的时间，此时间也即工件的最早开工时间。

3.1.3确定工件加工计划

利用库存计划中计算出来的每个工单的最早开工时间来确定每一张工单的计划开工时间。

一般计划开工的理想时间必须满足两个条件：

①所有物料都已经到达，且所有半成品都已经加工完毕；②确保工单不被延误。

3.1.4确定工作中心作业计划

根据工作中心的数据资料，分析各工作中心在每个时间段的产能；按照前一步骤确定的工单计划开工时间，计算每个工作中心各时间段的工作量。

需要注意的是，按照面向无限产能排产的原则，每一个工作中心的产能在考虑多个订单时，只需将产能不断累加，不必考虑是否超过了该时间段工作中心所能承载的负荷。

因为下一步会有面向有限产能的排产对其做出调整。

3.2面向有限产能的排产过程

面向无限产能的排产完成之后，虽然解决了物料问题，但是还没有解决工作中心的产能限制问题，这会造成在某些时间内工作中心不满足计划的产能需求。

这就需要进一步执行面

向有限产能的排产，平衡多个工作中心的加工负载，使所有工作中心在每一段时间内皆能满足计划的要求，避免超负荷的状态发生。

本文以TOC理论为基础进行面向有限产能的排产，流程如图2所示，其主要步骤如下：

⑴找出那些产能低于排产计划产量的工作中心，也就是企业生产系统的瓶颈所在。

⑵按照规则选择一个工作中心，平衡其排产计划，例如按照最早出现超负荷情况的原则选取。

⑶一旦选定了要平衡的工作中心，就要采取措施“铲平”超出工作中心能力的那一部分：

a将加工作业计划向前“拉”，避免延迟订单，无法满足交货期的要求；b当受物料条件限制“，拉”无法达到平衡效果时，可以用寻找替代的加工中心来解决生产的需要；c如果既无法拉动，又无法寻找替代者，那么应采用“推”的方法，这样一来，订单就可能延迟了。

⑷执行完步骤⑶后，该工作中心上工序的计划开始时间被改变，相应影响到上下游工序的计划开始时间，应按照排产规则，重新加以计算。

⑸按照步骤⑷计算的结果，调整所有工序的计划。

以上5步一次循环，相当于平衡一个超负荷的工作中心，经过多次循环之后就可以解决所有工作中心的超负荷问题，实现面向有限产能的排产。

工业工程（第九讲）工业工程与机械制造企业信息化

摘要：

阐述了我国机械制造企业信息化建设的现状和存在的主要问题，通过分析工业工程在制造业信息化中的核心作用，说明只有充分利用工业工程的思想、方法和技术，我国机械制造企业的信息化工程实施才能符合企业发展的需要。

关键词：

企业信息化工业工程实施

1.提升机械制造企业竞争力的必由之路

走新型工业化道路，坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化之路是我国加快实现工业化的必然选择。

目前我国还处在工业化进程之中，距离实现现代化还有很长的一段路要走。

工业化的进程是不可逾越的，但是在信息时代工业化的过程可以缩短。

应该充分利用后发优势，大力推进以制造业信息化为代表的国民经济信息化，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，实现全社会生产力的跨越发展。

近十多年来，我国有关部门有计划地部署了一系列重点科技项目，有效地促进了我国企业信息化技术的研究与应用推广。

“十五”期间，科技部在“八五”、“九五”CAD/CIMS应用示范工程的基础上，从863计划和攻关计划中拿出8亿元资金，组织实施“制造业信息化关键技术研究及应用示范工程”，简称“制造业信息化工程（MIE）”重大项目。

这是科技部在以信息化带动工业化，用高新技术改造传统产业方面的一个重要举措。

目前47个重点城市约两千家制造企业加盟制造业信息化工程。

据统计仅重点城市财政投入就达11亿元，拉动企业信息化投资60亿元。

据全国制造业信息化指数调查报告显示，

中国制造业信息化指数由2001年的100点上升到2002年的118.21点，增长幅度达18.21%。

其中，制造业信息化环境指数增加34.46%，制造业企业信息化指数增加11.24%。

但是，应当看到，我国企业信息化水平较低，与世界一流企业相比，我国企业信息化落后了十余年。

对于机械制造企业而言，充分发挥工业工程技术的优势，是推动企业信息化建设的一项重要途径。

现代工业工程的突破必然带动企业信息化的快速发展。

2.工业工程技术在机械制造企业信息化中的核心作用

企业信息化从本质上讲，就是采用工业工程的技术、方法和手段，对企业的经营管理、生产运作、采购销售等各方面进行资源和流程整合并设计企业未来发展的需求功能，而信息技术则是以先进的技术手段及时、准确、便利、安全地来实现企业预定目标，没有经过工业工程技术优化的制造企业信息化系统还是一个低效率的系统。

另一方面，现代工业工程以系统分析、信息技术和运筹学为基础，它主要用于解决大系统最优化与宏观资源配置，这些本身就与信息技术密切相关。

当前信息化建设方面的BPR、MRPII、ERP、CIMS、SCM、JIT等概念都属于现代工业工程的范畴。

在企业信息化项目中，工业工程技术具有核心作用，不可忽视，主要体现在：

1）制造业信息化对基础数据的准确度要求很高。

像工时定额这种数据，如果没有经过动作分析和作业研究很难保证其准确性，很多实施ERP的企业工时定额都是估计值，进而影响到生产周期、产品成本、生产计划的准确性；

*资助项目：

国家高技术研究发展计划（863计划）2003AA413220

2）启动信息化项目要求从系统的整体规划设计出发，客观分析企业的现状和需求，分析当前和未来之间的差距，然后制定信息化建设的策略，明确原则和路线，对信息化工程进行总体规划。

对企业信息化项目进行总体规划和设计的相关技术方法，多是工业工程的基本内容；

3）机械制造企业信息化项目的核心是对企业资源的计划与控制。

制定合理的生产计划、进行能力平衡和优化排序、改善物料库存等，又是工业工程的重要内容；

4）企业信息化不是把企业的原有流程简单电子化，在实施过程中必然要进行业务流程重组，即进行BPR。

而BPR在现代工业工程研究中占有重要地位，它强调利用先进的信息技术和运用工业工程的理念与方法对企业现有的业务流程进行根本的再思考和彻底的再设计，实现管理组织结构扁平化，最终实现企业经营在成本、质量、服务和速度等方面的改善。

3.运用工业工程技术的企业信息化建设

到目