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工业工程概述

  嘉宾简介

  ? ? 乔金友,东北农业大学工程学院副教授,系主任,硕士研究生导师。1994年硕士毕业留校任教,2007年博士毕业于东北农业大学农业机械化工程专业。

  
 

  主要从事农业机械化生产与管理、农业系统工程、工业工程与物流工程方面的教学与研究工作。主持或参加科研课题20余项,其中国家公益性行业(农业)专项二级任务2项,国家社科基金子题1项,主持省部级课题3项。发表学术论文40余篇,主编或参编教材8部。

  
 

  一、工业工程产生背景

  1.1 企业竞争主题的演变

  随着技术进步及经济的发展,企业竞争日趋加剧,发达国家自上世纪八十年代左右开始以产量为竞争主题,九十年代的质量为重,到2000年前后以市场反应速度为主,到至今变成以整合为主,以其取得竞争的胜利。其中包括,质量-降低成本-市场反映速度等阶段。

  
 

  虽然我国要比其他国家晚几年甚至几十年,但中国制造业竞争主题的发展,基本上也是沿着这条道路行进的。目前也到了以整合为主的阶段,那么,如何降低成本、提升质量、提高市场反映速度,甚至提升整合效果呢?这里有常规方法,而且常规方法也起到了不可低估的作用。但随着竞争的加剧,必须要采用新的、更有效的方法。中国的企业技术进步速度在加快,成本的降低、质量的提升、反映速度的加快以及整合方法、整合效果的提升,都需要工业工程技术与方法来支撑。我国的一些企业已经率先尝试采用了相关方法并且收到可喜效果。

  
 

  下面举出企业被迫降低成本和丰田公司获得惊人利益的例子:

  
 

  案例1:上海某汽车总装厂为了降低成本,要求一级二级三级配套厂降价,且每年降幅必须达15%~18%,最多的要求降20%。利润的缩减迫使企业压缩成本。

  
 

  案例2:2003年,日本丰田汽车股票在美国股票市场股价的总值,超越美国三大汽车厂即福特、克莱斯勒、通用股票市场的总和。虽说丰田公司2003年在全球只销售728万部汽车,可是它获得了80亿美金的利润,而上述三大车厂,只有不到15亿美金的利润,且大部分利润还源自营业外的收益。例如福特依靠的是汽车贷款。

  
 

  第一个案例是成本降低的问题,下面的案例则是整合的问题。丰田公司之所以发展迅速,应用起源于美国的工业工程思想与方法,是其成功的密诀。让我们再举一个有趣的例子:美国宇航局为了使宇航员在外太空中正常的使用圆珠笔,不惜斥巨资研制“太空笔”,苏联人为此大不理解,认为使用铅笔即可代替“太空笔”,不需要如此舟车劳顿。例子中的美国宇航局是一个正常的思维,出现问题,想办法解决问题。创新发明,结果理想!但是两个国家面临同一个问题,解决方法却完全不同。主要区别是:思维方式。思维方式很重要,所以出现了:做正确的事,和正确做事的问题。

  
 

  对企业也是如此,讨论一个企业生产经营管理效果的好坏,一般集中于两点,即效果和效率:(1)效果,是方向问题。即做一件正确的事情,先要方向选择正确,才可能得到想要的结果。这里所谈的大部分都属于战略问题,即到底该生产什么产品,产品的功能、性能怎样定位,如何创造差异化,如何面对目标顾客、目标市场等。(2)效率,是方法问题。即用正确的方法,把一件事情做好,提高效率,用最少的投入,得到最多的产出。这是基本思想之一。
 

  
 

  我们简单了解一下企业竞争主题的变化。下面再看生产效率损失的种类,以及各类生产效率不高的原因有哪些。

  
 

  1.2.生产效率损失的种类

  生产效率就是单位时间完成产品的数量,或者生产单们产品所需要的时间。那么生产效率有哪些影响因素呢?生产效率低的原因有哪些呢?下图可能很好解答这个问题。这里有一张图,很形象地说明效率的去向。

  
 

  图1 企业生产效率分类及损失?

  从图上可见,首先、工作过程中都可能包含哪些内容,哪些工作消耗的时间是有效时间,哪些工作消耗的时间是无效时间?在这种情况下,效率会如何变化?同时,是不是也提醒我们:若准备提高效率,我们应该从哪几方面做工作。这又是一个思维,由现象到原因,找到原因再想解决办法,最后解决问题。这个思维,每位可能都有,但在实际生产中真正的实施却不一定时时能做得到。其次、班次总时间往往不能被有效地百分之百利用,因为在实际生产过程中,总有由于主观或客观原因,影响生产的正常进行,或做着与生产无关的工作。如等待、无效的搬运、工作懈怠、组织不利、不合格品返修,……。

  
 

  由上图可见,企业生产效率损失包括如下几种:

  
 

  (1)需求不均衡的资源配置损失

  为了获得最大的利润率,一般的企业通常会根据旺季,或者需求高峰期配置生产资源,如设备、人员、物料等。但在需求低谷时,降低产量,或者计划性停工,这是需求不均衡的资源配置损失。举一个冷饮类的例子:冷饮行业的夏季和冬季冷饮行业的生意基本集中在夏季,冬季几乎没有人去买冷饮。它的淡旺季之间的波动非常大,冬季市场可能只有夏季的 10 %。在这种情况下,为了避免人力和原材料的浪费,到了淡季,就必须停工或减产。所以因为季节的变化,很多资源难以被均衡地配置。

  
 

  (2)无效作业的流程计划损失

  无效作业主要是指在设计开发阶段就补植入的不必要的加工作业。很多企业常常因为设计开发阶段的不合理导致效率损失。举一个企业中常见的余量放置过多的例子:某医疗机械生产企业有道工序是将一个不锈钢的钢棒截成几段,再进行加工。因为加工可能会出错,所以预留大约一厘米左右的长度,万一加工出错了,还可以重新加工。加工完成后发现,97% 的钢棒基本合格。这就意味着 97% 的钢棒必须再多一道工序,把多出来的一厘米截断,这不但浪费了材料,也浪费了工时,降低了设备的效率。

  
 

  由此可以看出,有很多技术部门下达的工艺技术指令没有对余量进行恰当的控制,直接导致后面出现了很多没有价值的工序,造成企业资源的巨大浪费。其解决对策如下:借助流程改造的方法,通过删除、合并、重组、简化来处理,简称ECRS(工业工程主要方法之一)。那么,一个流程该如何进行改善。这也正是工业工程所要解决的问题。我想,我们农机企业很多时候也会遇到这样的问题,大家肯定也在积极探讨解决的途径。
 

  
 

  (3)设备故障效率损失

  原因分类:①自然劣化,任何设备只要正常使用,都会产生正常劣化和磨损。②强制劣化,它是由环境或人为因素造成的,如使用不当、操作不当或者是维修不当造成的劣化。③对劣化之放任,如果设备存在劣化的情况,不管是自然劣化还是强制劣化,若不进行复原,就是对劣化之放任。例如设备没有润滑油了,螺丝、螺帽松脱了,沾染了灰尘或者开始漏电了,出现这些情况时如果生产管理者都不管,就是对劣化之放任。④对应力之放任,每一台设备设计的时候,都有设计的应力强度,相应的,操作时就有一定的操作规范。假如超过了使用条件以上的应力,太过于用力地操作,或者因为负荷过大,或者因为维修不当,都可能使设备产生故障,以上的不当行为即是对应力之放任。

  
 

  其解决对策如下:指针对设备自主保养的三大基本条件,即清扫、给油和螺栓再紧固、制定操作基准并进行培训。以上三种看似简单的工作,实际上并不简单,企业必须找到最易操作和最有效率的基准,才能在现实工作中坚持下去。

  
 

  下面通过简单的保养机器案例来进行形象的说明:

  
 

  给机器加润滑油,看似很容易的事情,某公司却因此遇到了麻烦。该公司有写得很好的作业指导书,但真正到执行的时候,却往往找了30分钟还不知道设备的加油嘴在哪里;好不容易找到加油嘴,却因为已经两三年没加过润滑油,加油嘴已经满是灰尘,被堵住了,没法加油;好不容易拿个牙签捅好了油嘴,但员工又不知道加几号的油;等确定好加什么型号的油以后,工人去仓库领油,竟然是20加仑(约90.9升)一桶的润滑油,根本没法加。

  
 

  而丰田公司关于清洁机器的规定和执行是这样的,一台设备要清扫很多的死角,即清扫设备的困难部位。这个困难部位怎么解决?用什么方法能让工人每天都能扫到应该清扫的死角?关于这个问题,丰田公司有着自己独特而有效的方法。丰田公司的机器面板上,有一种很简单的拆卸和复原方法,工人可以很容易地完成清扫困难部位的工作。在实行这种看似简单的方法后,丰田公司保证了清扫的效率,减少设备的故障率。

  
 

  可见,即便是加润滑油这么一个简单的问题,若没有合适的方法和进行合格的训练,工人在工作中就会遇到很多稀奇古怪的困难和障碍。这个公司没有执行力,其责任无疑不在工人。

  
 

  (4)制程平衡率损失

  ①季节的波动。工作量在淡季与旺季不同,所以企业需要通过重新排列组合取得设备、人力及所有生产资源的平衡。②节奏同步进行,即前后工序能否同步进行的一种平衡。

  
 

  让我们通过丰田公司的“单件流动”模式进行具体说明:丰田的“单件流动”丰田公司的流水线中,并不是一道工序完成一批产品后才交由下一工序。而是做完一个,就往下一道工序移动,即单件流动。依据这种单件流动的理念,可能在10分钟之内,在制品就已经流到最后一道工序,后整人员就已开始工作了。通过平衡作之间的步伐,丰田公司最大限度地避免了虚置和浪费。

  
 

  1.3.谁来提供解决方案——工业工程(IE)

  总结前面的效率损失的类型及其中几类的相应解决对策,分别用到了:

  
 

  (1)资源配置均衡法

  (2)防呆法

  (3)TPM(全面维修保全管理)

  (4)JIT(准时化)

  (5)ECRS四大改善原则

  
 

  这些均源自于工业工程方法,可见工业工程方法是有效解决上述问题的思想和方法。

  
 

  工业工程正是将企业的五大要素:人、机械设备、材料、方法、环境进行合理整合、调度、设置及改善的方法。上述提及的方法还不全面,差很多,工业工程就是由这些适用有效的方法组合在一起而形成的理论与知识体系。说得深奥些,工业工程是一个学科、或一个专业;若说得简单一些,工业工程就是把适用的方法进行有效地组合,正确地用在了合适的生产管理环节。工业工程是将各种适用、有效方法汇集在一起的科学。

  
 

  二、工业工程简介

  2.1.工业工程的概念

  我们给学生课的时候常说:工业工程是“工程+管理”。也就是说工业工程具有工程属性和管理属性。工业工程的研究对象是工程问题,解决的思想和方法具有管理属性。

  
 

  美国工业工程师协会对工业工程学科的概述:工业工程(Industrial Engineering,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。

  
 

  下面为工业工程的主要特征:

  
 

  看看这几个特征。

  首先它是一门交叉学科,从事工业工程的人(工业工程师)是复合型人才,最起码要掌握工程和管理两类相关知识,起码要具备工程知识和管理意识和方法。其次,它需协调诸多生产要素:人、机、料、法、环。这是我们常提及的。另外,工业工程还有两个必不可少的要素:能源和信息。这些都是企业生产、管理、营销过程必不可少的因素,这些因素不是孤立存在的,工业工程自然都要考虑到。换句话说,从事工业工程的人必须要有这样的宏观、系统的思想。第4个特征提得很好:是一种哲理。

  
 

  我认为我们可以这样理解工业工程:工业工程是一种思想,再加上基于这些思想的有效方法的集成。大家不要把工业工程理解成多么深奥的理论,或高深的问题,更不要追求如何做才达到工业工程的需要或一点一点做,就是工业工程。这些思想和方法,是在企业竞争加剧后,仅靠增加产品数量和提升市场营销水平是做不来的,或做得不够理想的。所以,企业家就探讨如何进一步压缩开支,降低成本,怎么做?本来已经做得很好的车间管理工作、做得很好的工人师傅,还要怎么改进?在这样的背景下产生的有效思想和方法的组合,我们今天把它称为工业工程。(通俗的理解)这也是对其特征的概括:第二点提及了要消除各种浪费,实际上工业工程将浪费归结为七大浪费。其原因如图所示。

  
 

  这些浪费若能消除的话,效率无疑会得到提升,成本自然降低。还有一点值得一提:在上世纪90年代,工业工程即被认为是世界七大工程学科之一。可见其重要性。

  
 

  2.2.工业工程的起源和发展

  (1)工业工程的创始人

  工业工程思想和方法的形成和产生经历了较慢长的过程,也是在不断探索有效的企业生产管理方式的过程中产生的。工业工程的创始人可以追溯至十九世纪的泰勒(Taylor,1856-1915),美国古典管理学家,科学管理的创始人。创立时间研究(Time Study),通过改进操作方法、科学制定劳动定额、采用标准化等方法,极大地提高了劳动效率、降低了生产成本。1911年发表《科学管理原理》。被誉为“科学管理之父”、“工业工程之父”。这是工业工程的创始人,这一点不一定每人都知道,但提及科学管理之父,大家肯定都知道。工业工程理论体系真正的形成也是在二战后。

  
 

  (2)工业工程的发展

  工业工程在美国形成,并得到了较充分的发展。二战后的日本急待发展,丰田公司引入美国的工业工程后,经研究应用改进,形成了丰田生产方式,就是今天常提及的TPS。可以这样讲,TPS就是日本的工业工程。后来,美国在学习TPS的基础上,提出精益生产(Lean?Production),互为因果。区别只在于不同的发展阶段,不同的地区、不同的时段。至于物料需求计划MRP、制造资源计划MRP-II、是工业工程的具体内容,还有ERP,大家都熟知。

  
 

  (3)工业工程思想
 

  我国的工业工程是从上世纪80年代中期从学习开始,从高校开始,逐步到企业应用。

  
 

  下图表达工业工程的主要思想,也是很有意思的一种思想,其最终的目标是money,无论节约成本,还是提高效率,最终都是要提高效益。
 

  
 

  (4)工业工程方法

  刚才提及:工业工程就是一些有效的思想和方法的集成。具体如图所示。主要技术:程序分析、动作分析、经济原则、时间分析、动作分析。归结为:方法研究、作业测定、配置研究三个主要大的技术。但每一项都包括具体的、详细的内容和方法,时间分析看似普通。但恰是工业工程最为基础的内容。没有准确的时间分析,就不可能确定合适的时间标准(时间定额)。

  
 

  若这些基础都没有,如何衡量工人的生产效率和工时呢?我们学生毕业到企业去工作,很多岗位就是这个,拿块秒表,记录工人每项操作的时间消耗,然后区分哪些是有效时间,那些是无效时间。以便制定更严谨的时间定额,也有一些学生反应,因为这个工作总与工人发生矛盾。这是笑谈,不能因为有矛盾说不搞工业工程了。恰恰相反,有矛盾,说明工业工程还有一个被接受的过程,需要更努力去做,提升效率,意味着劳动强度的增加。

  
 

  具体应用方向包括:(1)工作设计(工作研究+人机工程),(2)设施规划与物流系统设计,(3)工程经济分析,(4)生产计划与控制,(5)质量管理与质量保证,(6)成本控制。可见,工业工程应用领域很多,或者说工业工程需要的基础知识很多。具体涉及:人因工程、物流工程、生产管理、现场管理、工程经济等。

  
 

  2.3.工业工程在我国的应用

  举几个工业工程在我国的应用和发展的案例:

  
 

  案例1:1986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。

  案例2:成都市红光电子管厂在引进的显像管生产线上应用IE,年增产42万只电子枪,投入0.98万元,获得363万元的效益。

  案例3: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。

  
 

  这是我国应用工业工程的一些例子。当然,应用工业工程初期,需要一些投入,拿动作分析来讲,增加一个IE人员,就需要增加人力成本,记时仅仅是一个点的工作,还有很多相关工作,作工业工程需要一些投入,但应用好的话,IE给企业创造的效益是可观的。

  
 

  我国的工业工程形成和发展是从高等院校开始的。在上世纪八十年代中后期,西安交通大学汪应洛院士为主要团队在国内首先研究和应用工业工程。1993年,西安交通大学、天津大学、重庆大学最早招收工业工程本科生;1997年,清华大学设立工业工程本科专业,于2001年10月正式成立工业工程系,特聘美国工程院院士、普渡大学萨文迪教授出任首届系主任和讲席教授。

  
 

  正像天津大学齐二石教授说的那样:Industrial Engineering不应译成工业工程,应该翻译成“产业工程”,因为它不仅可应于工业企业,它作为一种基础方法和思想,可应用于任何行业。目前,工业工程作为一种通用思想和方法被广泛地应用地工业企业、医疗、政府机关、服务业等各个领域。

  
 

  个人也非常欣赏天津大学齐二石教授的观点:工业工程是一种思想、是一种方法。它不但用于工业,能用于农机企业,更能用于医疗业、服务业、农业……,它是一种平台方法,今天我们还称之为工业工程,明天可能就会称之为:通用方法……。

  
 

  2.4.工业工程师在企业中的作用

  工业工程师是在生产制造企业或要关行业从事工业工程技术的,具有一定理论及实践经验,且通过相关考核的工程技术或管理人员。那么工业工程师在企业中的作用怎样呢?

  试看如下情况:
 

  
 

  (1)工厂中,每位专业工程师专司其职,谁来沟通不同的专业工程师呢?
 

  
 

  (2)工厂里,老板关心一件事(赚钱与产量),员工关心另件事(薪水与劳力的付出),那么谁来做老板和员工的桥梁?

  
 

  (3)工厂里,人人关心赶货及品质,是否有人关心今天比昨天做得更好,明天比今天做得又更好?如果有,那么这种改善的工作谁来做?

  
 

  (4)人人关心机器料、……,谁来关心最重要的“ 人”?如何使这些人做得更舒服、做得更多、赚得更多,而且受到尊重?

  
 

  (5)大家关心产量,谁关心总成本?

  
 

  (6)各个小单位往往都有本位主义,由谁来考虑整个工厂的最适点(optimization)?

  解决这些问题离不开工业工程师。

  
 

  工业工程方法主但广泛应用于外资公司,合资公司、民营企业、超市、医院、银行等部门都广泛应用工作工程改善其流程或布局,以提高生产效率或工作效率,降低成本,进而提高效益。应用工业工程方法的农机企业也屡见不鲜。

  
 

  约翰迪尔(佳木斯)公司为开发生产玉米收获机,将装配车间中发动机的暂存量由20台,分两次降至5台,大大节约空间的同时,更重要的是减少了在制品库存。同样,该公司非主流业的机加业务外包后,将空余出来的机械车间空间租给供应商用于存放企业所需原材料。使供应商与车间的距离在1公里之内,保证供货的及时性。为实现零库存目标奠定了基础。

  
 

  在制品库存减少,意谓着流动资金的减少,意谓着需要空间的减少,而供应商管理库存是高明的法,我的库存我不管理,而是让供应商来管理,什么时候需要,时候送到,当然有些做法是依企业在行业内的地位来确定的,不以一概照搬。

  
 

  三、IE应用案例

  3.1 一汽推行 TPS 的案例

  上世纪80年代初,一汽派出一个40人的代表团专门访问丰田公司,进行了现场考察学习达半年之久,回来后在一汽各分厂推行丰田生产方式。90年代初,一汽变速箱厂采用丰田生产方式,取得了降低在制品70%的奇效。 “一个流”生产,使生产交付周期大幅改善。

  
 

  简单解释一下“一个流”生产思想。一个流是准时化生产(JIT)的物流形式,是实现准时化生产的基础。一个流生产是指从毛坯投入到成品产出的整个制造加工过程,零件始终处于不停滞、不堆积、不超越,按节拍一个一个的流动的生产方法。它的含义包括:(1)每道工序加工完一个制件后立即流到下一工序;(2)工序间的在制品数量不超过紧前工序的装夹数量;(3)制件的运动不间断、不超越、不落地;(4)生产工序、检验工序和运输工序合为一体;(5)只有合格的产品才允许往下道工序流。可以说,一汽是国内应用工业工程的典范之一,主要学习应用日本的丰田生产方式TPS。

  改善前某车间在制品流程

  
 

  这个车间的在制品流程是不是很复杂?一是乱,二是路线长,三是路线干涉,四是……。这都是需要改进的地方,因为设施布局不合理,而成效率的低下,造成效率低下。

  
 

  改善目标:根据目前生产及设备的实际状况,对设备布局进行调整,对工序内容进行优化组合,作到少人化,一人多机。在生产线内减少在制品数量,确定标准手持量,实现“一个流”和“先入先出”的生产方式,提高产品品质,提高劳动生产率,降低产品成本。

  改善后该车间在制流程

  改善措施如下:

  
 

  (1)搬移设备,重新布置设备布局,缩小作业面积。

  (2)确定标准在制品数量,制作工序间滑道,改变转运方式,取消转运车。

  (3)制定工序能力表,通过对工序能力的分析与论证,制定标准作业组合表及改善后标准作业票,并张贴在生产现场,明确生产节拍,优化人员,实行标准作业。

  
 

  简要的来说:用一个流的思想,根据工序关系,改成U型生产线,进出,以及车间内运输井进有条。而且运输距离大缩短,节省物流成本,节省物流人员。使得最终的改善效果为:在制品由改善前的220件下降到14件,下降206件,实现“一个流”和“先入先出”的生产方式,提高产品品质。设备U形布局,工序内物流U形走向,节省作业面积90平方米。

  
 

  案例2:油品加注机结构设计的改善
 

  改进一:加长吸油管,并换成软管。使油料利用深度增中5cm.且不影响加油质量。这是对加油机的改进,大家都知道,加油不应取油箱底部的油,加软管是改进之一,但不理想,因距离有点近,还有哪些地方能再改呢?

  
 

  改进二:倾斜取油。油品利用率更高。改成倾斜方式取油桶一角的油,保证不取到底层脏油,是否还需要改进?如何倾斜?

  
 

  改进三:油桶倾斜装置由刚性改为弹性,根据油品量决定是否倾斜和倾斜角度。是不是还能再改进呢?大家可以利用剩余时间探讨!

  
 

  坛友讨论

  山东鑫亚宁振河

  目前,由于劳动力增值,企业利润空间降低,对于设备更新缺少资金,利用设备代替人工也是困难重重。另外,如果大量裁员必将给社会带来压力,所以,企业既要承担发展压力,也要承担社会责任,提升劳动效率势在必行。工业工程的广泛应用,也必将给企业带来转机。

  
 

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  时间:2016年1月27日

  主讲:乔金友

  主持:王思翱

  地点:中国农机论坛群(98733917)

  本期编辑:王思翱

  
 

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