基础工业工程 教学课件

基础工业工程教学课件第一章工业工程概述与发展历程工业工程作为一门重要的工程学科，已经有着百年的发展历史本章将带领大家了解工业工程的基本概念、发展脉络以及在现代工业中的重要地位我们将探讨•工业工程的定义与内涵•工业工程的历史起源•科学管理理论的奠基人•20世纪工业工程的关键发展节点•工业工程在中国的发展历程•现代工业工程的特点与趋势工业工程的定义与内涵学科定位核心特征研究对象工业工程是一门技术与管理交叉的工程以人为中心，关注人、机器、材料、设研究对象涵盖从单个工作岗位到整个企学科，专注于生产与服务系统的设计、备、能源和信息的整合与优化工业工业乃至供应链的各个层次不仅关注制改善与优化它结合了工程技术、数程师被称为系统的医生，能够诊断系造业，也适用于服务业、医疗、物流等学、物理以及社会科学的原理和方法，统运行中的问题，并提出改进方案多个领域通过系统化的分析和整合，提高系统的效率、质量和生产力工业工程的价值工业工程的目标•降低成本，提高生产效率工业工程的根本目标是追求系统整体效益的最大化，而非局部优化这要求工业工程师具备系统思维，能够从整体视角审视问题，找出最•改善产品与服务质量佳解决方案•提升资源利用率•改善工作环境，减少工作疲劳•促进企业可持续发展工业工程的起源科学管理的奠基人弗兰克与莉莲·吉尔布雷斯特夫妇（1868-1924）（1878-1972）•动作研究的先驱，发明了瑟布里格（Therblig）动作分类系统•开发了微动作分析技术，使用照相机记录工人动作•强调减少不必要动作以提高工作效率•莉莲·吉尔布雷斯特是第一位重要的女性工业工程师•提出了最佳方法（One BestWay）理念，强调标准化作业世纪工业工程的发展关键节点201910年代科学管理运动1泰勒的科学管理原理在美国工厂广泛应用，显著提高了生产效率亨利·福特将流水线与科学管理相结合，创造了现代大规模生产模式21930-1940年代人际关系学派兴起霍桑实验表明人的社会心理因素对生产效率有显著影响工业工程开始关注人的因素，人机工程学（人类工效学）逐渐形成1950-1960年代运筹学与计算机技术融入3线性规划、排队论、库存理论等运筹学方法被引入工业工程计算机技术的应用使得复杂系统的优化成为可能美国工业工程师协会（AIIE）成立于1948年41970-1980年代日本精益生产兴起丰田生产系统展现出强大竞争力，JIT（准时制）、全面质量管理、看板管理等日本现场管理方法受到全球关注美国工业工程更侧重于工1990年代至今全球化与信息化5程技术，而日本更注重现场改善工业工程与信息技术深度融合，ERP系统、供应链管理、精益六西格玛等新方法不断涌现工业工程的应用领域从制造业扩展到服务业、医疗、物流等多个领域科学管理的开创者第二章基础工业工程核心技术与工具基础工业工程为工程师提供了一系列实用的分析与优化工具，这些工具构成了工业工程师的核心技能本章将详细介绍这些基础技术的原理、方法与应用，帮助学习者掌握工业工程的硬功夫本章核心内容•程序分析与作业分析•动作分析与时间研究•工作抽样与模特法•学习曲线理论•生产线平衡技术•现场管理方法程序分析与作业分析程序分析作业分析对生产过程或服务流程进行系统分析，识别并记录每一步骤，寻找优化机深入研究特定工作岗位的任务、职责、工作环境及所需技能，为岗位设会计、培训和标准制定提供依据程序分析的主要工具作业分析的主要内容流程图（Flow Chart）使用标准符号表示工作流程，直观展示各步骤间的工作说明书详细描述工作目的、职责范围、工作程序、工作条件等关系和逻辑顺序岗位规范规定从事该工作所需的资格条件，如教育背景、工作经验、技能工序图（Operation ProcessChart）记录材料加工过程中的操作和检验，要求等突出显示工艺路线安全分析识别工作中的危险因素，制定安全操作规程流程程序图（Flow Diagram）结合平面布置图，展示物料或人员在工作场人因工程评估评估工作对人体的影响，优化工作站设计所的移动路线人机程序图（Man-Machine Chart）分析操作者与机器的交互关系，优化人机配合双手作业分析图记录双手动作的协调性，优化手工作业效率动作分析与时间研究吉尔布雷斯特动作研究法时间研究与标准时间动作研究的核心是分析工作动作，消除不必要的动作，简化必要的动作，从而提高工作效率吉尔布雷斯特夫妇开发了瑟布里格（Therblig）动作分类系统，将人的基本动作分为17种基本类型•搜寻（Search）•选择（Select）•抓取（Grasp）•运送（Transport loaded）•放置（Position）•装配（Assemble）•使用（Use）•拆卸（Disassemble）•检查（Inspect）•等待（Delay unavoidable）等通过识别这些基本动作，可以系统地分析工作中的浪费，并进行针对性改进时间研究是测定完成特定工作所需时间的技术，是制定工作标准、进行生产计划的基础时间研究的主要步骤包括

1.工作分解将工作分解为若干工作要素

2.观测记时使用秒表等工具记录完成各要素的时间

3.评比定级根据工人的工作速度进行评比定级

4.正常时间计算观测时间×评比系数=正常时间工作抽样与模特法工作抽样模特法（MTM法）工作抽样是基于概率统计原理的一种工作研究技术，通过随机时间对工作状态进行多次观测，推断各种工作状态的比例分布工作抽样的应用•确定工人、机器的利用率和闲置率•建立工时标准•评估非重复性工作的效率•确定各类延误的原因和比例•为工作改进提供依据工作抽样的步骤

1.确定研究目的，定义工作状态分类

2.进行初步观测，估计各状态比例

3.确定所需样本量n=Z²pq/E²

4.制定随机观测计划并执行

5.分析数据，得出结论并提出改进建议模特法（Methods TimeMeasurement，MTM）是一种预定动作时间系统，无需实际测时，即可根据动作类型、距离等因素确定标准时间模特法的特点•将基本动作分为伸手、移动、转动、抓取、放置等类型•每种动作根据难度、距离等因素有对应的标准时间值（TMU）•1TMU=

0.00001小时=

0.0006分钟=

0.036秒•可用于新工艺的时间预测，无需实际生产即可估算时间•有利于工作方法的比较和优化学习曲线理论学习曲线的定义数学表达式学习率学习曲线描述了随着生产数量的增加，单位产品所需的累计平均工时呈规律性下降的基本公式Yn=K×nlog2r学习率表示产量翻倍时，单位产品累计平均工时的下降比例如学习率为80%，则产现象这一规律在航空、电子、机械等多个行业得到验证量翻倍时，单位平均工时下降到原来的80%其中Yn表示第n件产品的工时；K表示第1件产品的工时；r表示学习率；n表示生产的件数影响学习曲线的因素学习曲线的应用•产品的复杂性和新颖性•生产中断的频率和持续时间•工人的技能水平和培训程度•管理的有效性和工艺改进•工作环境和激励机制不同行业的典型学习率•航空制造85%•机械加工90%•电子装配75%•重复性手工操作80%成本估算预测产品生命周期内的生产成本变化生产计划合理安排生产进度和产能分配人力资源规划预测人力需求变化，制定培训计划报价策略为新产品制定合理的报价策略生产线平衡与现场管理生产线平衡现场管理生产线平衡是指合理分配各工位的工作量，使各工位的工作时间尽可能均衡，从而提高生产线的整体效率生产线平衡的步骤

1.确定生产节拍时间（Takt Time）=可用工作时间/需求量

2.分解工作为工作要素，测定各要素时间

3.绘制前序图，确定工作要素的逻辑关系

4.根据节拍时间计算理论最小工位数

5.使用启发式算法或数学模型分配工作要素

6.计算平衡率和效率，评估平衡方案评价指标•平衡率=∑工位时间/工位数×最大工位时间×100%•效率=∑工作要素时间/工位数×节拍时间×100%•平滑指数=√∑最大工位时间-各工位时间²现场管理是提升生产效率和质量的基础，良好的现场管理可以减少浪费，提高工作效率5S现场管理法优化每个环节，实现流水线高效运转第三章基础工业工程的应用案例理论的价值在于指导实践，本章将通过具体的工业工程应用案例，展示基础工业工程工具在实际生产环境中的应用方法与效果这些案例涵盖不同行业、不同规模的企业，展示了工业工程在解决实际问题中的强大威力本章案例概览•案例一某汽车制造厂生产线平衡改进•案例二电子装配车间现场管理优化•案例三学习曲线在新产品导入中的应用•案例四物流中心工作抽样分析•案例五办公环境人因工程改善案例一某汽车制造厂生产线平衡改进12背景与问题分析方法某汽车制造厂总装线存在严重不平衡现象，导致部分工位长期超负荷运转，而其他工位则有闲工业工程师团队采用了以下方法进行分析置时间生产线效率低下，无法满足产能需求，且工人劳动强度差异大，影响员工满意度

1.使用动作分析对各工位工作内容进行详细分解

2.应用时间研究测定各工作要素的标准时间•生产线包含28个工位

3.识别并消除各工位中的冗余动作和浪费时间•平衡率仅为67%

4.建立工作要素前序关系图•瓶颈工位经常导致整线停滞

5.使用计算机辅助软件进行生产线平衡优化•部分工人工作强度过大，出现疲劳和质量问题34改进措施效果评估基于分析结果，实施了以下改进措施改进后取得了显著成效•重新分配工作要素，使各工位工作量更加均衡•生产线平衡率提高到88%•优化工装夹具，减少调整和装夹时间•单件生产周期缩短20%•改进物料供应方式，减少等待时间•产能提升25%，满足市场需求•标准化作业指导书，确保一致的操作方法•工人劳动强度趋于均衡，满意度提高•实施柔性人员配置，根据需求灵活调整人力•每年节省生产成本约200万元案例二电子装配车间现场管理优化问题背景某电子企业SMT（表面贴装技术）装配车间面临以下问题•设备停机时间长，利用率低•物料周转混乱，查找困难•工作场所杂乱，影响工作效率•质量问题频发，返工率高•生产效率低，难以满足订单交期诊断分析工业工程团队采用工作抽样技术，对车间工人和设备状态进行了为期两周的随机观测•共进行500次随机观测•发现工人闲置率高达15%•设备停机时间占总时间的25%•物料寻找和搬运占工时的18%•返工和质量检查占工时的12%改进措施

1.实施5S现场管理•整理清除不必要物品，释放30%工作空间•整顿工具、物料定位定置，减少寻找时间•清扫建立日常清扫制度•清洁制定标准，形成视觉管理•素养培训员工，形成良好习惯

2.优化作业流程•重新设计工作站布局，减少移动距离•实施看板管理，控制在制品数量•建立设备预防性维护制度

3.标准化作业•制定标准作业指导书•实施可视化管理•建立异常管理机制25%40%60%50%产能提升物料周转时间减少设备停机时间减少质量缺陷减少案例三学习曲线在新产品导入中的应用学习曲线分析工业工程师基于类似产品的历史数据，预测新产品的学习曲线•确定学习率为85%（电子组装行业典型值）•首件产品装配时间2小时/台•预测第100件产品时间

1.2小时/台•预测第1000件产品时间

0.8小时/台•预测第10000件产品时间

0.5小时/台应用成果

1.培训与人力规划•前期配置较多人力，确保生产线稳定运行•根据学习曲线预测，制定阶段性人力调整计划•设计针对性培训课程，加速学习过程

2.成本预测与控制•准确预测各阶段的制造成本•制定合理的定价策略•前期较高成本得到管理层理解和支持企业背景某电子产品制造企业计划导入一款新型智能手表产品，需要规划生产能力、人力需求和成本预测新产品的复杂度高于现有产品，涉及精密组装和测试工序挑战与问题•新产品首次生产，缺乏历史数据•短期内需要快速提升产能以满足市场需求•不确定培训时间和人力需求•产品成本控制面临不确定性•客户期望6个月内达到月产5万台第1个月第4个月日产量300台日产量1200台科学管理带来的质的飞跃第四章未来趋势与智能制造中的基础工业工程随着新一轮工业革命的到来，智能制造、工业互联网、人工智能等新技术正在深刻改变制造业的面貌在这一背景下，基础工业工程也面临着转型升级的挑战与机遇本章将探讨工业工程在智能制造时代的新发展与新要求本章核心内容•智能制造对工业工程的新要求•精益生产与工业工程的结合•工业工程师的新技能要求•数字化转型中的工业工程应用•人机协作时代的工作研究智能制造对工业工程的新要求数据驱动的生产流程优化人机协作与柔性生产线设计智能制造环境下，大量传感器和信息系统产生的实时数据成为工业工程分析的新对象工业工程师需要掌握数据分析技术，通过数随着机器人和自动化技术的应用，人与机器的协作方式发生了根本变化工业工程师需要重新思考人与机器的任务分配，设计高效据挖掘发现生产中的问题和优化机会的人机协作模式•设备状态监测与预测性维护•协作机器人与操作者的工作分配•基于实时数据的生产计划调整•人机界面的人因工程设计•产品质量全过程追溯与分析•柔性生产线的布局与平衡•能源消耗监测与优化•混合模式装配线的效率优化数字孪生与仿真优化数字孪生技术为工业工程提供了强大的分析工具，可以在虚拟环境中测试各种改进方案，避免对实际生产的干扰•虚拟工厂布局规划与优化•生产线平衡的仿真验证•物流路径规划与仓储布局优化•人机工程学分析与评价•新工艺导入前的虚拟验证通过数字孪生技术，工业工程师可以在虚拟环境中反复测试不同的设计方案，找出最优解，大幅提高工作效率和准确性智能决策支持系统人工智能和机器学习技术使得复杂生产系统的优化决策更加智能化、自动化工业工程师需要了解这些技术并将其应用于生产优化中•基于AI的生产排程优化•多目标优化决策模型•异常检测与智能预警精益生产与工业工程的结合精益生产的核心思想精益生产起源于丰田生产系统，其核心思想是通过消除一切形式的浪费，持续改进生产流程，提供客户所需的价值七大浪费（TIMWOOD）运输（Transportation）不必要的物料移动库存（Inventory）过量的物料储存动作（Motion）人员不必要的移动等待（Waiting）人员或设备的闲置过度生产（Overproduction）超出需求的生产过度加工（Overprocessing）超出需求的加工缺陷（Defects）产品质量问题精益工具与工业工程的融合在智能制造时代，精益生产的理念与工具正与工业工程技术深度融合，形成更加强大的改进方法论工业工程师的新技能大数据分析与仿真技术跨学科协作与创新思维现代工业工程师需要掌握数据科学的基本知识和工具，能够利用大数据技术发现生产系统中的问题和改进机会智能制造环境下，工业工程师需要与不同领域的专家紧密合作，共同解决复杂问题•数据采集与清洗技能•沟通与团队协作能力•统计分析与数据可视化•设计思维与创新方法•预测模型与机器学习基础•项目管理与变革领导•离散事件仿真与优化•跨文化合作与全球视野•数字孪生技术应用•持续学习与知识更新信息技术与自动化知识可持续发展与绿色生产工业工程师需要了解各种信息系统和自动化技术，能够评估这些技术的应用价值并参与实施•企业资源规划（ERP）系统•制造执行系统（MES）•产品生命周期管理（PLM）•工业物联网（IIoT）应用•人机界面设计与评估未来工业工程的现场课程目标回顾能够分析并优化复杂制造与服务系统掌握工业工程核心理论与工具学生应具备系统思维能力，能够识别生产和服务系统中的问题和优化机会，应用适当的工业工程方法进行分析和改进通过本课程的学习，学生应能够理解工业工程的基本概念和理论体系，掌握时间研究、动作分析、工作抽样等基础工具的原理和应用方法培养主动学习与持续改进的态度具备现场管理与生产线设计能力学生应形成积极主动的学习态度和持续改进的意识，具备终身学习的能力，能够适应工业工程领域的新发展和新要求学生应能够应用工业工程原理设计合理的工作站和生产线，进行生产线平衡优化，实施有效的现场管理知识要点•工业工程的起源与发展历程•科学管理的基本原理•动作研究与时间研究的方法•工作抽样和模特法的应用•学习曲线理论及其应用•生产线平衡技术•现场管理与5S方法•智能制造环境下的工业工程应用能力要求参考教材与学习资源主要参考教材辅助学习资源•易树平、郭伏《基础工业工程》（第三版，2021）•全面系统地介绍工业工程基础理论和方法•案例丰富，实用性强•配套习题和实验指导•刘洪伟《基础工业工程》

（2019）•强调工业工程的实践应用•重点介绍现代工业工程新技术•包含丰富的工程实例•冯丽云《工业工程导论》（第二版，2018）•通俗易懂，适合初学者•注重工业工程思维的培养学习建议与实践指导学习方法建议工业工程是一门实践性很强的学科，建议采用以下学习策略•理论结合实际案例•课堂学习理论知识•通过案例分析理解应用场景•动手操作加深理解•分组学习与讨论•组建学习小组，定期讨论•解决实际问题，互相启发•分工合作完成综合项目•工具软件辅助学习•掌握常用工业工程软件•使用仿真工具验证想法•通过数据分析强化决策能力实践活动指导要成为优秀的工业工程师，实践经验至关重要•参与企业现场调研•观察实际生产过程•识别现场管理问题•收集一手数据资料•参与改进项目•校企合作项目实践•暑期企业实习机会•校内实验室模拟项目•案例研究与分享•分析成功企业的工业工程应用•总结失败案例的教训•撰写案例分析报告1持续关注工业工程最新发展动态2培养跨学科学习能力建立个人知识管理系统课堂互动工业工程中的挑战与机遇讨论如何应对智能制造带来的变革？随着智能制造的快速发展，工业工程师面临新的挑战与机遇请分组讨论以下问题

1.智能制造环境下，工业工程师的角色将发生哪些变化？

2.传统工业工程工具如何适应智能制造的需求？

3.工业工程师需要掌握哪些新技能来应对变革？

4.人工智能会替代工业工程师的工作吗？为什么？

5.如何平衡技术创新与人本关怀？讨论时间30分钟，每组选派一名代表进行5分钟的观点汇报分享你身边的工业工程改进故事工业工程的应用无处不在，从学校食堂到公共交通，从医院到银行，都能看到工业工程原理的影子请思考并分享

1.你在日常生活或工作中观察到的效率问题

2.你认为可以应用哪些工业工程工具来改进

3.你曾经参与或了解的成功改进案例

4.改进过程中遇到的阻力和解决方法

5.从这些案例中你获得的启示每位同学准备2-3分钟的简短分享，通过实例讨论加深对工业工程应用的理解头脑风暴案例分析辩论环节课程总结基础理论核心工具工业工程的起源、发展与核心理念，科学管理的基本原则，为高效生产系统设计提供理论支撑动作分析、时间研究、工作抽样、学习曲线等基础工具，构成工业工程师的核心技能体系未来发展实践应用工业工程在智能制造时代的新趋势、新要求和新机遇，为持续学习指明方向通过案例学习，了解工业工程工具在实际生产环境中的应用方法、技巧和效果基础工业工程是工业工程师的核心竞争力尽管工业工程领域不断涌现新技术、新方法，但基础工业工程提供的系统思维和分析方法始终是工业工程师的核心竞争力•系统分析与优化能力•数据收集与分析技能•问题识别与解决方法•标准制定与过程控制•持续改进的思维习惯这些基础能力是适应变化、学习新技术的关键，也是工业工程师价值的根本所在致谢感谢各位同学的积极参与与努力通过一学期的学习与实践，你们不仅掌握了工业工程的基础理论和方法，更培养了系统思维和问题解决能力每一次课堂讨论、每一个实践项目、每一份作业报告，都展现了你们的热情和才华特别感谢•积极参与课堂讨论的同学们•实践项目中表现突出的小组•分享宝贵案例和经验的企业代表•为课程提供支持的教学团队工业工程的学习是一段充满挑战与收获的旅程你们的成长是对教学工作最大的肯定，也是推动学科发展的新生力量期待你们成为推动工业进步的中坚力量工业工程的学习不会止步于课堂，它将伴随你们的职业生涯不断深入希望你们能够将所学知识应用于实践，成为企业中的问题解决者、创新推动者和变革领导者无论是在制造企业、咨询公司、科研机构还是创业团队，都能发挥工业工程的专业优势，为中国制造业的转型升级和高质量发展贡献力量记住工业工程不仅是一门学科，更是一种思维方式和解决问题的方法论，它将使你们受益终身结束语工业工程，让复杂变简单，让效率成现实回顾与展望使命与责任从泰勒的时间研究到今天的智能制造，工业工程历作为新时代的工业工程师，你们肩负着推动中国制经百年发展，始终坚持以人为本，追求效率的核造业转型升级的重任通过应用工业工程的理论和心理念在新一轮科技革命和产业变革的背景下，方法，提高生产效率，降低资源消耗，改善工作环工业工程正迎来前所未有的发展机遇境，提升产品质量，为实现中国制造向中国创造的转变贡献力量数字化、网络化、智能化技术为工业工程提供了强大工具，使得更复杂系统的优化成为可能同时，工业工程的价值不仅在于技术创新，更在于思维方可持续发展、绿色生产、人机协作等新理念也在不式的改变系统思维、数据驱动、持续改进的理念断丰富工业工程的内涵将引领中国制造业走向更加美好的未来让我们携手共创智能制造新时代！用工业工程的智慧，推动中国制造业迈向全球价值链的高端，实现高质量发展，为人类创造更美好的生活！感谢大家的参与和关注，祝愿每一位同学在工业工程的道路上取得更大的成就！。