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凡事都能比現在做得更好——工业工程(IE)专题

本刊编辑 陈瑜
文章类别:特别策划 |电子期刊号: 2010年第1期 总第13期

作为既古老又现代的话题,工业工程(IE)始终作为一种有效的工具被制造型企业广泛运用着。2009年上海卓制商务咨询有限公司由丘丽萍老师于11月底正式引入IE。并以一场100余人的大型路演的方式重装登陆。与此同时,让我们在这里一同再次领略IE的风采,抱着“凡事都能比现在做得更好”的信念,走进IE、认识IE。

IE的定义

工业工程 (Industrial Engineering,简称IE)是精益生产系统的基础工程技术,它又是科学、客观、量化的管理技术。世界公认的杜绝浪费、有效提高生产率和经济效益、把技术与管理有机地结合起来的一门边缘学科。

质量要好,成本要低。对于很多企业来说,挑战比较大。要做到快、好、安全地生产。效率是第一的,就是我们投入产出比,是对工厂特别重要的质量指标,大家都围绕着它转,在这种情况下,我们从产到销,就是我们广义的IE所涉及的内容。

那我们狭义的IE呢?从制造的投入到产出,试图尝试用最少的资源、最小的损耗生产出精良的产品来。企业的营运就像是一个水桶,第一,要有技术来支撑,所以我们必须要改进我们的技术——用科学的技术、适合本工厂本企业的技术。第二,还要抓科学的管理方法。所以这个桶要有两个把手,两手都要硬,两手都要抓。既要抓技术,又要抓管理。这个只有IE才能做到。

IE的起源及发展

早在十八世纪,亚当·斯密斯在1776出版的《国富论》中提出的劳动分工概念,作为推动当时工业化生产的一个重要里程碑。IE的发展历程大致分为以下四个阶段:

第一阶段
产业革命后,生产力有很大发展,1799美国的惠特尼提出了“互换性”概念奠定了合理化、专业化、机械化、简单化和标准化的基础,因而能向大量生产发展。1832英国的巴比奇在《论机器和制造业的经济》一书中论述了专业分工、工作方法、机器与工具的使用、制造的经济原则等。人们开始用新的思考方法来研究提高效率,这就孕育了IE的思想,为IE的诞生和发展打下基础。

第二阶段
从十九世纪末到第一次世界大战期间里。泰勒受“作为经济学家的工程师”的思想影响,在机械制造领域发展了这样一个概念:方法设计、时间测定、生产计划安排与控制等都是工程师的职责。他努力实践这个概念,进行了一系列试验等并提出了工作定额原理和标准化原理,从而使生产率提高了几倍。吉尔布雷斯夫妇致力于动作研究,设定了十七种基本动作要素以及工作流程分析,他为工作与操作的改进和后来的预定时间标准创造了科学的依据,提供了至今人们仍在使用的思维方法。享利·福特首创了符合标准化、专业化的生产线同步化系统(流水线),使制造领域的生产率大幅度提高。这一时期,享利·甘特创造了“计划控制图”或叫“甘特图”,艾马逊提出了“奖金计划”和“提高个人效率的十二原则”,为生产管理和生产率的提高作出了很大贡献。1917成立了IE协会和泰勒协会。

泰勒的“铁锹试验”是系统地研究铲上负载后,研究各种材料能够达到标准负载的锹的形状、规格,以及各种原料装锹的最好方法的问题。此外泰勒还对每一套动作的精确时间作了研究,从而得出了一个“一流工人”每天应该完成的工作量(每铲21.5磅时产量时最高)。这一研究的结果是非常杰出的,堆料场的劳动力从400-600人减少为140人,平均每人每天的操作量从16吨提高到59吨,每个工人的日工资从1.15美元提高到 1.88美元。

弗兰克·吉尔布雷斯仔细审视了砖瓦匠的工作。其实他本人就多才多艺,自己也是一位砖瓦匠和建筑学家。这些砖瓦匠的工作是低效的。对此,吉尔布雷斯设计了一种能大大减少捆绑,提高效率1倍的脚手架,并为此申请了专利。

第三阶段
从二十世纪二十年代到第二次大战期间广泛地将当时的数学、经济学、社会学和心理学的成果引入IE活动中,从多种学科的角度来考察、分析和改进所研究的系统。19241932梅奥进行的著名“霍桑”试验,使人们认识到生产过程中人的行为和作用对生产效率提高更为重要,提高工人的士气是提高生产率的有效方式;1924年休哈特首创质量控制图使统计学成为IE研究中的一项有力武器。工作研究、质量控制、人事评价与选择、工厂布置、生产计划与控制等已成为IE的内容。随着机械化的迅速发展,费希首创“工程经济”,解决设备的“经济性”问题。运筹学的产生为决策者提供在多种方案中进行决策的方法,工业工程师将其应用到工厂管理中,使得IE的技术内容得到大大的丰富与发展。

第四阶段
为第二次大战以后。1945希亚公布了“因数分析法”。1947米鲁兹创立“价值工程”技术,总结了一套保证产品或作业必要功能,又能最大限度地降低成本的方法。二次世界大战以后,随着自动化、电子化的进一步发展,IE关于人的因素的研究有了新的发展。IE工程师们逐渐认识到必须把人和系统结合起来加以分析和研究,出现了“人机工程”,又称工效学(Ergonomics)。IE从战前经验主义发展为战后更讲求定量方法。IE的研究方法随着应用数学所取得的成就以及电子计算机的诞生与发展而产生了巨大的变化。定量化技术成为IE研究的主导和趋势,通过数学模型的建立来分析、设计、描述复杂的工业生产系统,特别是计算机科学、系统科学与工程的产生,使得IE工程师们对大规模的经济与社会系统进行分析、实验、多方案对比与决策,以及运行过程的控制与创新。1948,美国成立了工业工程师学会。五六十年代,美国许多大学先后成立了工业工程系,到1975,已有150所大学开设了工业工程课程。

IE与精益生产的关系

“把IE做到极致,就是精益。”——大野耐一

不得不说,IE与精益生产两者息息相关。精益生产是当前工业界最佳的一种生产组织体系和方式。而工业工程则是完成精益生产方式的工程基础,它是精益生产的重要组成部分及方案结果的评价方法。精益生产是现代工业工程发展的最高级表现

过去中国企业由于长期在传统计划经济的体制下运作,生产系统中严重忽视效率、效益。国外成功的经验证明,工业工程是推动生产体系彻底变革,实现经济增长方式由粗放型向集约型转变的主要工程技术。

日本在推行精益生产时,运用基础IE中大量的作业研究、动作研究、时间分析技术,使精益生产始终站在科学的基础上,因此生机勃勃、卓有成效。日本企业在运用IE方面有极大的创造,使得精益生产不仅带来了生产组织方式的质变,而且带来了产品开发、质量控制、内外协作管理、与用户关系等一连串根本性的企业组织体制、管理体制方面的重大变化和企业经营价值观的重大改变,其中最受影响的还包括日本企业的企业文化。丰田汽车公司生产调查部部长中山清孝认为,丰田生产方式(JIT)就是IE在企业中的应用。中国在学习、推广精益生产的过程中,应该而且必须结合IE分析,从IE分析入手。

日本从美国引进IE,经过半个世纪发展,形成富有日本特色的IE,即把IE与管理实践紧密结合,强调现场管理优化。我国企业在推进精益生产的过程中,应该结合现场IE,从基础IE普及推广入手,进而实现拉动式准时化生产。

只有通过找问题、提问题、改善操作、优化管理,最终对形成产品质量的所有工序、环节、作业都作了改进,在这个基础上制订的标准,才是高质量的、可操作的、有群众基础的,有针对性地开展IE,推进精益生产,实现物流、理顺作业优化,向精益生产靠拢。具体讲就是组织以降低库存为目标的准时化生产和以优化作业、提高劳动效率为目标的作业分析法。

通过进一步强化企业文化建设,实行维修区域管理制、运载工具集中制、产品质量现场巡查制等,初步达到IE所要求的要素优化配置和要素效能提高的目的,对精益生产将产生整体效应。通过工序分析,实现生产作业系统的优化;在推进精益生产的过程中,运用IE工序分析方法通过对整个制造过程的分析、产品/材料的流程分析、多人作业程序分析和布置与线路分析,初步实现生产作业系统的优化,为精益生产的深入推进打下坚实的基础。

现代IE的特点

作为一门独立出来的学科,IE的实践性很强。其基本特点可以概括为以下几个方面:

(1) IE的核心是降低成本、提高生产质量和生产效率,追求生产系统的最佳整体效益。

(2) IE是综合性的应用知识体系。它是把技术与管理有机地结合起来的综合学科。

(3) “以人为本”是IE区别于其他工程学科的特点之一。生产系统的各种组成要素中,人是最活跃和最不确定性的因素。IE为实现其目标,在进行系统设计、实施、控制和改善的过程中,都必须充分考虑人和其他要素之间的关系和相互作用,以人为中心进行设计。从操作方式、工作站设计、岗位和职务设计直到整个系统的组织设计,IE都十分重视研究人的因素,包括组织关系、环境对人的影响以及人的工作主动性、积极性、创造性及激励方法等,寻求合理配置人和其他因素,建立适合人的生理和心理特点的机器、环境和组织系统,使人能够充分发挥能动作用,从而在生产过程中提高效率,安全、健康、舒适地工作,实现个人及组织价值,进而更好地发挥各生产要素的作用。

(4) IE的重点是面向微观管理(注重三化)为达到减少浪费、降低成本的目的,IE重点面向微观管理,解决各环节管理问题。从制定作业标准和劳动定额、现场管理优化直至各职能部门之间的协调和管理改善,都需要IE发挥作用。

三化是指简单化、专业化和标准化,是IE的重要原则。三化对降低成本提高效率起到重要作用,特别是标准化对现代工业的科学量化管理起着非常重要的作用,它包括技术标准和管理标准,特别是管理标准是规范企业中重复出现的管理业务工作的标准,它既规定各种标准程序、职责、方法与制度,同时也是组织和管理企业生产经营活动的方法与手段。

(5) IE是系统优化技术。IE所强调的优化是系统整体的优化,不单是某个生产要素(人、物料、设备等)或某个局部(工序、生产线、车间等)的优化,最终追求的目标是系统整体效益最佳。所以IE从提高系统总体生产率的目标出发,对各种生产资源和环节具体研究、统筹分析、合理配置;对各种方案作量化的分析比较,寻求最佳的设计和改善方案。这样才能发挥各要素和各子系统的功能,协调有效地运行。

IE的七大手法

IE技术最常用也是最基础的技术——方法研究,程序分析、操作分析、动作分析。就是对现有的或拟议的工作方法进行系统的记录和严格的考查,寻求完成该工作的更经济合理的方法,达到减少人员、机器、无效动作和物料消耗的目的,并使方法标准化。

■ IE采用的系统是提问5WIHWhat, Why, Who, Where, When&How技术。这样,不仅通过前两项提问了解现行情况,而且还能提出建设性的新意见。当使用5WIH技术进行提问分析之后,IE根据“ECRS”四太原则,建立新的程序、操作和动作方法即:

(一)取消(Eliminate):对提问不能有满意回答的程序、操作、动作予以取消。

(二)合并(Combine):对无法取消而叉必要者,看能否合并达到省略简化的目的。

(三)重组(Rearrange):经取消、合并后,可根据“何人、何处、何时”进行重排,使顺序最佳。

(四)简化(Simplify):经取消、合并、重排后的必要工作,考虑能否采用最简单的方法及设备,以节省人力、时间和费用。

■ 动作经济原则的内容

1.四项基本原则

动作的改善基本上可以以四项基本原则作为基本思路:

  1. 减少动作数量 进行动作要素分析,减少不必要的动作是动作改善最重要且最有效果的方法。
  2. 追求动作平衡 动作平衡能使作业人员的疲劳度降低,动作速度提高。比如双手动作能比单手大大提高效率,但必须注意双手动作的协调程度。
  3. 缩短动作移动距离 无论进行什么操作,“空手”、“搬运”总是必不可少的,而且会占用相当一部分动作时间。“空手”和“搬运”其实就是“空手移动”和“负荷移动”,而影响移动时间的最大因素就是移动距离,因此,缩短移动距离也就成为动作改善的基本手段之一了。
  4. 使动作保持轻松自然的节奏 前面三项原则是通过减少、结合动作进行的改善。而进一步的改善就是使动作变得轻松、简单。也就是使移动路线顺畅,使用易把握的工具、改善操作环境以便能以更舒适的姿势进行工作。

2.动作经济的16原则

在工作的场合中,较为共能的硬件有人、工具设备、环境布置等三个方面。动作经济的四项基本原则在这几个方面加以应用又可以整理成动作经济的16原则。

双手并用的原则 能熟练应用双手同时进行作业,对提高作业速度大有裨益。单手动作不但是一种浪费,同时也会造成一只手负担过重,动作不平衡。从动作经济的原则出发,双手除休息外不能闲着。另外,双手的动作最好同时开始,同时结束,这样会更加协调。

对称反向的原则 从身体动作的容易度而言,同一动作的轨迹周期性反复是最自然的,双手或双臂运动的动作如能保持反向对称,双手的运动就会取得平衡,动作也会变得更有节奏。下表是几种不同的双手运动方式,读者可以自己试一试,便可了解双手对称反向原则的道理。

排除合并的原则 不必要的动作会浪费操作时间,使动作效率下降,应加以排除。而即使必要的动作,通过改变动作的顺序、重整操作环境等也可减少。

降低动作等级的原则 人身体的动作可按其难易度划分等级,具体如下:

等级1: 以手指为中心的动作
等级2: 以手腕为中心的动作
等级3: 以肘部为中心的动作
等级4: 以肩部为中心的动作
等级5: 以腰部为中心的动作
等级6: 走动

动作等级越低,动作越简单易行。反之,动作等级越高,耗费的能量越大,时间越多,人也越容易感到疲劳。事实上,许多家庭用品的设计都体现了降低动作等级的原则。以电灯开关为例,使用接触式开关就比使用闸刀式开关动作等级低。而各种家用电器遥控器的使用,也都使动作等级大大降低。

减少动作限制的原则 在工作现场应尽量创造条件使作业者的动作没有限制,这样在作业时,心理才会处于较为放松的状态。比如,当工作台上摆放零件的容器容易倾倒,作业者在取零件时动作的轻重必须特别注意,则取零件的动作效率必大受影响。此时,改变容器重心、支撑面、摆放位置等进行改善。

要在产品的划线区域内涂漆,超出区域范围不可涂漆,否则会成为不良品。如果单纯要求作业人员在工作中尽量小心,则动作一定变慢,而效果也未必会令人满意。若能把划线区域周边用模板遮住,待涂漆完成后再揭去模板,这样,作业人员在作业过程中不必担心超出范围,动作速度一定会大幅提高,而且涂漆造成的不良品也会大大减少。

避免动作突变的原则 动作的过程中,如果有突然改变方向或急剧停止必然使动作节奏发生停顿,动作效率随之降低。因此,安排动作时应使动作路线尽量保持为直线或圆滑曲线。

保持轻松节奏的原则 音乐必须有节奏才能使人身心愉悦,如果节奏跳跃非常厉害,紊乱而无规则的话就会使听者觉得刺耳。同样,动作也必须保持轻松的节奏,让作业者在不太需要判断的环境下进行作业。动辄必须停下来进行判断的作业,实际上更容易令人疲乏。顺着动作的次序,把材料和工具摆放在合适的位置,是保持动作节奏的关键。

利用惯性的原则 动作经济原则追求的就是以最少的动作投入,获取最大的动作效果,如果能利用惯性、重力、弹力等进行动作,自然会减少动作投入,提高动作效率了。例6:搬运滑道要把二楼仓库内的成品搬运装车,如果从楼梯使用人工搬运,则费时费力而且效率低下。如果使用电梯搬运,则可能路线迂回,而且投入较大。若能设计一搬运滑道,利用重力使成品从二楼直接滑到车上,另一个人在车上进行整理,效率必可大为提高。

手肢并用的原则 脚的特点是力量大,手的特点是灵巧。在作业中如果能够结合使用,一些较为简单或者费力的动作可以交给脚来完成,对提高作业效率也大有裨益。缝纫机就是手脚并用的一个典型的例子,倘若把缝纫机中由脚完成的动作设计由手完成的话,其别扭程度可想而知。

利用工具的原则 工具可以帮助作业者完成人手无法完成的动作,或者使动作难度大为下降。因此,从经济的角度考虑,当然要在作业中尽量考虑工具的使用。如今,工具在各个工厂的使用极为普遍。比如,手推车可以使搬运的工作轻松省力,传送带使流水作业免除搬运传递,电动螺丝刀代替手工拧紧螺丝,利用塞规进行厚度测量,……等等。如果没有工具,这个社会不免要倒退200 年甚至更多。不过,除了普通工具的使用之外,如何针对特定的场合设计出特定的工具,或者巧妙地移用其他工具,却是各个工厂应具体研究的课题。

工具万能化的原则 工具的作用虽然巨大,但是如果工具的功能过于单一,进行复杂作业时就需要用到很多工具,不免增加工具寻找、取放的动作。因此,组合经常使用的工具,使工具万能化也就成为必要了。例如:万用表把安培表、伏特表、欧姆表组合在一起,给电子技师带来极大的方便;多色圆珠笔使使用者不用临时去寻找某一种颜色的笔;万用螺丝刀让你一把螺丝刀在手即可应付多种规格的螺丝;剪刀上可以组合开罐头、开瓶器、刮皮等多种功能。

易于操纵的原则 工具最终要依赖人才能发挥作用,在设计上应注意工具与人的结合的方便程度,工具的把手或操纵部位应做成易于把握或控制的形状。例如,螺丝刀手柄太细就不好把握,而且使用时转矩不够;电烙铁的手柄不会使用金属材料;茶杯有把手就易于端取,开关最好采用按钮式或接触式开关。例7:钳夹代替蝶形螺丝如下图,要把A 和B 固定在一起,以往采用蝶形螺丝要拧六圈才能固定好,现在改用弓形钳夹,操作简单而迅速。

适当位置的原则 工作所需的一应材料、工具、设备等应根据使用的频度、加工的次序,合理进行定位,尽量放在伸手可及的地方。 以往将元件容器直线排列,使得部分元件的位置超出标准工作范围,而且取元件的节奏也不统一。现在将元件容器以弧形排列,都放置在标准作业范围之内,不仅动作距离缩短了,节奏也更顺畅了。

安全可靠的原则 作业者的心理安定程度对作业效率也会有直接影响,如果作业者在作业过程中总担心会受到伤害,心理的疲惫会导致生理的疲惫的提前。因此,应确保作业现场的一应设施、材料、布置、作业方法不会存在安全隐患。例如,绝不可为节省成本把建筑工地的防护网去除;吊扇不可有摇摇欲坠的感觉。

照明通风的原则 作业场所的灯光应保持适当的亮度和光照角度,这样,作业者的眼睛不容易感到疲倦,作业的准确度也能有所保证。此外,良好的通风、适当的温湿度也是环境布置上应重点考虑的方面。

高度适当的原则 作业场所的工作台面、桌椅的高度应该处于适当的高度,让作业者处于舒适安稳的状态下进行作业。工作台面的高度还会因操作的内容不同而有所差异。比如使用打字机的工作台面高度大约为60CM 为宜;而进行组装时工作台面高度大约为85CM 较为适当。此外,椅子的高度应与工作台面的高度相称,而且椅子最好有靠背,必要的时候还应配备脚踏板使作业环境尽可能舒适。

IE七大手法的使用目的

从IE的定义、发展起源、实行的方法及目的,我们已经初步了解了IE对许多企业内部进一步深入开展精益的作用。但其中有一个非常重要的理念,是我们必须去坚持的。

“IE的理念。合作双赢。抱著总会有比現在更好的办法,你就能解决問題。做IE的企業需要就是這樣信念——凡事都能比現在做得更好。”

——丘丽萍

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