第1章 绪论
人类基本活动是进行物质资料生产，其目的是为人类提供基本的吃、穿、住、行等生存资料。人类从农业社会向工业社会的转变过程是与科学技术发展、生产力提升相互关联的。工业社会以机器的广泛使用、专业化分工、物质资料生产效率提升为特征，其中，效率成为*被工业社会关注的问题，也是工业工程要解决的经典问题，因此，人们普遍认为工业工程是工业化进程中的产物。工业工程的起源是以弗雷德里克 温斯洛 泰勒（Frederick Winslow Taylor）的《科学管理原理》为标志的。工业工程以工业化为背景，促进制造业在西方国家得到广泛发展，因此对这些国家的工业化进程及经济发展发挥了重要的作用。工业工程从*初以研究工厂车间内工位上的效率为目标，发展到以面向全球供应网络的复杂生产制造和服务系统的质量、成本、效率、安全为目标，来解决制造和服务系统的复杂问题。
1.1 工业工程的有关概念
1.1.1 生产力、生产率、效率、效益的概念
生产（Production）是指人类创造物质、精神财富的活动和过程，生产的目的是消费，是为了提高生活质量和生活水平。
生产力（Productive Forces）是人类创造物质生活资料的能力，也是生产活动的能力。
生产率（Productivity）是生产或服务系统生产要素投入与产出之比。
效率（Efficiency）是单位时间有效工作结果与投入量之比。
效益（Effectiveness）反映的是生产或服务系统运行的结果，是企业追求的目标。
例如，某企业生产一种直齿轮，2016年1月29日生产直齿轮80件，直接参与生产的工人10人，标准工时为60分钟（即1个小时），由于待料、质量等原因每个工人损失工时30分钟（即0.5个小时），企业采用8小时工作制，因此可得：
日生产率=（日生产数量×标准工时）×100%/（日工作小时×直接人工数）
=（80×1）×100%/（8×10）=100%
日生产效率=（日生产数量×标准工时）×100%/（日工作小时×直接人工数 损失工时）
=（80×1）×100%/（8×10 10×0.5）≈106.67%
该天生产效益包括效果和利益，它们的计算与生产方式、财务制度、成本核算、税收制度密切相关。效益在企业中由一个指标体系构成，这里根据我国对一般国有企业考核的几个效益指标来进行说明。
以生产完工及入库量80件齿轮为例，按标准成本核算，单件齿轮标准成本为500元，产值为40000元。如果按每件600元实现销售且收到款项，那么销售收入为48000元。如果每件产品的原材料采购费用为400元，单件标准工时为30元，车间办公费、折旧、管理费等制造费用为70元，上交国家单位增值税=（600 400）×17%=34（元）。因此，单位毛利=600 500=100（元），单件利润=100 34=66（元），单件企业所得税（按25% 计）=66×25%=16.5（元），单件税后利润= 66 16.5=49.5（元），单件毛利率=毛利/销售收入=100/600×100%≈16.67%，单件税后利润率=单件税后利润/销售收入=49.5/600×100%=8.25%，该天毛利率=毛利总额/销售总收入≈16.67%，该天税后利润率=税后总利润/销售总收入=8.25%。可知，该企业的该天生产率为100%，生产效率为106.67%，毛利率为16.67%，税后利润率为8.25%。实际上在企业是按会计周期进行核算的，这里以天为例是为了说明几个概念的区别。
1.1.2 工业工程的概念
工业工程（Industrial Engineering，IE）在发达国家的工业化进程中发挥了重要作用，得到了工业界的普遍认可。在近一百年来的发展中，工业工程也逐步得到认可和推广。工业工程的座右铭是总有更好的方法（There is always a better way），它是工业工程的灵魂。
工业工程在发展过程中，研究对象和范围不断扩展，研究内容不断深化，研究方法和研究手段不断融合吸收，许多学者、学术团体对工业工程所下的定义也不尽相同，但对其内涵的表述大体相似，其中认可度比较高的是1955年美国工业工程师学会（American Institute of Industrial Engineers，AIIE）提出并修订的定义：“工业工程致力于设计、改进和设置由人、材料、设备、能源和信息组成的集成系统。它应用了数学、物理学以及其他自然科学和社会科学专业知识和技术，以及工程分析和设计的原理和方法，确定、预测和评估系统的结果。”
加弗尔 萨尔文迪（Gavriel Salvendy）在2005年10月出版的《工业工程手册》中将工业工程定义为：“工业工程是研究由人、资金、知识、信息、设备、能源、材料所组成的复杂系统，并对其进行开发、改善和实施。它应用数学、物理学和社会科学知识，以及工程设计的原理和方法，进行分析和综合，并对该复杂系统和流程取得的成果进行确定、预测和评价。”该定义也只是对1955年AIIE给出的工业工程定义的完善，没有明确工业工程的目标。国际工业工程师学会（Institute of Industrial and Engineers，IIE）从职业角度描述为：工业工程是一门优化复杂流程和系统的工程学科分支；工业工程师的工作是消除时间、资金、材料、能源以及不产生价值等其他资源的浪费。IIE给出的定义突出了优化的特点，强调资源的利用，间接地说明了工业工程的目标是提高效率。2016年，国际工业工程师学会更名为国际工业与系统工程师学会（Institute of Industrial and Systems Engineers，IISE），它也遵循AIIE在1955年给出的定义，但把工业工程改为工业与系统工程。
经济全球化和顾客个性化需求的增加，以及贸易保护主义、强权主义和恐怖主义的存在，使得企业经营环境复杂多变。为适应这些变化和需求，现代工业工程吸收了越来越多的科技成果，如信息技术、优化理论、仿真技术等，使得工业工程的研究系统越来越庞大，越来越复杂；由于现代工业工程追求的是复杂系统综合效率*优，因此工业工程更具生机和活力。
从各种定义和描述中可知，工业工程是一门工程技术与管理科学（Management Science）相融合的交叉学科；研究的是人、资金、知识、信息、设备、能源、材料所组成的复杂系统；逻辑上从效率、质量、成本等问题出发，设定降本增效、提质保安的整体综合效益目标，进行分析、决策和实施，*后对成果进行评价，形成闭环；时间上对复杂系统进行规划、设计、实施、评价和创新；方法上采用数学、物理学和社会科学，以及工程的原理和技术。
1.2 工业工程的发展史
1.2.1 工业工程的产生和发展历程
1. 工业工程学科的萌芽期（1911年以前）
工业工程学科起源于工业革命是一个普遍的共识，创新是永恒的主题。1474年世界第一部《专利法》就是保护创新的。1494年，卢卡 帕乔利（Luca Pacioli）出版的《算术、几何、比及比例概要》中提出的复式簿记奠定了会计学的基础。艾萨克 牛顿（Isaac Newton）在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中构建了完整的力学理论体系，成为开启工业革命的一把钥匙。1765年，詹姆斯 瓦特（James Watt）改良的蒸汽机诞生，从而开启了工业革命的时代。1776年，亚当 斯密（Adam Smith）在《国富论》中提出了劳动分工的观点，为提高现代工业劳动效率提供了方法。1798年，伊莱 惠特尼（Eli Whitney）在步枪生产中采用标准件，实现了零件的互换，开创了标准化生产模式。1801年，约瑟夫 玛丽 杰卡德（Joseph Marie Jacquard）发明了打孔卡系统，可自动控制织机上的织造图案；受此启发，IBM创始人赫尔曼 霍勒里斯（Herman Hollerith）使用打孔卡记录数据并进行计算机编程。1802年，英国为限制工人劳动时间和改善工作环境进行了立法，颁布了《学徒健康与道德法》。1821年，查尔斯 巴贝奇（Charles Babbage）发明了差分引擎来编译数学表格，随后又构思了分析引擎，具有当今计算机的一些特点，其在1832年发表了《论机器和制造业的经济》，阐明了分工能提高效率的原因。1856年，贝塞麦（H.Bessemer）发明了转炉炼钢法，实现了大规模低成本生产液态钢。1876年，亚历山大 格雷厄姆 贝尔（Alexander Graham Bell）发明了电话，改变了人们的交流方式，推动了生产力的发展。1881年，泰勒开展了劳动时间和工作方法的研究，进行了著名的“金属切削试验”，制定了一套标准工时。1885年，弗兰克 吉尔布雷斯（Frank Bunker Gilbreth）开始了动作研究（Motion Study），提出了构成人的基本动作要素（Therbligs）的概念，指出人的动作有17个动作要素；后来，美国机械工程师学会增加了“发现（Find）”这个动作要素，动作的基本要素就有18种。1895年，泰勒的《计件工资制》发表在美国机械工程师学会上，并在1898年做了“搬运生铁块试验”和“铁锹试验”，1903年泰勒的《工厂管理》出版。1903年，甘特（Henry Laurence Gantt）发明了甘特图（Gantt Chart），可以用于对项目计划和控制进行管理。1904年，哈林顿 埃默森（Harrington Emerson）在圣达菲铁路实现“增加产量而不加设备”的效率改进。1908年，亨利 福特（Henry Ford）在福特汽车公司推出福特T型车，首创流水线装配的大量生产方式；同年，宾夕法尼亚州立大学开设工业工程课程。1909年，爱尔朗（A.K.Erlang）出版了《概率与电话通话理论》，拉开了排队论研究的序幕。
以改进的蒸汽机为特征的第一次工业革命极大地推动了生产力的发展，用机器生产代替手工劳动，从作坊式生产到工厂化生产，制造业的规模和复杂性大幅度增加，客观上要求必须存在着分析、设计、改善这些系统和管理的技术体系；专业化劳动分工，采用标准件，实现零件互换，开创了标准化生产模式，转炉炼钢实现了大规模生产。
该时期科学技术的成果包括复式簿记、牛顿力学理论、蒸汽机、劳动分工、可编程的机械计算机、电话、时间研究、动作研究、甘特图、概率论、排队论、工厂管理、车间管理等，为工业工程学科的诞生提供了理论支撑。
从世界上第一部《专利法》诞生到英国通过首部工厂立法，以及19世纪欧美等国家和地区的工业化发展，到“自由贸易”的发展形成了世界市场的雏形，企业面临竞争的社会环境，为工业工程学科的诞生提供了土壤。
2. 工业工程的诞生和成长期（1911～1945年）
科学管理在不断发展。工业工程学科的源头是科学管理。1911～1915年，泰勒的《科学管理原理》面世并产生了巨大影响，确定了工业工程学科的诞生。
着重关注人的效率。1911～1945年，吉尔布雷斯的《动作研究》和《疲劳研究》，拉尔 M.巴恩斯（Ralph M.Barnes）的《动作和时间研究》，马文 E.蒙代尔 （Marvin E.Mundell）的《影像分析法》，这些研究把人当成机器，以人的动素为基础，提出了流程分析法、程序分析法和影像分析法等方法，对人完成工作的时间进行分析和改进。与此同时，雨果 芒斯特伯格（Hugo Munsterberg）的《心理学与工业效率》，莉莲 吉尔布雷斯（Lillian Moller Gilbreth）的《管理心理学》，弗里兹 J.罗特利斯伯格（Fritz J.Roethlisberger）的《管理与士气》，亨利 劳伦斯 甘特的《工作的组织》，乔治 埃尔顿 梅奥（George Elton Mayo）进行的
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