工業工程概論

隨著中國經濟的發展，特別是中國加入WTO后，中國的經濟結構發生了深刻變化，中國正向著“世界工廠”或“世界製造業基地”的方向大踏步邁進，自動化以及其他高科技的應用正在迅速發展，因此，對工業工程的需求正越來越大。正如本書作者所說： “工業工程正成為少數幾個有巨大魅力的、用於解決未來高科技社會中複雜問題的職業之一。"

據不完全統計，2002年全國開設工業工程專業的院校只有80所左右，目前已發展到160多所，短短几年時間就翻了一番。相對於社會對工業工程專業人才的需求和高校工業工程專業的迅猛發展，目前工業工程專業的教材卻非常有限，優秀的工業工程教材更是鳳毛麟角。翻譯這本《工業工程概論》的初衷來自於對優秀工業工程專業教材的渴望。

譯者一直把本教材的英文版用作“工業工程導論”（雙語課）教材，用英語講授。後來，發現用英語講過以後，學生對有些內容仍然不理解。有時，學生即使理解了，也不知如何用漢語確切地表達出來。學生問我能否將其翻譯成中文，我答應了。於是，我就與這本教材英文影印版的出版單位--清華大學出版社聯繫。巧合的是，該書的責任編輯張秋玲老師正準備將這套國外大學優秀工業工程系列教材譯成中文。雙方遂定下此事。

翻譯是件艱苦和細緻的工作，對教學任務比較繁重的譯者更是如此。這本書從2003年底著手翻譯，到現在已經有3年多時間。它承載了太多同仁的期待，直到現在才完成，在此深表歉意。

翻譯質量來自於對原作者所使用語言的正確理解和對漢語措辭的精心選擇，需要字斟句酌，這是一件非常困難且需要認真對待的事情。翻譯的正確與否將對讀者的理解產生很大影響。例如，在講到“互換性”促進工業工程產生時，有一段文字，原文如下： "The concept of ?interchangeable manufacture? was a key development leading to the modern system of mass production. This concept was to produce parts so accurately that a specific part of a particular unit of a product could be interchanged with the same part from another unit of the product, with no degradation of performance in either unit of the product.”讀者自己可以先試著翻譯一下，看作者通過這段話想表達什麼意思。我讓學生進行翻譯，他們的譯文是“可轉換製造概念的產生是規模生產這一現代概念發展的關鍵一步。這一概念使得零部件如此精確，以至於一個產品某一特定單位的特定部分可與該產品另一單位的相同部分互換。而不會導致該產品任意單位的性能下降。”若對照原文細琢磨，該翻譯似乎沒有太大問題。但脫離開原文，你能讀懂這段譯文的意思嗎？本書譯者把它翻譯成“‘互換性生產’概念的產生是導致現代大規模生產系統出現的關鍵一步。這一概念是指零部件要生產得非常精確以至於一件產品的某個零部件可與另一件該種產品的相同零部件進行互換，而不會導致其中任一件產品的性能下降。”上述兩種翻譯，儘管只有幾個字的差異，但意思卻有很大不同。再如，在講到人力資源管理時有一段話： "The most important asset of any organization is its people. Therefore, it is impossible to overstate the importance of sound personnel management. The functions of a personnel department vary tremendously between organizations, but there is a select set of functions normally called personnel management regardless of who does the actual work.”有人將這段話譯為“任何組織的最重要的資產是它的人。因此，誇大聲音人員管理的重要性是不可能的。人事部的功能在組織之間明顯地變化，有函數通常叫人員管理不管誰做實際功的一套選擇。”這段話我讀了好多遍，到現在仍然不知所云。如果以這樣的翻譯示人，結果可想而知。本書將其譯作“任何組織中最重要的資產都是人。因此，對健全的人力資源管理的重要性，無論怎樣誇大都不過分。在不同組織中，人力資源管理部門的職責有明顯的不同。但是，有一系列特定的職責，我們稱之為人力資源管理，無論這些職責範圍內的工作具體由哪些部門來做。”相信讀者會明顯感受到兩種翻譯的區別。

當然，由於該書涉及面廣，再加上中英文兩種語言之間的巨大差異，中文翻譯要想完全達到英文原文一樣的水準是很困難的。僅以operation(s)為例，不算其在日常交流中的含義，如手術、運算等，單在專業方面的意思就有經營、運營、運轉、實施、生產、加工、過程、行動、運作、操作、工序、工藝、作用、業務、作業、工作、活動等，在上下文中究竟譯成哪個詞合適，頗費腦筋。還有一些固定搭配，本有其約定俗成的譯法，若譯為其他的詞，讀者則可能會認為是一個新詞，如operations research，應譯為運籌學，若譯為運作研究、業務研究或者作業研究（譯者還真見過這種譯法），意思雖然沒有多大問題，但讀者卻很難理解其到底指什麼。因此，儘管譯者付出了艱苦的努力，試圖把它翻譯得更好，但是，由於譯者本身知識和語言文字水平的限制，書中肯定還會有很多翻譯不到位甚至錯誤的地方，敬請讀者提出寶貴意見，以便今後修改。

關於書名?Introduction to Industrial and Systems Engineering?的翻譯，如果按字面意思直譯，似應譯為“工業與系統工程概論”。但這種譯法容易產生歧義，會讓不少人誤認為該書講解“工業”與“系統工程”的關係，而非“工業工程”方面的內容或“工業工程與系統工程”方面的內容。另外，譯為“工業與系統工程概論”，似乎有使“工業工程”的內涵變窄之嫌。因此，經與清華大學工業工程系鄭力教授商量，最後定名為《工業工程概論》。這樣既能體現原文的意思，又比較簡潔，而且符合中國人對該領域的習慣叫法。特此向鄭力教授表示感謝！

本書涉及面廣，幾乎涵蓋了工業工程專業的所有領域。作者文風樸實，講解深入淺出。對工業工程專業的本科生、研究生和從事工業工程及其相關領域實際工作的人員，都是一本不可多得的好書。

本書的出版得到了很多人的幫助和鼓勵。首先感謝山東大學管理學院院長徐向藝教授以及吳愛華教授和楊學津教授。徐向藝教授對本書的翻譯給予了特別的關心和支持，吳愛華教授為本書的翻譯提供了許多有價值的建議，楊學津教授幫助修改並校對了第14、15章和附錄。同時，也要感謝譯者的研究生吳永春、徐敏、葛富貴、劉好平、張元東，他們為譯稿文字的錄入、校對、繪圖等工作付出了辛勤的勞動，沒有他們的努力，本書是很難完成的。還要感謝山東大學工業工程專業99級至2002級（特別是2000級）的同學，是他們對工業工程知識的渴求和提議促成了本書的翻譯。工業工程專業2000級的同學為本書初稿的形成做了大量的工作，並提出了一些有價值的修改建議。我的夫人和兒子為我的翻譯工作提供了良好的條件並時常鼓勵，在此表示感謝。最後，特別感謝清華大學出版社張秋玲編審的幫助、理解、鼓勵和督促，使本書得以最終面世。

譯 者

2007年5月于山東大學管理學院

第1部分 工業工程的歷史和展望

第1章 工程的歷史和工業工程的發展3

1.1 引言3

1.2 早期發展狀況3

1.3 現代發展狀況5

1.4 工程程序6

1.5 工程作為一種職業7

1.6 職業道德8

1.7 職業執照9

1.8 工程教育和工程技術認證委員會（ABET）的認證10

1.9 工業工程年表12

1.10 工業工程組織16

1.11 工業工程的定義17

1.12 工業工程教育17

1.13 相關領域發展的影響18

1.13.1 運籌學的影響18

1.13.2 數字計算機的影響19

1.13.3 服務業的出現20

1.14 與其他工程學科的關係20

1.15 未來的挑戰21

討論題22

第2章 工業與系統工程23

2.1 引言23

2.2 工業與系統工程設計23

2.2.1 人類活動系統24

2.2.2 管理控制系統24

2.3 工業與系統工程師的典型活動26

2.3.1 生產運作層26

2.3.2 管理系統層28

2.3.3 公司全局性服務層29

2.4 與整體組織的關係31

2.5 工業與系統工程職能的內部組織32

2.6 工業與系統工程職能的績效測評方法33

2.7 “系統”的本質34

2.7.1 定義34

2.7.2 系統分類34

2.8 系統中的反饋控制35

討論題37

第2部分 工業與系統工程方法論

第3章 製造工程41

3.1 引言41

3.2 產品設計-生產工藝設計的相互作用42

3.3 工藝學43

3.3.1 定義產品的結構和規格43

3.3.2 評估零部件的易製造性44

3.3.3 確定能夠用於加工零件的可選工藝44

3.3.4 各種工藝的成本估算47

3.3.5 確定加工順序51

3.3.6 形成工藝文件51

3.4 工藝方法53

3.4.1 冶鍊與合金工藝53

3.4.2 鑄造54

3.4.3 金屬成形55

3.4.4 金屬切削56

3.4.5 焊接61

3.4.6 裝配62

3.4.7 表面精整62

3.5 輔助職能62

3.5.1 工具、夾具和卡具的設計63

3.5.2 成本估算64

3.5.3 對維護系統進行設計65

3.5.4 對包裝系統進行設計67

3.6 實例67

3.7 計算機應用70

討論題70

練習題71

第4章 設施選址與布局73

4.1 設施選址簡介73

4.2 考慮事項74

4.3 分析技術75

4.3.1 運輸問題的線性規劃方法76

4.3.2 多目標問題80

4.3.3 數學規劃（可選）83

4.3.4 公用事業部門的選址問題87

4.4 設施布局引論90

4.5 總體考慮事項93

4.6 系統布局設計94

4.7 計算機化的布局設計（可選）102

4.8 計算機帶來的影響107

討論題107

練習題108

第5章 物料搬運、配送和路徑安排114

5.1 引言114

5.2 物料搬運115

5.2.1 設備的概念115

5.2.2 物料搬運的原則119

5.2.3 定量技術120

5.3 配送123

5.3.1 倉庫選址123

5.3.2 運作管理--路徑安排123

5.3.3 公共部門的路徑安排131

討論題132

練習題133

第6章 工作設計和組織績效--工作測定136

6.1 引言136

6.2 方法改進139

6.2.1 流程程序圖140

6.2.2 雙手操作圖142

6.2.3 其他圖表146

6.2.4 動作經濟性原則146

6.2.5 人因工程148

6.3 工作測定148

6.3.1 直接時間研究法149

6.3.2 時間研究標準資料法153

6.3.3 預定時間標準法154

6.3.4 預定時間系統標準資料法155

6.3.5 工作抽樣155

6.4 組織的系統績效測定156

6.4.1 生產率測定基礎157

6.4.2 標準化生產率測定模型158

6.4.3 多因素生產率測定模型159

6.5 電子計算機與工作測定和工作設計160

討論題160

練習題161

第7章 生產（運作）計劃與控制164

7.1 引言164

7.2 生產（運作）計劃與控制概述165

7.2.1 需求預測（I)165

7.2.2 生產（運作）計劃（II) 166

7.2.3 庫存計劃和控制（III) 166

7.2.4 生產作業計劃（IV) 167

7.2.5 調度和過程式控制制（V) 167

7.2.6 介面168

7.2.7 各職能的綜合169

7.3 需求預測技術169

7.3.1 移動平均法169

7.3.2 指數平滑法170

7.3.3 回歸分析法170

7.4 生產（運作）計劃技術172

7.5 庫存計劃與控制技術174

7.6 生產作業計劃技術177

7.7 調度和進程式控制制179

7.8 MRP系統179

7.9 準時生產制183

討論題184

練習題184

第8章 質量控制187

8.1 引言187

8.2 發展簡史187

8.3 Malcolm Baldrige國家質量獎188

8.4 戴明的持續改進觀191

8.5 朱蘭對質量思想的貢獻192

8.6 在線和離線質量控制工具192

8.7 質量功能配置193

8.8 質量成本系統194

8.9 標桿管理195

8.10 統計過程式控制制的工具196

8.10.1 流程圖196

8.10.2 因果關係圖198

8.10.3 檢查表200

8.10.4 排列圖201

8.10.5 柱狀圖202

8.10.6 散布圖203

8.10.7 實驗設計204

8.11 控制圖的產生背景205

8.12 各種變數的控制圖207

8.13 控制圖的敏感度檢驗210

8.14 工序能力分析211

8.15 特性數據控制圖212

8.15.1 ?p?控制圖212

8.15.2 ?c?控制圖215

討論題216

練習題216

第9章 財務補償221

9.1 引言221

9.2 工作分析222

9.3 工作評定224

9.3.1 排隊法224

9.3.2 分類法或等級描述法224

9.3.3 因素比較法225

9.3.4 分級打分法227

9.4 工資調查232

9.5 工資支付233

9.5.1 計時制233

9.5.2 考核計時制233

9.5.3 計件獎勵制234

9.5.4 標準工時制234

9.5.5 團隊獎勵計劃235

討論題238

練習題238

第10章 計算機輔助設計/製造、機器人和自動化241

10.1 第二次工業革命241

10.1.1 製造業的簡要歷史241

10.1.2 計算機和電子技術的影響242

10.1.3 其他最新發展243

10.1.4 未來企業243

10.2 計算機輔助設計244

10.2.1 計算機在產品設計中的應用244

10.2.2 計算機在流程設計中的應用245

10.2.3 計算機在電子設計中的應用246

10.3 計算機輔助製造246

10.3.1 計算機輔助工藝設計246

10.3.2 數字控制247

10.3.3 成組技術248

10.3.4 自動存取和處理250

10.3.5 計算機輔助檢測251

10.3.6 計算機輔助工廠管理252

10.3.7 柔性製造系統的概念252

10.4 機器人254

10.4.1 機器人的定義和概述254

10.4.2 機器人的基本結構和性能指標255

10.4.3 機器人的應用255

10.5 自動化256

10.6 計算機集成製造257

10.7 工業工程師發展的良機259

討論題260

第11章 人因工程261

11.1 概述261

11.2 人類行為的生理特性262

11.3 人類行為的心理特性263

11.4 人與工作的界面264

11.4.1 人與工作環境界面264

11.4.2 人機界面265

11.4.3 人與信息/交流系統的界面266

11.4.4 人與組織/管理機構的接觸界面267

11.4.5 人與機器人或智能機器的界面267

討論題269

第12章 資源管理270

12.1 概述270

12.1.1 能源管理270

12.1.2 水資源管理270

12.1.3 危險材料管理271

12.1.4 本章結構271

12.2 能源管理271

12.2.1 為什麼進行能源管理272

12.2.2 為什麼要用工業工程272

12.2.3 必需的要素273

12.2.4 能源費率計劃273

12.2.5 備選費率計劃275

12.2.6 能源管理機會276

12.3 水資源管理279

12.4 危險材料的管理280

12.4.1 政府規章281

12.4.2 工業工程的角色281

12.5 小結283

討論題283

練習題284

第13章 財務管理與工程經濟285

13.1 引言285

13.2 會計286

13.3 成本會計290

13.4 工程經濟291

13.5 利息因數293

13.5.1 一次償付複利因數293

13.5.2 其他利息因數294

13.5.3 示例296

13.6 回到Gadgets公司的例子--現值計演演算法297

13.7 計算機對會計和工程經濟的影響299

討論題300

練習題301

第14章 確定性運籌學303

14.1 引言--定義303

14.2 運籌學與工業工程的相似性303

14.3 運籌學的性質304

14.3.1 經濟訂貨批量304

14.3.2 廠址選擇304

14.3.3 工作評定305

14.3.4 質量控制305

14.3.5 其他305

14.4 運籌學的分類305

14.4.1 確定性方法306

14.4.2 隨機性方法306

14.5 確定性運籌學307

14.6 數學規劃307

14.7 無約束最優化307

14.8 線性規劃313

14.8.1 分派問題316

14.8.2 運輸問題319

14.9 其他技術321

14.9.1 非線性規劃322

14.9.2 整數規劃322

14.9.3 0-1規劃322

14.9.4 二次規劃322

14.9.5 幾何規劃322

14.9.6 其他規劃322

14.10 計算機的影響322

討論題323

練習題323

第15章 概率模型327

15.1 引言327

15.2 排隊論327

15.2.1 排隊系統結構328

15.2.2 排隊論的符號328

15.2.3 單服務通道329

15.3 存貯控制331

15.3.1 單周期模型--無訂貨費用332

15.3.2 批量\|訂貨點模型334

15.3.3 周期檢查模型335

15.4 馬爾可夫鏈336

15.4.1 正則馬爾可夫鏈337

15.4.2 嵌入式馬爾可夫鏈338

15.5 統計學和計算機的影響339

討論題339

練習題340

第16章 模擬342

16.1 引言342

16.2 模擬實例342

16.3 隨機數的產生348

16.4 時間流機制351

16.5 模擬語言352

練習題353

第17章 項目管理355

17.1 引言355

17.2 項目的網路計劃356

17.3 關鍵路徑法358

17.3.1 “最早開始”方式359

17.3.2 “最遲結束”方式361

17.3.3 活動總時差362

17.3.4 關鍵路徑362

17.4 計劃評審技術362

17.5 時間\|成本優化365

17.6 資源平衡370

討論題370

練習題371

第3部分 集成系統設計

第18章 系統的概念37518.1 引言375

18.2 系統思想介紹375

18.2.1 系統思想的起源375

18.2.2 系統的層級性377

18.3 定義和術語379

18.4 系統工程381

18.4.1 系統分析與設計381

18.4.2 系統設計流程381

18.5 系統描述383

18.5.1 方塊圖383

18.5.2 轉移函數385

討論題386

第19章 管理系統設計388

19.1 引言與展望388

19.2 用系統的觀點看待組織389

19.2.1 展望389

19.2.2 尋找起始點390

19.2.3 共同目標391

19.2.4 設定目的和目標392

19.2.5 整體框架394

19.3 組織設計395

19.3.1 目標的詳細描述395

19.3.2 功能的確定396

19.3.3 功能歸類396

19.3.4 功能目標397

19.3.5 工作描述397

19.3.6 管理控制397

19.3.7 組織設計是連續和動態的397

19.3.8 組織結構397

19.3.9 組織內的協調398

19.3.10 保持設計常新399

19.4 提供管理控制399

19.5 組織的生命周期400

19.5.1 組織的生命周期階段400

19.5.2 組織復興和再設計401

19.5.3 學習型組織402

討論題402

第20章 計算機和信息系統405

20.1 展望405

20.2 信息系統的基本概念406

20.3 信息系統設計過程407

20.3.1 可行性研究407

20.3.2 系統分析407

20.3.3 系統概要設計409

20.3.4 系統評估與合理化409

20.3.5 系統詳細設計409

20.3.6 系統實施410

20.3.7 系統運行和維護410

20.4 資料庫管理系統411

20.5 數據通信網路413

討論題415

第21章 人力資源管理416

21.1 引言416

21.2 選拔、測試和安置417

21.3 績效評價、培訓、教育和晉陞419

21.4 工作分析和工作描述422

21.5 勞資關係422

21.6 安全計劃423

21.7 福利和公益424

21.8 激勵、監督指導和溝通425

21.8.1 激勵425

21.8.2 監督指導426

21.8.3 溝通427

21.9 工程管理428

討論題429

練習題429

附 錄

附錄A 概率論與統計學433

A.1 概述433

A.2 基本概率理論433

A.2.1 樣本空間433

A.2.2 事件434

A.2.3 事件的概率434

A.2.4 運演演算法則435

A.2.5 組合435

A.3 隨機變數436

A.4 概率的估算437

A.5 幾個重要的概率分佈438

A.5.1 離散型分佈的性質439

A.5.2 二項分佈439

A.5.3 泊松分佈440

A.5.4 均勻分佈441

A.5.5 連續分佈的性質442

A.5.6 正態分佈443

A.5.7 指數分佈443

A.5.8 矩形分佈444

A.5.9 分佈小結445

A.6 期望值與方差445

A.6.1 平均值445

A.6.2 方差446

A.7 總體和樣本446

A.7.1 總體446

A.7.2 樣本447

A.7.3 樣本統計量447

A.7.4 樣本平均值的分佈448

A.8 中心極限定理449

附錄B 圖表450

表B.1 泊松分佈--累積450

表B.2 正態分佈--累積453