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工业工程在物流行业中的应用

发布时间:2017-4-1  点击:225 次

  工业工程(Industrial Engineering, IE)作为一门应用型和综合交叉型学科,在西方发达国家经过上百年的发展,已经建立了完善的学科门类,并形成了包括科研、教育、职业在内的完整体系,渗入到工业、服务业的各个行业和部门。

  工业工程在进入我国的十多年时间里,逐渐被高校、企业认识和接受,并开始应用于实践,创造了一定的经济效益。

  但笔者在实践和研究过程中发现,工业工程在我国往往还局限于制造业,在第三产业中的研究和应用刚刚起步,范围非常有限。

  而物流行业作为服务业中非常重要的一环,已经通过供应链思想越来越深入地影响着制造业乃至整个国民经济的发展。因此,笔者希望通过研究国外工业工程的发展和应用,探讨适宜于我国物流行业应用的理论和方法。

  1 工业工程的定义及发展

  1.1 工业工程的定义

  工业工程的定义大多采用工业工程学会(Institution of Industrial Engineering,IIE)1955年提出后经修改的定义:“Industrial Engineering is concerned with the design, improvement, and installation of integrated system of people, material, information, equipment, and energy. It draws upon specialized knowledge and skills in the mathematical, physical, and social sciences together with the principles and methods of engineering analysis and design to specify, predict, and evaluate the results to be obtained from such system.”

  可以看出,工业工程是综合运用各种实用的知识和方法,对一个由人力、物资、信息、设备等组成的系统进行规划、设计、预测和评价活动。

  1.2工业工程的发展

  虽然有人认为工业工程的起源可以追溯到工业革命[6],但普遍的观点还是将泰勒(Frederick W. Taylor,1856 -1915)的科学管理和吉尔布雷斯(Frank B. Gilbreth,1868-1924)的动作研究作为工业工程的真正开端。

  其后,甘特(H. L. Gantt)、史密斯(A. Smith)、李嘉图(Ricardo)、穆勒(S. Mill)、费希(J. Fish)、罗伊(R. H. Roy)等科学家和工程师也都对工业工程的发展产生过重要的影响。根据应用的原理、范围和在企业中作用的不同,工业工程的发展主要可以分为三个重要的发展时期:

  1.2.1经典工业工程时期(20世纪初至二次世界大战结束的20世纪40年代中期)

  19世纪末20世纪初,以福特T型车生产线为代表,工业革命以来一直延续的小规模作坊式企业开始成长为现代大规模生产的工厂制企业。生产规模的扩大,必然要求管理者运用新的技术规划、设计、改进生产过程进而提高生产效率,客观上要求工业工程的产生。

  这一时期,工业工程的研究对象主要集中于企业生产过程中的局部环节(主要是生产线),采用了专业化分工、动作研究、时间研究、作业标准化等方法。

  同时,在这一时期也开始了工业工程的教学(1908年,美国宾夕法尼亚州立大学开设了第一个工业工程专业[7]),并成立了专业组织(工业工程师协会,Society of Industrial Engineers,1917)。这一时期也可以说是工业工程的奠基时期。

  1.2.2 现代工业工程时期(20世纪40年代中期至20世纪80年代初)

  两次世界大战使运筹学得到了很大的发展,而战后由于经济建设和工业生产发展的需要,使得工业工程与运筹学结合起来,并不断加入数学规划、优化理论、博弈论等新兴理论和方法,为工业工程提供了更为科学的方法基础,也使其研究内容得到了极大的丰富和发展。

  这一时期,工业工程已不仅仅局限于生产线的效率提高,而是扩大到的整个工厂的运作优化,包括工厂设计、物流搬运、人机界面、生产计划、仓储控制、质量控制等等。

  同时,在这一个时期,工业工程的教学和专业组织都得到了重大发展。1948年,美国工业工程师学会(American Institute of Industrial Engineers,AIIE)成立,并于1955年第一次给出了工业工程的正式定义;20世纪50年代,工业工程开始建立较为完整的学科体系,美国许多大学先后成立了工业工程系;至70年代,已有150多所大学提供工业工程课程。

  在这一时期,工业工程已经不仅局限于欧美国家,亚洲新兴工业国家也引入并发展了工业工程,其中,以日本最为典型和成功。至今我们仍在学习和应用的准时生产方式(JIT,Just In Time)、丰田生产方式(TPS,Toyota Production System)和全面质量管理(TQC,Total Quality Control)就是这一个时期亚洲国家引进并发展工业工程的重要成果。

  1.2.3 创新(新兴)工业工程时期(20世纪80年代初至今)

  1985年,波特(Michael E. Porter)提出了价值链概念,同时的一些咨询公司也提出了供应链管理的概念。而随着系统分析与设计、信息系统等理论与工业工程的结合,工业工程摆脱了单一工厂的限制,在供应链这一企业战略层面得以应用,发展出了具备柔性化、集成化、全面服务化特征的计算机集成制造系统、敏捷制造系统、MRPII、BPR、ERP等最新的工程和管理技术。

  不仅如此,工业工程还超出了传统制造业的范畴,全面应用于服务、行政、医疗卫生、教育等各种产业。以至于有韩国学者已经将其改称为“产业工程”。还出现了专门的工业工程服务和咨询公司,为企业、政府部门及其他经济部门提供服务。而各企业中工业工程师所占各类工程师总数的比例已经到达8%~15%。

  与此相适应,工业工程学科发展成为了工程学院的七大学科之一(机械工程、电子工程、土木工程、化工工程、计算机工程、工业工程、航空工程),在美国的200多所大学提供有相应的课程。

  由此可见,工业工程起步时,是以现场为中心,作业者为对象,采用科学管理的方法进行时间及动作研究、工作简化、质量控制、工厂布置、物料搬运等工作,以提高单项作业的效率和降低作业成本。

  随着研究工作的深入,逐步转向以工厂为中心,管理者为对象,采用综合的管理以及运筹学的思想,进行生产过程的分析、规划、改进、完善等工作,并提供系统最优化的技术支持。在此基础上,向以企业整体为中心,经营者为对象,用系统战略进行管理的阶段转变,这一阶段的主要特点是系统性和综合性,强调的是企业整体效益最佳[10]。

  2 工业工程在国外物流行业中的应用

  香港工业工程师学会会长莫如虎先生曾指出,“服务业也是一种产业,也有其产品制造和销售过程,也可用工业工程在制造业的方法应用于服务业。”欧美等西方发达国家很早就意识到了这一点,20世纪70年代末就已经开始将工业工程技术大规模应用于交通运输和物流行业。

  经过30年的发展,工业工程技术可以说已经渗透到物流运作的方方面面,从宏观的物流模型设计,到微观的人员动作规范,无一不体现出工业工程思想的深刻影响。

  这其中最为典型的就是以联邦快递(FedEx)和UPS为代表的快递行业。快递作为物流行业中的高端,客户群庞大而分散,时效性要求极高。因此,利用工业工程技术合理的规划线路、人员、时间、车辆、飞机、信息等各种资源,以达到快速、准确的递送货件的目的,就成了快件业者最基本也是是最重要的工作之一。

  以联邦快递为例,它采用的是集中-分发形式(Hub and Spoke)的操作,即各个地方取到的快件集中到一个转运中心根据目的地进行统一分拣,然后再分发到各地进行派送。

  这其中需要进行工程规划的作业就包括:客服员工人数的规划和排班,取、派件区域的划分,动态的车辆路线设定,派送站的分拣系统设计和人员安排,车辆装卸作业规划,货件信息录入与传递,清关作业的流程设定和时间安排(适用于国际快递),航班装卸作业规划,航班计划,转运中心分拣系统设计和人员安排,等等。

  为了完成这些工程规划,需要应用到的工业工程技术包括时间研究、动作研究、流程分析、线性规划、动态规划、排队论、系统分析与设定、信息系统、控制理论等等,包括了工业工程从经典到最新的所有理论、技术和实践。从这个意义上来说,快递业是工业工程技术应用之集大成者。

  3 工业工程在我国物流行业中的应用设想

  3.1 工业工程技术在我国的应用现状

  工业工程技术在我国其实也有相当长的应用。早在20世纪20年代,课程设置基本取自西方(特别是美国)的交通大学(上海),已经1921~1922年度开设了名为“Industrial Engineering”的课程。

  其后的30~40年代,通过翻译和引进美国一些关于工业组织和工业管理方面的著作,Industrial Engineering先后以“工业管理法”、“实业工程”、“工业工程”的名字向国内的教育和管理界做了深入的介绍,并已开始局部应用于上海等当时工业发达的地区。

  但是1949年新中国成立后,由于政治环境、国际形势和意识形态的原因,工业工程这一来自美国的概念被认为具有资产阶级属性而予以排斥,取而代之的是苏联的管理模式和技术革新方法。这之后,我国也开展的一些生产优化、技术革新、效率提高的活动,例如华罗庚教授在60年代领导研究并推广的“优选法”,但相对于西方已经逐渐成熟和完善的工业工程学科体系来说,还非常缺乏系统和专业的理论指导。

  改革开放以后,随着国民经济由计划经济向市场机制的过度,提高生产率和经济效益成为社会与企业的客观需求。在这种环境下,管理工程学科开始逐渐受到重视,工业工程的一些技术也被有意识地应用到工业项目的规划、设计、咨询、评估和改进方面。

  1989年8年,中国机械工程学会首次组织召开“工业工程”座谈会;1990年6月,中国第一个全国性工业工程学术团体“中国机械工程学会工业工程研究会”成立(后更名为“中国机械工程学会工业工程分会”);1992年,教育部批准清华大学、上海交通大学、西安交通大学、天津大学、重庆大学等10所高校首批设立工业工程专业,并于1993年正式招收本科生。

  至此,工业工程以完整的学科体系进入了中国。在应用方面,几乎所有外资或合资的生产企业都设立了独立的工业工程部门和工业工程师;一些大型和特大型国有制造企业也开始大力推行工业工程,例如长春一汽变速箱厂的精益生产工作、湖北二汽的“一个流”生产和厂际运输看板管理、邯郸钢铁厂的“成本否决法”都是中国式工业工程应用的经典案例。

  相比之下,民营企业和私营企业在工业工程方面的应用还比较缺乏。同时,虽然也有利用工业工程的规划和流程分析方法改进医疗卫生和服务行业的个别案例,但和西方发达国家的普遍应用相比较,差距还是非常明显。

  3.2 工业工程技术在我国物流行业的应用还十分狭隘

  物流这一概念最早形成于美国,当时称之为“Physical Distribution”(货物配送)。20世纪50年代吸收了二次世界大战期间后勤学(Logistics)的思想后,演变成了现在意义上的Logistics。1963年日本学者引进其国内后,翻译成汉字“物流”。

  20世纪90年代末,物流的概念被进一步发展,与生产过程结合更加紧密,成为“供应链”(Supply Chain)中的一部分。

  应该说“物流”这一概念从诞生起,就不同于传统意义上的交通运输,而是包含了运输、保管、信息在内的系统问题,用以提高整个生产环节中物资传递效率。这一特点与工业工程提高效率、追求效益的目标有着天然的一致性。

  国内也有相当多的学者应用与工业工程相同的原理和方法研究物流系统和物流运作,例如线性规划、动态规划、存储论、运筹学、系统分析等等。

  但是,从笔者的实践中发现,目前国内的物流的研究和分析还存在较大的局限性。首先,对物流的研究集中于宏观层面,过于关注物流园选址、配送节点和道路设置等企业战略层面问题,较少关注微观的操作环节,例如配载、仓储管理、搬运效率、流程优化等。

  其次,物流研究大多集中于硬件设计,例如选址、道路、运输工具、仓储和搬运设备,较少研究如何建立有效的信息管理系统,对于岗位设置、人员配置、动作合理化、岗位分工、排班等的研究就更加匮乏。

  再次,许多物流的研究与实际运作情况脱节,有许多数学方法和数学模型被大量学者研究和发展,但甚少应用于企业的实际操作,大部分企业还是凭经验和个人意愿行事,通过作业人员的个人行为改进操作,而不是遵从和应用科学方法。

  总体来说,无论是工业工程还是物流系统的研究,我国都已经逐步向世界先进水平靠近。但在实践中,物流行业应用工业工程技术的水平还凸显不足。

  3.3 应加强经典工业工程在物流行业的应用

  回顾国外工业工程的发展历程,我们可以清晰地看到一条“局部优化——整体优化——全局优化”的发展道路,这对于我国在物流行业应用工业工程有着非常重要的启示。

  (1)设立专业的工业工程师职位,将流程规划和改进的职能从管理者职能中剥离出来,聘用专业的人员进行工业工程研究。

  这是因为应用工业工程需要一定深度的专业知识,而这部分专业知识不需要管理者掌握,也难以被管理者掌握;同时,工业工程的实际应用往往伴随着大量的观察、记录、分析动作,需要大量的时间,而管理者往往没有如此充分的时间跟踪整个作业流程,分析每个作业动作。

  (2)从微观操作环节开始,先进行局部优化。微观操作环节,即每天作业人员的工作,例如单证整理、单证传递、库位管理、搬运动作、装卸技术等等。这是工业工程中最经典的技术,也是非常有效的方法。

  制造业中往往有这样的案例,将生产线的某些环节重新排列或者对工人的动作进行优化,即可产生翻番甚至数倍于投入的经济效益。相比之下,即使采用非常先进的设备,如果流程设计和人员规划不合理,导致设备闲置、人员重复,不仅达不到设计中的效益,反而会产生浪费和亏损。

  (3)应用标准化的动作研究、时间研究,规范人员配置和班组设置。物流行业往往需要24小时保持运作,同时又会在运输工具到达或者离开时出现作业高峰。因此,通过动作研究和时间研究,确保企业在预定的时间段内,运用最合理的人员安排,到达作业效率的最大化,是工业工程在物流企业应用的最基本、最简单也是最有效的方式。

  上述对于工业工程在物流企业应用的建议,其实都属于20世纪初经典工业工程时期的典型方式,虽然看起来似乎与西方发达国家和国际先进水平有很大差距,但是我们不应该忽略我国现在物流企业的工业工程还处于起步和发展阶段,管理水平不高的现状,如果没有一套好的、稳定的、经得起考验的基础标准,将会使现代工业工程技术方法和先进的物流技术如同建立在沙滩上的空中阁楼,即浪费了资金,花费了时间,还达不到预期的效果。

  4 结束语

  工业工程主要是通过优化和重新组织企业系统的各种资源,达到提高效率的目的,是一种投资少甚至不需投资就能提高收益的方法,是符合节约型和效益型社会的重要工业技术。虽然我国目前和欧美发达国家以至于日本还有很大的差距,但笔者希望通过写出个人实践的体会,抛砖引玉,和广大学者和企业管理人员共同探讨适合我国实际情况的工业工程应用方式。

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