Промышленный инженер — это инженерная профессия, которая занимается оптимизацией сложных процессов , систем или организаций путем разработки, улучшения и внедрения интегрированных систем людей, денег, знаний, информации и оборудования. Промышленное проектирование занимает центральное место в производственных операциях. [1]
Промышленные инженеры используют специализированные знания и навыки в области математических, физических и социальных наук , а также принципы и методы инженерного анализа и проектирования , чтобы определять, прогнозировать и оценивать результаты, полученные от систем и процессов. [2] В обрабатывающей промышленности соблюдаются несколько принципов промышленного проектирования, чтобы обеспечить эффективное управление системами, процессами и операциями. [1] К ним относятся:
Эти принципы позволяют создавать новые системы , процессы или ситуации для полезной координации труда , материалов и машин , а также улучшать качество и производительность систем, физических или социальных. [3] [4] В зависимости от задействованных специализаций, промышленная инженерия может также пересекаться с исследованиями операций , системной инженерией , технологией производства , технологией производства , разработкой цепочек поставок , наукой управления , инженерным менеджментом , финансовой инженерией , эргономикой или инженерией человеческого фактора , инженерия безопасности , инженерия логистики , инженерия качества или другие соответствующие возможности или области.
Среди историков существует общее мнение, что корни профессии промышленного инженера восходят к промышленной революции . Технологии, которые помогли механизировать традиционные ручные операции в текстильной промышленности, включая летающий челнок , прялку «Дженни» и, возможно, самое главное, паровой двигатель , создали эффект масштаба , который впервые сделал массовое производство в централизованных местах привлекательным. Концепция производственной системы зародилась на фабриках, созданных в результате этих инноваций. [5] Также было высказано предположение, что, возможно, Леонардо да Винчи был первым инженером-промышленником, поскольку есть свидетельства того, что он применил науку к анализу человеческого труда, исследуя скорость, с которой человек мог сгребать землю примерно в 1500 году. Другие также утверждают, что профессия промышленного инженера выросла из изучения Чарльзом Бэббиджем фабричных операций и, в частности, его работы по производству прямых штифтов в 1832 году. Однако обычно утверждалось, что эти ранние усилия, хотя и были ценными, носили всего лишь наблюдательный характер и не пытались спроектировать изучаемые рабочие места или увеличить общий объем производства. [6]
Идеи Адама Смита о разделении труда и «невидимой руке» капитализма, представленные в его трактате « Богатство народов », побудили многих технологических новаторов промышленной революции создать и внедрить фабричные системы. Усилия Джеймса Уотта и Мэтью Бултона привели к созданию первого в мире интегрированного предприятия по производству машин, включая применение таких концепций, как системы контроля затрат для сокращения отходов и повышения производительности, а также организацию обучения мастеров навыкам. [5]
Чарльз Бэббидж стал связан с промышленным проектированием благодаря концепциям, которые он представил в своей книге « Об экономике машин и производителей», которую он написал в результате своих посещений заводов в Англии и Соединенных Штатах в начале 1800-х годов. В книгу включены такие темы, как время, необходимое для выполнения конкретной задачи, последствия разделения задач на более мелкие и менее подробные элементы, а также преимущества, которые можно получить от повторяющихся задач. [5]
Эли Уитни и Симеон Норт доказали осуществимость идеи взаимозаменяемых деталей при производстве мушкетов и пистолетов для правительства США. В рамках этой системы отдельные детали производились серийно с допусками, позволяющими использовать их в любом готовом изделии. Результатом стало значительное снижение потребности в квалифицированных специалистах, что в конечном итоге привело к тому, что промышленную среду пришлось изучать позже. [5]
Фредерик Тейлор (1856–1915) обычно считается отцом дисциплины промышленного проектирования. Он получил степень в области машиностроения в Технологическом институте Стивенса и получил несколько патентов на свои изобретения. Его книги « Управление магазинами» и «Принципы научного менеджмента» , опубликованные в начале 1900-х годов, положили начало промышленному проектированию. [7] Повышение эффективности работы по его методам было основано на совершенствовании методов работы, разработке стандартов работы и сокращении времени, необходимого для выполнения работы. С непоколебимой верой в научный метод Тейлор провел множество экспериментов в механическом цехе как на машинах, так и на людях. Тейлор разработал «исследование времени» для измерения времени, затрачиваемого на выполнение различных элементов задачи, а затем использовал результаты исследования, чтобы еще больше сократить время. Для усовершенствованного метода было еще раз проведено исследование времени, чтобы обеспечить стандарты времени, которые точны для планирования ручных задач, а также для обеспечения стимулов. [5]
Команда мужа и жены Фрэнка Гилбрета (1868–1924) и Лилиан Гилбрет (1878–1972) была еще одним краеугольным камнем движения промышленной инженерии, чьи работы хранятся в Школе промышленной инженерии Университета Пердью. Они разделили элементы человеческого движения на 18 основных элементов, называемых терблигами . Эта разработка позволила аналитикам разрабатывать рабочие места, не зная времени, необходимого для их выполнения. Эти разработки положили начало гораздо более широкой области, известной как человеческий фактор или эргономика . [5]
В 1908 году в Пенсильванском государственном университете в качестве факультатива был предложен первый курс по промышленной инженерии , который в 1909 году стал отдельной программой благодаря усилиям Хьюго Димера . [8] Первая докторская степень в области промышленной инженерии была присуждена в 1933 году Корнелльским университетом .
В 1912 году Генри Лоуренс Гант разработал диаграмму Ганта , в которой описаны действия организации и их взаимоотношения. Эта диаграмма открывается более поздней формой, знакомой нам сегодня Уоллесом Кларком . [ нужна цитата ]
С развитием сборочных линий завод Генри Форда (1913 г.) совершил значительный шаг вперед в этой области. Форд сократил время сборки автомобиля с более чем 700 часов до 1,5 часов. Кроме того, он был пионером экономики капиталистического благосостояния («капитализм благосостояния») и флага предоставления финансовых стимулов для сотрудников для повышения производительности.
В 1927 году тогдашняя Высшая техническая школа Берлина стала первым немецким университетом, введшим эту степень. [9] Курс обучения, разработанный Вилли Прионом, тогда еще назывался «Бизнес и технология» и был призван предоставить потомкам промышленников адекватное образование.
Комплексная система управления качеством ( Total Quality Management или TQM), разработанная в сороковые годы, набирала обороты после Второй мировой войны и была частью восстановления Японии после войны.
Американский институт промышленной инженерии был основан в 1948 году. Первые работы Ф. В. Тейлора и Гилбретов были задокументированы в документах, представленных Американскому обществу инженеров-механиков, поскольку интерес рос от простого улучшения производительности машин к эффективности всего производственного процесса, большинство особенно начиная с презентации Генри Р. Тауна (1844–1924) его статьи «Инженер как экономист» (1886). [10]
С 1960 по 1975 год, с развитием систем поддержки принятия решений в сфере поставок, таких как планирование потребности в материалах (MRP), можно выделить проблему сроков (запасы, производство, компаундирование, транспортировка и т. д.) промышленной организации. Израильский ученый д-р Джейкоб Рубиновиц внедрил программу CMMS, разработанную в IAI и Control-Data (Израиль) в 1976 году в Южной Африке и по всему миру.
В 1970-е годы, с распространением японских теорий управления, таких как Кайдзен и Канбан , Япония достигла очень высокого уровня качества и производительности. Эти теории улучшили вопросы качества, сроков поставки и гибкости. Компании на Западе осознали огромное влияние Кайдзен и начали внедрять собственные программы непрерывного совершенствования . У. Эдвардс Деминг внес значительный вклад в минимизацию дисперсии, начиная с 1950-х годов и до конца своей жизни.
В 1990-х годах, после глобального процесса глобализации промышленности, упор был сделан на управление цепочками поставок и разработку бизнес-процессов, ориентированных на клиента. Теория ограничений , разработанная израильским ученым Элияху М. Голдраттом (1985), также является важной вехой в этой области.
Инженерное дело традиционно носит декомпозиционный характер. [ нужна цитата ] Чтобы понять что-то в целом, сначала нужно разбить его на части. [ нужна цитация ] Человек осваивает части, а затем снова соединяет их, чтобы лучше понять, как овладеть целым. Подход промышленной и системной инженерии (ISE) противоположен; ни одну часть невозможно понять без контекста всей системы. Изменения в одной части системы влияют на всю систему, а роль отдельной части заключается в том, чтобы лучше обслуживать всю систему.
Кроме того, промышленная инженерия учитывает человеческий фактор и его связь с техническим аспектом ситуации и всеми другими факторами, которые влияют на всю ситуацию, [4] в то время как другие инженерные дисциплины сосредотачиваются на проектировании неодушевленных объектов.
«Промышленные инженеры объединяют сочетание людей, информации, материалов и оборудования, которые создают инновационные и эффективные организации. Помимо производства, промышленные инженеры работают и консультируют во всех отраслях, включая больницы, средства связи, электронную коммерцию, развлечения, правительство, финансы, продукты питания, фармацевтика, полупроводники, спорт, страхование, продажи, бухгалтерский учет, банковское дело, путешествия и транспорт». [11]
«Промышленное проектирование — это отрасль инженерного дела, наиболее тесно связанная с человеческими ресурсами, поскольку мы применяем социальные навыки для работы со всеми типами сотрудников, от инженеров до продавцов и высшего руководства. Одной из основных задач промышленного инженера является улучшение работы среду людей – не менять работника, а менять рабочее место». [11]
«Все инженеры, включая промышленных инженеров, изучают математику посредством исчисления и дифференциальных уравнений. Промышленная инженерия отличается тем, что она основана на математике дискретных переменных, тогда как все остальные инженерные работы основаны на математике непрерывных переменных. Мы подчеркиваем использование линейной алгебры и разностей. Уравнения, в отличие от использования дифференциальных уравнений, которые так распространены в других инженерных дисциплинах.Этот акцент становится очевидным при оптимизации производственных систем, в которых мы устанавливаем последовательность заказов, планируем партии, определяем количество единиц погрузочно-разгрузочных работ, организуем планировку завода, нахождение последовательностей движений и т. д. Как промышленные инженеры, мы имеем дело почти исключительно с системами дискретных компонентов». [11]
Хотя изначально оно применялось к производству , использование слова « промышленный» в промышленном проектировании может вводить в заблуждение, поскольку оно стало охватывать любой методический или количественный подход к оптимизации работы процесса, системы или организации. Фактически, индустриал в промышленном машиностроении означает промышленность в самом широком смысле. [12] Люди изменили термин «индустрия» на более широкие термины, такие как промышленная и производственная инженерия , промышленная и системная инженерия , промышленная инженерия и исследование операций , промышленная инженерия и менеджмент .
Промышленное проектирование имеет множество поддисциплин, наиболее распространенные из которых перечислены ниже. Хотя есть промышленные инженеры, которые специализируются исключительно на одной из этих субдисциплин, многие занимаются их комбинацией, например, цепочкой поставок и логистикой, а также управлением объектами и энергопотреблением. [13] [14]
Методы инженерии
Проектирование объектов и энергетический менеджмент
Финансовое проектирование
Энергетика
Человеческий фактор и техника безопасности
Проектирование и управление информационными системами
Технология машиностроения
Эксплуатационный инжиниринг и менеджмент
Исследование и оптимизация операций
Планирование политики
Технология производства
Проектирование качества и надежности
Управление цепочками поставок и логистика
Системная инженерия и анализ
Системное моделирование
Связанные дисциплины
Развитие организации и управление изменениями
Поведенческая экономика
Промышленные инженеры изучают взаимодействие людей с машинами, материалами, информацией, процедурами и окружающей средой в таких разработках и при проектировании технологической системы. [15]
Степени промышленного инженера, аккредитованные в любой стране-участнице Вашингтонского соглашения , пользуются равной аккредитацией во всех других подписавших странах, что позволяет инженерам из одной страны профессионально заниматься инженерным делом в любой другой.
Университеты предлагают степени бакалавра, магистра и доктора.
В Соединенных Штатах степень бакалавра можно получить либо бакалавра наук (BS), либо бакалавра наук и техники (BSE) в области промышленного проектирования (IE). В Южной Африке степень бакалавра — бакалавр инженерных наук (BEng). Варианты названия включают промышленное и эксплуатационное проектирование (IOE) и промышленное и системное проектирование (ISE или ISyE).
Типичная учебная программа включает в себя широкую математическую и естественную основу, охватывающую химию , физику , механику (т. е. статику, кинематику и динамику), материаловедение , информатику , электронику/схемотехнику, инженерное проектирование и стандартный набор инженерной математики (т. е. исчисление , линейная алгебра , дифференциальные уравнения , статистика ). Чтобы любая программа бакалавриата по инженерным специальностям была аккредитована, независимо от специализации, она должна охватывать в значительной степени аналогичный объем такой фундаментальной работы, которая также во многом пересекается с содержанием, проверенным на одном или нескольких экзаменах на получение инженерной лицензии в большинстве юрисдикций.
Курсовая работа, специфичная для IE, включает в себя специализированные курсы в таких областях, как оптимизация , прикладная вероятность , стохастическое моделирование, планирование экспериментов , статистический контроль процессов , моделирование , технология производства , эргономика / техника безопасности и инженерная экономика . Факультативные курсы по промышленной инженерии обычно охватывают более специализированные темы в таких областях, как производство , цепочки поставок и логистика , аналитика и машинное обучение , производственные системы , человеческий фактор и промышленный дизайн , а также системы обслуживания . [17] [18] [19] [20] [21] [22]
Некоторые бизнес-школы могут предлагать программы, частично перекликающиеся с IE, но инженерные программы отличаются гораздо более интенсивной количественной направленностью, обязательными факультативами по инженерным наукам, а также основными курсами по математике и естественным наукам, необходимыми для всех инженерных программ.
Обычно получаемая ученая степень - это магистр наук (MS), магистр наук и техники (MSE) или магистр инженерии (MEng) в области промышленной инженерии или различные альтернативные звания, связанные с концентрацией.
Типичные учебные программы MS могут охватывать:
Хотя промышленная инженерия как официальная степень существует уже много лет, консенсус относительно того, какие темы следует преподавать и изучать, различается в разных странах. Например, Турция уделяет особое внимание технической специальности, в то время как Дания, Финляндия и Великобритания имеют степень, ориентированную на менеджмент, что делает ее менее технической. В то же время Соединенные Штаты уделяют особое внимание тематическим исследованиям, групповому решению проблем и поддерживают баланс между технической и нетехнической стороной. [24]
Традиционно основным аспектом промышленного проектирования было планирование планировки заводов , проектирование сборочных линий и других производственных парадигм. И теперь, в системах бережливого производства , промышленные инженеры работают над устранением потерь времени, денег, материалов, энергии и других ресурсов.
Примеры использования промышленного инжиниринга включают в себя составление схем технологических процессов, картографирование процессов, проектирование сборочной рабочей станции, разработку стратегии для различной оперативной логистики, консультации в качестве эксперта по эффективности, разработку нового финансового алгоритма или кредитной системы для банка, оптимизацию операций и отделение неотложной помощи. расположение или использование в больнице, планирование сложных схем распределения материалов или продуктов (так называемое управление цепочкой поставок ) и сокращение очередей (или очередей ) в банке, больнице или тематическом парке.
Современные промышленные инженеры обычно используют заранее определенные системы времени движения , компьютерное моделирование (особенно моделирование дискретных событий ), а также обширные математические инструменты для моделирования, такие как математическая оптимизация и теория массового обслуживания , а также вычислительные методы для системного анализа, оценки и оптимизации. Промышленные инженеры также используют инструменты науки о данных и машинного обучения в своей работе из-за тесной связи этих дисциплин с этой областью и аналогичного технического образования, необходимого для промышленных инженеров (включая прочную основу в теории вероятностей , линейной алгебре и статистике ). а также наличие навыков программирования ). [25]
СМИ, связанные с промышленным проектированием, на Викискладе?