Промышленная инженерия — это инженерная профессия, которая занимается оптимизацией сложных процессов , систем или организаций путем разработки, улучшения и внедрения интегрированных систем людей, денег, знаний, информации и оборудования. Промышленная инженерия 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] Несколько принципов промышленной инженерии соблюдаются в обрабатывающей промышленности для обеспечения эффективного потока систем, процессов и операций. [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 субспециализаций промышленная инженерия может также пересекаться с операционными исследованиями , системной инженерией , технологией производства , производственной инженерией , инженерией цепочек поставок , наукой управления , инженерным менеджментом , финансовой инженерией , эргономикой или инженерией человеческого фактора , техникой безопасности , логистической инженерией , инженерией качества или другими смежными возможностями или областями.
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 , прядильную машину «Дженни» и, возможно, самое главное, паровой двигатель, создали экономию масштаба , которая впервые сделала массовое производство в централизованных местах привлекательным. Концепция производственной системы зародилась на фабриках, созданных этими инновациями. [5] Также высказывалось предположение, что, возможно, Леонардо да Винчи был первым промышленным инженером, поскольку есть доказательства того, что он применил науку к анализу человеческого труда, изучив скорость, с которой человек мог сгребать землю около 1500 года. Другие также утверждают, что профессия промышленного инженера возникла из исследования Чарльза Бэббиджа фабричных операций и, в частности, его работы по производству прямых булавок в 1832 году. Однако, как правило, утверждается, что эти ранние усилия, хотя и были ценными, были просто наблюдательными и не пытались спроектировать изучаемые рабочие места или увеличить общий объем производства. [6]
Концепции 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 Уатта и Мэтью Болтона привели к созданию первого в мире интегрированного машиностроительного завода, включая применение таких концепций, как системы контроля затрат для сокращения отходов и повышения производительности, а также учреждение обучения ремесленников. [5]
Чарльз Бэббидж стал ассоциироваться с промышленной инженерией из-за концепций, которые он представил в своей книге « Об экономике машин и производителей» , написанной им в результате визитов на фабрики в Англии и Соединенных Штатах в начале 1800-х годов. Книга охватывает такие темы, как время, необходимое для выполнения определенной задачи, эффекты разделения задач на более мелкие и менее подробные элементы и преимущества, которые можно получить от повторяющихся задач. [5]
Эли Уитни и Симеон Норт доказали осуществимость понятия взаимозаменяемых деталей при производстве мушкетов и пистолетов для правительства США. В рамках этой системы отдельные детали производились массово с допусками, позволяющими использовать их в любом готовом изделии. Результатом стало значительное снижение потребности в навыках специализированных рабочих, что в конечном итоге привело к промышленной среде, которую изучали позже. [5]
Фредерик Тейлор (1856–1915) обычно считается отцом дисциплины промышленной инженерии. Он получил степень в области машиностроения в Технологическом институте Стивенса и получил несколько патентов на свои изобретения. Его книги «Управление цехом» и «Принципы научного управления» , которые были опубликованы в начале 1900-х годов, положили начало промышленной инженерии. [7] Повышение эффективности работы по его методам основывалось на улучшении методов работы, разработке стандартов работы и сокращении времени, необходимого для выполнения работы. С неизменной верой в научный метод Тейлор провел много экспериментов в работе в механическом цехе как на машинах, так и на людях. Тейлор разработал «исследование времени» для измерения времени, затрачиваемого на различные элементы задачи, а затем использовал наблюдения за исследованием для дальнейшего сокращения времени. Исследование времени было проведено для улучшенного метода еще раз, чтобы предоставить стандарты времени, которые являются точными для планирования ручных задач, а также для предоставления стимулов. [5]
Супружеская пара Фрэнка Гилбрета (1868–1924) и Лилиан Гилбрета (1878–1972) была другим краеугольным камнем движения промышленной инженерии, чьи работы хранятся в Школе промышленной инженерии Университета Пердью . Они классифицировали элементы человеческого движения в 18 основных элементов, называемых терблигами . Это развитие позволило аналитикам проектировать рабочие места без знания времени, необходимого для выполнения работы. Эти разработки положили начало гораздо более широкой области, известной как человеческий фактор или эргономика . [5]
В 1908 году в Университете штата Пенсильвания был предложен первый курс по промышленной инженерии в качестве факультатива , который стал отдельной программой в 1909 году благодаря усилиям Хьюго Димера . [8] Первая докторская степень по промышленной инженерии была присуждена в 1933 году Корнеллским университетом .
В 1912 году Генри Лоренс Гантт разработал диаграмму Ганта , которая описывает действия организации вместе с их отношениями. Эта диаграмма открывается позже в форме, знакомой нам сегодня Уоллесом Кларком . [ необходима цитата ]
С развитием сборочных линий фабрика Генри Форда (1913) совершила значительный скачок 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 флагманом предоставления финансовых стимулов работникам для повышения производительности.
В 1927 году тогдашний Технический университет Берлина стал первым немецким университетом, введшим эту степень. [9] Курс обучения, разработанный Вилли Прионом, тогда еще назывался «Бизнес и технологии» и был призван предоставить потомкам промышленников адекватное образование.
Комплексная система управления качеством ( Total quality management или TQM), разработанная в сороковых годах, набирала обороты после Второй мировой войны и стала частью восстановления Японии после войны.
Американский институт промышленной инженерии был образован в 1948 году. Ранние работы Ф. У. Тейлора и Гилбретов были задокументированы в статьях, представленных Американскому обществу инженеров-механиков, поскольку интерес рос от простого улучшения производительности машин к производительности всего производственного процесса, 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 области поставок, таких как планирование материальных потребностей (MRP), можно было подчеркнуть проблему сроков (инвентаризация, производство, компаундирование, транспортировка и т. д.) промышленной организации. Израильский ученый д-р Якоб Рубиновиц установил программу CMMS, разработанную в IAI и Control-Data (Израиль) в 1976 году в Южной Африке и по всему миру.
В 1970-х годах с проникновением японских теорий управления, таких как Кайдзен и Канбан , Япония добилась 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 отклонений, начиная с 1950-х годов и до конца своей жизни.
В 1990-х годах, вслед за процессом глобализации мировой промышленности, акцент был сделан на управлении цепочками поставок и проектировании бизнес-процессов, ориентированных на клиента. Теория ограничений , разработанная израильским ученым Элияху М. Голдраттом (1985), также является важной вехой в этой области.
Инженерия традиционно является декомпозиционной. [ требуется цитата ] Чтобы понять целое чего-либо, оно сначала разбивается на части. [ требуется цитата ] Человек осваивает части, затем собирает их обратно, чтобы лучше понять, как освоить целое. Подход промышленной и системной инженерии (ISE) противоположен; ни одна часть не может быть понята без контекста всей системы. Изменения в одной части системы влияют на всю систему, и роль одной части заключается в том, чтобы лучше обслуживать всю систему.
Кроме того, промышленная инженерия учитывает человеческий фактор и его связь с техническим аспектом ситуации, а также все другие факторы, влияющие на ситуацию в целом, [4] в то время как другие инженерные дисциплины сосредоточены на проектировании неодушевленных предметов.
«Промышленные инженеры интегрируют комбинации людей, информации, материалов и оборудования, которые создают инновационные и эффективные организации. Помимо производства, промышленные инженеры работают и консультируют во всех отраслях, включая больницы, коммуникации, электронную коммерцию, развлечения, государственное управление, финансы, продукты питания, фармацевтику, полупроводники, спорт, страхование, продажи, бухгалтерский учет, банковское дело, путешествия и транспорт». [11]
«Промышленная инженерия — это отрасль инженерии, 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 рабочей среды людей — не изменение работника, а изменение рабочего места». [11]
«Все инженеры, включая промышленных инженеров, изучают математику через исчисление и дифференциальные уравнения. Промышленная инженерия отличается тем, что она основана на дискретной переменной математике, тогда как вся остальная инженерия основана на непрерывной переменной математике. Мы подчеркиваем использование линейной алгебры и дифференциальных уравнений, в отличие от использования дифференциальных уравнений, которые так распространены в других инженерных дисциплинах. Этот акцент становится очевидным при оптимизации производственных систем, в которых мы упорядочиваем заказы, составляем графики партий, определяем количество единиц обработки материалов, организуем планировку завода, находим последовательности движений и т. д. Как промышленные инженеры, мы имеем дело почти исключительно с системами дискретных компонентов». [11]
Хотя изначально термин « промышленный » применялся к производству , его использование в промышленном проектировании может быть несколько обманчивым, поскольку он стал охватывать любой методический или количественный подход к оптимизации того, как работает процесс, система или организация. Фактически, термин « промышленный » в промышленном проектировании означает отрасль в самом широком смысле. [12] Люди изменили термин «промышленный» на более широкие термины, такие как «промышленное и производственное проектирование» , «промышленное и системное проектирование» , «промышленное проектирование и исследование операций» , «промышленное проектирование и управление» .
Промышленная инженерия имеет много поддисциплин, наиболее распространенные из которых перечислены ниже. Хотя есть промышленные инженеры, которые сосредоточены исключительно на одной из этих поддисциплин, многие имеют дело с их комбинацией, например, цепочкой поставок и логистикой, а также управлением объектами и энергией. [13] [14]
Методы инженерии
Инженерное обеспечение объектов и управление энергопотреблением
Финансовый инжиниринг
Энергетическая инженерия
Человеческий фактор и техника безопасности
Информационные системы и проектирование и управление
Производственная инженерия
Операционная инженерия и управление
Исследование операций и оптимизация
Планирование политики
Производственная инженерия
Качество и надежность инжиниринга
Управление цепочкой поставок и логистика
Системная инженерия и анализ
Моделирование систем
Смежные 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 технологических систем. [15]
Дипломы в области промышленной инженерии, аккредитованные в любой стране-участнице Вашингтонского соглашения, имеют одинаковую аккредитацию во всех других странах-участницах, что позволяет инженерам из одной страны профессионально заниматься инженерным делом в любой другой стране.
Университеты предлагают степени бакалавра, магистра и доктора наук.
В Соединенных Штатах степень бакалавра — это бакалавр наук (BS) или бакалавр наук и инженерии (BSE) по промышленной инженерии (IE). В Южной Африке степень бакалавра — это бакалавр инженерии (BEng). Варианты названия включают промышленную и операционную инженерию (IOE) и промышленную и системную инженерию (ISE или ISyE).
Типичная учебная программа включает в себя широкую основу математики и естественных наук, охватывающую химию , физику , механику (например, статику, кинематику и динамику), материаловедение , информатику , электронику/схемы, инженерное проектирование и стандартный набор инженерной математики (например, исчисление , линейную алгебру , дифференциальные уравнения , статистику ). Для того, чтобы любая программа бакалавриата по инженерии была аккредитована, независимо от концентрации, она должна охватывать в значительной степени схожий диапазон такой фундаментальной работы, которая также в значительной степени пересекается с содержанием, проверяемым на одном или нескольких экзаменах на получение лицензии инженера в большинстве юрисдикций.
Курсовая работа, специфичная для IE, включает специализированные курсы в таких областях, как оптимизация , прикладная вероятность , стохастическое моделирование, проектирование экспериментов , статистический контроль процессов , моделирование , производственная инженерия , эргономика / техника безопасности и инженерная экономика . Факультативы 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 пересекающиеся с IE, но инженерные программы отличаются гораздо более выраженной количественной направленностью, обязательными факультативами по инженерным наукам и основными курсами по математике и естественным наукам, обязательными для всех инженерных программ.
Обычно получаемая ученая степень — это магистр наук (MS), магистр наук и инженерии (MSE) или магистр инженерии (MEng) в области промышленной инженерии или различные альтернативные смежные специальности.
Типичные учебные программы магистратуры могут охватывать:
Хотя промышленная инженерия как формальная степень существует уже много лет, консенсус относительно того, какие темы следует преподавать и изучать, различается в разных странах. Например, Турция фокусируется на очень технической степени, в то время как Дания, Финляндия и Великобритания имеют степень с фокусом на менеджменте, что делает ее менее технической. Соединенные Штаты, тем временем, фокусируются на тематических исследованиях, групповом решении проблем и поддерживают баланс между технической и нетехнической стороной. [24]
Традиционно основным аспектом промышленной инженерии было планирование планировки заводов и 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.
Примерами использования промышленной инженерии являются построение схем производственных процессов, картирование процессов, проектирование сборочных рабочих станций, разработка стратегий для различных видов операционной логистики, консультирование в качестве эксперта по эффективности, разработка нового финансового алгоритма или кредитной системы для банка, оптимизация работы и расположения или использования отделений неотложной помощи в больнице, планирование сложных схем распределения материалов или продуктов (называемое управлением цепочками поставок ) и сокращение очередей в банке, больнице или тематическом парке.
Современные промышленные инженеры обычно используют предопределенные системы времени движения , компьютерное моделирование (особенно дискретно-событийное моделирование ), а также обширные математические инструменты для моделирования, такие как математическая оптимизация и теория очередей , 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 областью и аналогичного технического бэкграунда, требуемого от промышленных инженеров (включая прочную основу в теории вероятностей , линейной алгебре и статистике , а также наличие навыков кодирования ). [25]
Медиа, связанные с промышленной инженерией на Wikimedia Commons