Промышленное проектирование

Промышленные инженеры на заводе

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.

Промышленные инженеры используют специализированные знания и навыки в области математических, физических и социальных наук , а также и методы инженерного анализа и проектирования принципы , чтобы определять, прогнозировать и оценивать результаты, полученные от систем и процессов. В обрабатывающей промышленности соблюдаются несколько принципов промышленного проектирования, чтобы обеспечить эффективную работу систем, процессов и операций. К ним относятся:

• Бережливое производство
• Шесть Сигм
• Информационные системы
• Возможности процесса
• Определить, измерить, анализировать, улучшить и контролировать (DMAIC).

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. 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 , инженерией эргономики или человеческого фактора , инженерией безопасности , инженерией логистики , инженерия качества или другие соответствующие возможности или области.

История

Смотрите также: Список промышленных инженеров

Происхождение

Промышленное проектирование

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 сделал массовое производство , который впервые в централизованных местах привлекательным. Концепция производственной системы зародилась на фабриках, созданных в результате этих инноваций. Было также высказано предположение, что, возможно, Леонардо да Винчи был первым промышленным инженером, 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 исследований Чарльза Бэббиджа фабричных операций и, в частности, его работы по производству прямых штифтов в 1832 году. Однако в целом 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.

Специализация труда

Паровая машина Ватта ( Мадридский технический университет )

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 комплексного машиностроительного предприятия, включая применение таких концепций, как системы контроля затрат для сокращения отходов и повышения производительности, а также организацию обучения мастеров.

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.

Взаимозаменяемые детали

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.

Пионеры

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. Повышение эффективности работы по его методике основывалось на совершенствовании методов работы, разработке норм труда, сокращении времени, необходимого для выполнения работ. 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.

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 .

в качестве факультатива был предложен первый курс по промышленной инженерии В 1908 году в Пенсильванском государственном университете , который в 1909 году стал отдельной программой благодаря усилиям Хьюго Димера . Первая докторская степень в области промышленной инженерии была присуждена в 1933 году Корнельским университетом .

В 1912 году Генри Лоуренс Гантт разработал диаграмму Ганта , в которой описаны действия организации и их взаимоотношения. Эта диаграмма открывается более поздней формой, знакомой нам сегодня Уоллесом Кларком .

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. Курс обучения, разработанный Вилли Прионом , тогда еще назывался «Бизнес и технология» и был призван дать потомкам промышленников адекватное образование.

Комплексная система управления качеством ( Total Quality Management или TQM), разработанная в сороковых годах, 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).

Современная практика

С 1960 по 1975 годы, 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 доктор Джейкоб Рубиновиц внедрил программу CMMS, разработанную в IAI и Control-Data (Израиль) в 1976 году в Южной Африке и по всему миру.

В 1970-х годах, 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 постоянного 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.

Сравнение с другими инженерными дисциплинами

Инженерное дело традиционно носит декомпозиционный характер. Чтобы понять что-то в целом, сначала нужно разбить его на части. Человек осваивает части, а затем снова объединяет 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, промышленное проектирование учитывает человеческий фактор и его связь с техническим аспектом ситуации и всеми другими факторами, которые влияют на всю ситуацию. в то время как другие инженерные дисциплины сосредоточены 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».

«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».

«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. 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 устанавливаем последовательность заказов, планируем партии, определяем количество единиц обработки материалов, организуем планировку завода. нахождение последовательностей движений и т. д. Как промышленные инженеры, мы имеем дело почти исключительно с системами дискретных компонентов».

Этимология

Этимология

Хотя первоначально 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. 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 .

Субдисциплины

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.

Методы инженерии

Основная статья: Разработка методов

Проектирование объектов и энергетический менеджмент

Основные статьи: Проектирование объектов и энергетический менеджмент

Финансовый инжиниринг

Основная статья: Финансовый инжиниринг

Энергетика

Основная статья: Энергетика

Человеческий фактор и техника безопасности

Основные статьи: Человеческий фактор в проектировании и проектировании и технике безопасности

Проектирование и управление информационными системами

Основная статья: Информационная система

Технологическое проектирование

Основная статья: Технологическое производство

Эксплуатационный инжиниринг и менеджмент

Основные статьи: Эксплуатационная инженерия и операционный менеджмент

Исследование и оптимизация операций

Основная статья: Исследование операций

Планирование политики

Технология производства

Основная статья: Технология производства

Проектирование качества и надежности

Основные статьи: Проектирование качества и Обеспечение надежности

Управление цепочками поставок и логистика

Основные статьи: Управление цепочками поставок и логистика

Системная инженерия и анализ

Основные статьи: Системная инженерия и системный анализ

Системное моделирование

Основные статьи: Системное моделирование и Имитационное моделирование.

Связанные дисциплины

Развитие организации и управление изменениями

Поведенческая экономика

Основная статья: Поведенческая экономика

Образование

Промышленные инженеры изучают взаимодействие людей с машинами, материалами, информацией, процедурами и окружающей средой в таких разработках и при проектировании технологической системы.

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.

Учебная программа бакалавриата

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 .

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.

Высшая учебная программа

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:

• Производственное проектирование
• Аналитика и машинное обучение
• Компьютерное производство
• Инженерная экономика
• Финансовый инжиниринг
• Инженерия человеческого фактора и эргономика ( техника безопасности )
• Бережливое производство шесть сигм
• Управленческие науки
• Управление материалами
• Операционное управление
• исследования операций и оптимизации Методы
• Предопределенная система времени движения и использование компьютера для IE
• Разработка продукта
• Планирование и контроль производства
• производительности Повышение
• Управление проектом
• Проектирование надежности и испытания на долговечность
• Робототехника
• Статистический контроль процесса или контроль качества
• Управление цепочками поставок и логистика
• Системная динамика и политическое планирование
• Системное моделирование и случайные процессы
• Исследование времени и движения
• Проектирование помещений и дизайн рабочего пространства
• Проектирование качества
• Системный анализ и методы

Различия в обучении

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 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.

Практикующие инженеры

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, требуемого от промышленных инженеров (включая прочную основу в теории вероятностей , линейной алгебре и статистике ). а также наличие навыков программирования ).

См. также

Связанные темы

• Инженерная экономика - Подраздел экономики
• Инженерный менеджмент - Обзор менеджмента в инженерии
• Инжиниринг предприятия - дисциплина, ориентированная на идентификацию, проектирование и реализацию всех или частей жизненного цикла предприятия. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Окружающая среда, здоровье и безопасность – Баланс охраны труда и охраны окружающей среды
• Человеческий фактор и эргономика . Проектирование систем, отвечающих потребностям пользователей.
• Фактор Ланга
• Промышленное и производственное проектирование – Отрасль машиностроения
• Промышленный дизайн – Процесс проектирования
• Техническое обслуживание
• Машиностроение - Отрасль машиностроения
• Охрана труда и здоровье - область, связанная с безопасностью, здоровьем и благополучием людей на работе.
• Эксплуатационная инженерия - отрасль инженерии. Страницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта.
• Исследование операций - Дисциплина, касающаяся применения передовых аналитических методов.
• Краткое описание производства - Обзор и актуальное руководство по производству.
• Общая эффективность оборудования – показатель того, насколько хорошо используется производственная операция.
• Технологическое проектирование - Исследование изготовления продукции из сырья.
• Дизайн продукта - Процесс разработки новых продуктов.
• Разработка продукта — отрасль разработки. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Технологическое проектирование — отрасль инженерного дела. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Управление проектами - практика руководства работой команды для достижения целей и критериев в установленное время.
• Управление производством проектов
• Инжиниринг качества - Принципы и практика обеспечения и контроля качества продукции и услуг.
• Обратное проектирование - процесс извлечения проектной информации из чего-либо искусственного.
• Инженерия безопасности - инженерная дисциплина, которая гарантирует, что инженерные системы обеспечивают приемлемый уровень безопасности.
• Проектирование процессов продаж - Систематическое проектирование процессов продаж.
• Социотехническая система . Организационный дизайн работы учитывает взаимодействие между людьми и технологиями на рабочем месте.
• Статистический контроль процессов . Метод контроля качества.
• Системная инженерия - междисциплинарная область инженерии
• Производственная система Toyota - система, разработанная Toyota.
• Путь Toyota – совокупность управленческих и производственных принципов
• Фордизм - конвейерная система массового производства и потребительского производства Форда.

Ассоциации

• Институт инженеров промышленности и системотехники – Профессиональное общество поддержки профессии промышленного инженера.
• Институт исследования операций и наук управления ( ИНФОРМС ) - Академическая ассоциация, занимающаяся исследованием операций.
• Общество человеческого фактора и эргономики ( HFES )
• Американское общество инженерного образования - профессиональная организация инженерного образования США.
• Американское общество качества – основанное на знаниях глобальное сообщество профессионалов в области качества.
• Европейские студенты промышленного инжиниринга и менеджмента ( ESTIEM )
• Индийский институт промышленной инженерии
• Вашингтонское соглашение
• Инженерный совет Южной Африки - Уставный орган инженерной профессии в Южной Африке.

Дальнейшее чтение

• Бадиру, А. (ред.) (2005). Справочник по промышленной и системной инженерии . ЦРК Пресс. ISBN   0-8493-2719-9 .
• Б.С. Бланшар и Фабрики В. (2005). Системная инженерия и анализ (4-е издание). Прентис-Холл. ISBN   0-13-186977-9 .
• Сальвенди, Г. (ред.) (2001). Справочник промышленного инжиниринга: Технология и управление операциями . Уайли-Интерсайенс. ISBN   0-471-33057-4 .
• Тернер, В. и др. (1992). Введение в промышленную и системную инженерию (Третье издание). Прентис Холл. ISBN   0-13-481789-3 .
• Элияху М. Голдратт , Джефф Кокс (1984). The Goal North River Press; 2-е издание (1992 г.). ISBN   0-88427-061-0 ; Издание, посвященное 20-летию (2004 г.) ISBN   0-88427-178-1
• Миллер, Дуг, «На пути к устойчивым затратам на рабочую силу в розничной торговле модной одеждой в Великобритании» (5 февраля 2013 г.). два : 10.2139/ssrn.2212100
• Малакути, Б. (2013). Операции и производственные системы с множеством целей. Джон Уайли и сыновья. ISBN   978-1-118-58537-5
• Свод знаний по системной инженерии (SEBoK)
• Традиционная инженерия
• Магистр инженерного управления (MEA)
• Камбхампати, Венката Сатья Сурья Нараяна Рао (2017). Ежегодная конференция IIE «Принципы промышленной инженерии». разбирательства; Норкросс (2017): 890–895. [1]

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с промышленным проектированием , на Викискладе?