未来工业工程的发展趋势

未来的工业工程的发展趋势

1引言

近百年工业工程学的历史是一部推动制造创新、企业进步和国家经济发展的历史。它孕育于15世纪以来的工业革命环境中。从20世纪初以来的一百年中，工业工程学历经机械生产模式和生物生产模式而进入社会生产制造模式阶段(李天和，1998)，在这种新模式下，工业工程被理解为所有组织(包括各种制造企业)的系统设计与运作优化的综合性工程科学[1]。历史已经证明，面对各类挑战的组织与企业可以从工业工程学中找到科学的启示、先进的战略，和实现目标的规模、方法与工具。面对未来一个由顾客需求驱动、快速多变和来自全球四面八方不断增强的市场竞争以及来自某些发达国家在国际关系中的挑战，最重要的任务之一是继续发展和创新工业工程学[1]。美国国家研究委员会关于未来制造的六大挑战和十大关键技术项目中有三分之一直接与工业工程学相关，例如：可重组企业(reconfigurableenterprises)、可重组制造系统(recorfigurablemanufaceturingsystems，RMS)、创新的过程、企业建模与仿真、产品与过程的设计方法、增强的人机接口技术和人力与技术资源的集成等[2，3]。本文针对可重组企业、可重组制造系统、过程工程、以人为中心的组织与管理和工厂企业教育培训的革新5个问题进行探索，试图在世纪之初展望工业工程学的发展。

2可重组企业

企业的设计、建立和组织从来就是一个重要的课题。从工业革命以来，它首先遵循亚当·斯密的理论和原理，把组织与企业分解为最简单最基本的单元。

Taylor对之进行科学化，工程化和细化。美国工业工程的两位早期学者，Deimer(堪萨斯大学)和Kimball(康奈尔大学)先后在其著作中讨论了企业设计问题，形成著名的"泰勒制"。Ford和Sloan等人成功地创立了大量生产模式(机械生产模式)，以流水生产的现代企业代替了手工场式的车间。项目管理把企业设计成生物制造模式下的组织。M．哈默分别在1993年与1995年定义了经营程序再造(businessprocessreengineering，BPR)，推动了当代的企业再造热(姜文柄，1999)。1998年，美国国家研究委员会公布了可重组企业的设想。同时，李天和教授再次提出了企业设计问题和设计原则以及集成管理系统。Yeh和Pearlson提出了基于零时间的组织概念结构。笔者在为EMBA班讲授中，编著了《企业设计》讲义。这些活动促使人们把可重组企业的研究提到日程上。

2.1可重组性

1997年，美国衣阿华大学的Lee把可重组性定义为以低成本和短周期来重组制造系统的能力[4]，美国密歇根大学Koren曾分别于1996，1997和1999年二次定义可重组制造系统，但他们都把可重组性局限于制造系统范畴。Harnmer的BPR是一种企业重新设计的方法，而非一种经常可变的企业组织设计法。我们定义可重组性为：一种可以按规划和设计规定的变化，利用子系统或组元的重排、更替、剪裁、嵌套和革新等手段对系统进行重新组态、更新过程与系统功能或改变系统输出，迅速响应市场变化的能力[6]。这一定义是希望通

过企业或组织的重新组态达到适应变化的设计概念和方法。从实施效果看，BPR经常会引起较大的社会震动，不如可重组企业的重组那样平稳。

可重组性是对积木化和成组性的革新。它是基于拓扑性，即；几何、物理、几何／物理、化学与系统、生物学的相似性和模块间的交互作用与接口特性，可以实现系统的基本特征--"整体大于部分之和"的"相乘效果"，是对"积木"和"成组／组合"的发展和拓宽。积木是基于几何相似性和几何约束的，成组／组合是基于几何与部分物理相似性的。而可重组性是基于拓扑性的系统集成。

2.2可重组企业的构想

可重组的企业是由若干系统及可重组的模块(组元)组成的。按照瓜的观念，企业或组织系统的设计是对组织的人活动（子）系统、管理控制（子）系统和公共服务（子）系统的设计及其交互作用和接口界面关系与特性的集成规划与设计，如图1所示。可重组企业的核心是重组的人员、硬件与软件。企业的重组可分为不同层次，即企业/组织系统级（要求3个子系统及其交互作用与接口特性可重组），子系统级（要求子系统是由“可重组模块”或组元组成）和模块级的重组。人活动系统的重组是建立在制造系统可重组、高素质的多面手人员和组织与管理系统重组基础上的。管理控制系统的重组是对项目小组（team）、群体/集团(group)和动态联盟为基础的人与人和组织部门间的协调管理[7]。公共服务系统主要包括战略与重组规划，建模、仿真、监控与决策，企业性能测度，智能合作软件和金融与法规支持系统等。实现重组的关键是：企业建模与仿真、人机接口技术、智能化和软件开发、集成管理系统和人员培训教育等方面。从技术上讲，软件系统的可重组性是关键。

3可重组制造系统

制造系统的重组要求来源于大量生产中遇到的可变性和为发挥机床功能的夹具设计。20世纪30年代正当大量流水生产成熟时，美国汽车厂为适应不同规格缸体加工要求，开始作变异式机床的尝试。

40年代为强化军品生产，英国采用夹具提高零件的互换性和产量。50-60年代，苏联在学习英国作法后，提炼出成组技术，而德国人开发了成组分类编码系统。从60年代到90年代，广泛利用成组技术发展了成组工艺、成组单元、FMS、FMC与CIM系统[8]。

为了利用激光加工新技术，在70-80年代，日本进行了嵌入激光加工装置的FMS的研究开发，并开展了装配模块化的FMC开发。80至90年代，以德国汉诺威大学和斯图加特大学为中心，开展了自治模块机床的设计和制造集成及主轴部件与球铰运动副的专业化生产的研究与实践。美国的衣阿华大学等开始探索可重组制造系统[9、10]。如年代中，在美国国家科学基金会(NSF)和企业界的支持下，密歇根大学对RMS项目进行全面研究[10]。同期，1观年中国国家自然基金启动了快速重组制造系统(阳肥)的研究项[ll]。与此同时，美国南伊利依大学的Rong和朱成功地进行了组合夹具的计算机辅助设计(CAFD)研究开发[13、14]。

3.1快速重组制造系统(RRMS)的科学基础

所谓RMS就是具有可重组性的制造系统。从长远观点看，RMS可以分为系统级，机床／设备级和部件／模块级3级。近期利用较多、比较成熟的是系统级的RMS。可重组机床和部件还处于研究开发初期，其成熟和利用，按美国国家研究委员会的概念，将是21世纪前20年的事。同产品的重组(或可重组模块化产品)一样，要解决基于拓扑性和交互作用与接口技术优化的机床、产品或模块重组，有许多科学原理、方法和工具尚待研究和开发。系统级的重组，如RRMS，现在是较现实可行的，它把机床/装备认为是可移动的可重组组元，对它们实现快速的重组。RRMS的基本特性有：可移动性、斜升效应、劣化效应、可集成性和可诊断性等。可移动性要求RRMS中的机床与设备是可以在公共地基上随时方便地移动，同时还要求它们在预先设定的简便支撑下(无单独地基与固连)正常运行，达到一般制造系统(有单独地基，并紧固)的运行性能。所谓斜升效应是指新建或重组的制造系统从运行开始到稳定地达到规划与设计要求的性能指标的提升过程即过渡过程现象。