機械原理與工業(yè)工程的關系

1、工業(yè)工程專業(yè)與機械原理的關系摘要：機械原理學科的發(fā)展是非常迅速的，不論是在基本原理方面，還是在研究方法方面，都有較大的進展。在機構的類型方面也有一些新的創(chuàng)造，有些已突破傳統(tǒng)機構學的范疇，而進入所謂“廣義機構學的”領域，創(chuàng)造了具有氣、液、光、電等環(huán)節(jié)的機構。機械原理實踐教學環(huán)節(jié)的改革對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和動手能力的提高具有重要意義。工業(yè)工程專業(yè)的培養(yǎng)以機械工程技術為基礎，以IE的理論、方法為紐帶，以運籌學、計算機技術及現(xiàn)代集成制造技術等為工具，培養(yǎng)能夠對企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)等進行規(guī)劃、設計、評價和創(chuàng)新的技術與管理相結合的現(xiàn)代制造業(yè)高級管理人才和物流專門人才。工業(yè)工程專業(yè)的就業(yè)前景和制造業(yè)聯(lián)系在一起，隨著

2、制造業(yè)的發(fā)展，未來的就業(yè)前景應該看好。 關鍵詞：機械原理 工業(yè)工程 人因工程1機械原理隨著機械向高速、重載方向的發(fā)展，機械動力學的研究發(fā)展很快。由于電子計算機的普遍應用，機構的計算機輔助分析和計算機輔助設計得到較快發(fā)展。從機械原理學科的發(fā)展可以看出，生產(chǎn)發(fā)展的需要是學科發(fā)展的動力。而學科的發(fā)展又反過來促進了生產(chǎn)的發(fā)展，提高了生產(chǎn)的水平?？梢云谕S著生產(chǎn)對技術現(xiàn)代化的要求不斷提高，機械原理學科也會繼續(xù)迅速的得到發(fā)展。1.1機械原理的簡介機械原理（theory of machines and mechanisms），研究機械中機構的結構和運動，以及機器的結構、受力、質(zhì)量和運動的學科。這一學科的主

3、要組成部分為機構學和機械動力學。人們一般把機構和機器合稱為機械。機構是由兩個以上的構件通過活動聯(lián)接以實現(xiàn)規(guī)定運動的組合體。機器是由一個或一個以上的機構組成，用來作有用的功或完成機械能與其他形式的能量之間的轉換。 機械原理課程作為機械類專業(yè)中一門重要的技術基礎課，主要講述機械的基本組成和運動情況。學過這門課以后，我們應該能對現(xiàn)有機械的組成和運動情況進行分析，也應該具有運用所學知識，組合新的機構及創(chuàng)造出新產(chǎn)品的能力。因此，機械原理課程在培養(yǎng)學生綜合設計能力的過程中，承擔著培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)方案創(chuàng)新設計能力的任務，在機械設計系列課程體系中占有十分重要的地位。1.2研究對象機構學的研究對象是機器中的各種

4、常用機構，如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、螺旋機構和間歇運動機構（如棘輪機構、槽輪機構等）以及組合機構等。它的研究內(nèi)容是機構結構的組成原理和運動確定性，以及機構的運動分析和綜合。機構學在研究機構的運動時僅從幾何的觀點出發(fā)，而不考慮力對運動的影響。機械動力學的研究對象是機器或機器的組合。研究內(nèi)容是確定機器在已知力作用下的真實運動規(guī)律及其調(diào)節(jié)、摩擦力和機械效率、慣性力的平衡等問題。按機械原理的傳統(tǒng)研究方式，一般不考慮構件接觸面間的間隙、構件的彈性或溫差變形以及制造和裝配等所引起的誤差。這對低速運轉的機械一般是可行的。但隨著機械向高速、高精度方向發(fā)展，還必須研究由上述因素引起的運動變化。因而從40年

5、代開始，又提出了機構精確度問題。由于航天技術以及機械手和工業(yè)機器人的飛速發(fā)展，機構精確度問題已越來越引起人們的重視，并已成為機械原理的不可缺少的一個組成部分。2 工業(yè)工程2.1工業(yè)工程的介紹：“工業(yè)工程是對人、物料、設備、能源、和信息等所組成的集成系統(tǒng)，進行設計、改善和實施的一門學科，它綜合運用數(shù)學、物理、和社會科學的專門知識和技術，結合工程分析和設計的原理與方法，對該系統(tǒng)所取得的成果進行確認、預測和評價?！?概括而言，所有人類及非人類參與的活動，只要有動作出現(xiàn)的，都可應用工業(yè)工程的原理原則，以及工業(yè)工程的一套系統(tǒng)化的技術，經(jīng)由最佳途徑達到目的。譬如工業(yè)工程中的動作連貫性分析（operatio

6、n sequence），由于人類的任何一種動作都有連貫性，因此把各動作經(jīng)仔細分析，分成一個個微細單元，刪掉不必要的動作，合并可連接的動作，以達到工作簡化、動作經(jīng)濟、省時省工之目的。 工業(yè)工程又分傳統(tǒng)IE和現(xiàn)代IE。傳統(tǒng)IE是通過時間研究與動作研究，工廠布置，物料搬運，生產(chǎn)計劃和日程安排等，以提高勞動生產(chǎn)率?，F(xiàn)代IE以運籌學和系統(tǒng)工程作為理論基礎，以計算機作為先進手段，兼容并蓄了諸多新學科和高新技術。 2.2 工業(yè)工程的起源以及在我國的發(fā)展工業(yè)工程（Industrial Engineering，簡稱IE）起源于20世紀初的美國，它以現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)為背景，在發(fā)達國家得到了廣泛應用?，F(xiàn)代工業(yè)工程是以

7、大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及社會經(jīng)濟系統(tǒng)為研究對象，在制造工程學、管理科學和系統(tǒng)工程學等學科基礎上逐步形成和發(fā)展起來的一門交叉的工程學科。它是將人、設備、物料、信息和環(huán)境等生產(chǎn)系統(tǒng)要素進行優(yōu)化配置，對工業(yè)等生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)規(guī)劃與設計、評價與創(chuàng)新，從而提高工業(yè)生產(chǎn)率和社會經(jīng)濟效益專門化的綜合技術，且內(nèi)容日益廣泛。 與發(fā)達國家相比中國的起步較晚，20世紀80年代初期，工業(yè)部門開始對工業(yè)工程有所認識，并逐步推廣，1991年召開第一次全國性學術會議。 工業(yè)工程在中國的應用前景十分廣闊。80年代。日本能率協(xié)會專家三上展喜受日本政府委托，在中國北京、大連等地推廣應用工業(yè)工程技術，他認為，中國許多企業(yè)不需要在硬件方面增

8、加許多投資，只要在管理方式、人員素質(zhì)和工業(yè)工程等方面著力改進，生產(chǎn)效率就可提高23倍，甚至510倍。國內(nèi)應用工業(yè)工程技術比較典型的企業(yè)有：北京機床電器廠、一汽集團、鞍山鋼鐵公司等，都取得了明顯的經(jīng)濟效益。當前中國發(fā)展工業(yè)工程的一項重要工作是是人才培養(yǎng)，中國最早于1993年招收工業(yè)工程專業(yè)的本科生，目前已有70余所院校設有工業(yè)工程系或專業(yè)。2.3 專業(yè)見解作為一個工業(yè)工程的學生應該時刻有IE意識，隨著時代的發(fā)展，工業(yè)工程人員還需要具備不斷改進創(chuàng)新的意識、快速響應需求的意識等。在IE的運用中，樹立IE意識比掌握IE技術和方法更為重要。 IE的意識是IE實踐的產(chǎn)物，是對IE應用有指導作用的原則和思想

9、方法。主要的IE意識包括以下幾個方面：1） 成本與效率的意識。IE追求整體效益最佳（以提高總生產(chǎn)率為目標），必須樹立成本與效率的意識。一切工作從大處著眼，從總目標出發(fā)；從小處著手，對每個細節(jié)都力求節(jié)約、杜絕浪費，尋求以成本最低、效率更高的方法去完成各項工作.2） 問題和改革的意識。IE追求合理性，使各生產(chǎn)要素有效的組合，形成一個有機的整體系統(tǒng)，它包括從操作方法、生產(chǎn)流程直至到組織管理各項業(yè)務及各個系統(tǒng)的合理化。任何工作都能找到合理更好的方法去完成，改善無止境。為了使工作方法更趨合理，就要堅持改善、再改善。樹立問題與改革意識，不斷發(fā)現(xiàn)問題，考察分析，尋求對策，勇于改革和創(chuàng)新。3）工作簡化和標準化

10、意識。IE追求高效與優(yōu)質(zhì)的統(tǒng)一。推動工作簡化、專門化和標準化，對降低成本、提高效率起了重要作用。生產(chǎn)技術的改進的成果都可以以標準化的形式確定下來并加以貫徹。4）全局和整體意識?，F(xiàn)代IE追求系統(tǒng)整體的優(yōu)化，為此必須從全局和整體出發(fā)，針對研究對象的具體情況選擇適當IE手法，并結合IE的整體和全局性，取得良好的整體效果。5）以人為中心的意識。人是生產(chǎn)經(jīng)營活動中最重要的一個因素，其它因素都要通過人的參與才能發(fā)揮作用。必須堅持以人為中心來研究生產(chǎn)系統(tǒng)的設計、管理、革新和發(fā)展，使每個人都關心和參與改進工作，提高效率。2.4工業(yè)工程的作用首先，IE是進行作業(yè)標準時間設定的工具。如果沒有這種作業(yè)標準時間設定，

11、那么不僅工廠的生產(chǎn)計劃無法制定，甚至是否有剩余產(chǎn)能或是產(chǎn)能不足都不得而知。所以標準作業(yè)時間設定是近代企業(yè)經(jīng)營不可缺少的東西。其次，IE是工程分析的改善工具。以往的IE是將工廠細分化，然后逐步的改善。但現(xiàn)在這種方法只能適合局部的改善，由于不能和企業(yè)利益直接掛鉤，所以漸漸采取先進行整體分析，然后改善的方法。2.5工業(yè)工程的特點IE是以工程技術為基礎，配合科學管理的技巧來發(fā)現(xiàn)問題/解決問題/預防問題；IE最終目的是經(jīng)由管理的運作，使企業(yè)能獲得最大的利益，故與成本或經(jīng)濟效 益有關，包括制度、作業(yè)方法、機器、模具、夾具均應予掌握并加以改善；IE是一門應用科學，其操作理論均要能符合實際的需要，是故IE工程

12、師均應具 備身體力行的能力，而使理論與實務相得益彰，保證管理效果；IE是運用重點管理的技巧，在所面臨的問題上做重點突破。2.6工業(yè)工程的主要范圍現(xiàn)階段的IE（工業(yè)工程）的主要工作范圍大致是：工程分析、工作標準、方法研究、作業(yè)測定、價值分析（VA）、工廠布置、搬運設計等。對制造業(yè)來說，IE的研究對象是工作系統(tǒng)，工作系統(tǒng)的構成要素包括輸入、變換、產(chǎn)出與反饋過程常用的IE方法工廠布局布局與配置搬運分析作業(yè)方法程序分析動作分析經(jīng)濟性分析作業(yè)測定時間分析標準時間作業(yè)抽樣分析設備效率管理 生產(chǎn)匹配瓶頸分析作業(yè)平衡一個流程 2.7工業(yè)工程的發(fā)展動因 概況地說發(fā)展的動因在于三個方面,即社會生產(chǎn)力發(fā)展的需求、科

13、學技術日新月異的成果的支持作用和社會環(huán)境(或說經(jīng)濟形態(tài)),確切地說是商品經(jīng)濟所提供的社會發(fā)展環(huán)境。生產(chǎn)力的發(fā)展使生產(chǎn)與管理系統(tǒng)的規(guī)模越來越大和越來越多樣化。這客觀上要求必需存在著分析、設計、改善這些系統(tǒng)和管理的技術體系,因而本世紀初在生產(chǎn)力開始快速發(fā)展時,才產(chǎn)生工業(yè)工程。而科學技術成果如運籌學、統(tǒng)計學、系統(tǒng)工程、計算機工程及信息技術都為工業(yè)工程技術體系提供支持和手段。商品經(jīng)濟提供了企業(yè)競爭的社會環(huán)境,誰做得更好,誰就生存、成功,否則消亡。這樣客觀需要提供競爭的武器。因而無論是工業(yè)發(fā)達國家,還是像印度、泰國、馬來西亞這樣的發(fā)展中國家都不約而同地采用工業(yè)工程來提高企業(yè)競爭能力,且收效甚佳。也可說工

14、業(yè)工程是商品經(jīng)濟的產(chǎn)物。根據(jù)上述分析就很容易理解工業(yè)工程發(fā)展的歷史原因和過程。 2.8工業(yè)工程的研究領域1）人因工程：在設施的工程設計時綜合應用關于感覺的，知覺的，智力的，和精神運動的知識，以提高操作的水平和工人工作的質(zhì)量。2）制造系統(tǒng)工程：需求計劃，分析和制造方法的設計，工藝和綜合的系統(tǒng)包含裝備，控制，服務，管理和新的技術如計算機：計算機輔助設計/計算機輔助設計制造 (CAD/CAM），自動控制，機器人，和電腦控制。3）運籌學：用統(tǒng)計，隨機過程，數(shù)學建模，電腦科學，和優(yōu)化等原理和方法來研究與開發(fā)數(shù)值的評估，認證，分析，組織，設計和綜合的物理的和運轉系統(tǒng)的表示方法的規(guī)律與技術。4）生產(chǎn)管理：分

15、析，設計，安裝，和維護一個包含生產(chǎn)和分發(fā)商品和服務的生產(chǎn)或管理系統(tǒng)的方法和理論。其任務是計劃，調(diào)度，配置，和控制生產(chǎn)過程并有效利用的資金，人力，資源。5）倉庫管理（Inventory Control):用統(tǒng)計管理（統(tǒng)計軟件SPC等）。6）模擬（Simulation):用軟件（ARENA等）來模擬。7）制造設計：用Pro E， Solid works，Cad，Ca ti a等 來設計。3工業(yè)工程與機械原理的關系3.1工業(yè)工程與機械原理是一個相輔相成的關系，在工業(yè)工程的各個領域都能夠找到機械院里的影子，下面舉個在人因工程領域的例子。3.2人因工程學與機械原理的關系人因工程學(Ergonomics或

16、Human Engineering)又稱工效學、人機工程學、人類工效學、人體工學、人因學等各種名稱，是一門重要的工程技術學科。它是管理科學中工業(yè)工程（IE，Industrial Engineering）專業(yè)的一個分支，是研究人和機器、環(huán)境的相互作用及其合理結合，使設計的機器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點，達到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適目的的一門科學。其中側重于研究人對環(huán)境的精神認知稱為cognitive ergonomics或human factors,而側重于研究環(huán)境施加給人的物理影響稱為biomechanics或physical ergonomics。該學科在其自身的發(fā)展過程中

17、，逐步打破了各學科之間的界限，并有機的融合了各相關學科的理論，不斷的完善自身的基本概念、理論體系、研究方法，以及技術標準和規(guī)范，從而形成了一門研究和應用范圍都極為廣泛的綜合性邊緣學科。因此，它具有現(xiàn)代各門新興邊緣學科共有的特點，如學科命名多樣化，學科定義不統(tǒng)一，學科邊界模糊，學科內(nèi)容綜合性強，學科應用范圍廣泛等。 下面舉一個人因工程學的座椅設計例子：利用人因工程學原理，對座椅的設計進行了較為深入的研究。 對不同功能的座椅進行了不同的設計，尤其對座椅的椅面、高度、寬度、深度及傾角和靠背的高度、寬度及傾角作了詳細的闡述，利用人因工程學原理，設計出了最安全、最舒適的座椅，并對座椅進行了分析評價，提高

18、了座椅的工作效率和舒適性。從普遍存在于生產(chǎn)車間的工作椅到功能強大的太空航天用椅，人體坐姿或座椅設計不當都將引起人體過早疲勞，長期下去，還會引起累積損傷。座椅首先是一個坐具，這是它最基本的功能，舒適度是衡量椅子設計優(yōu)劣的重要標準之一。 座椅設計不僅要在制造工藝和生產(chǎn)方面可行，符合安全要求，更重要的是在設計思想中體現(xiàn)人因工程、解剖學，使人坐著舒適，這才是我們最終的目的。座椅的分析主要從以下幾個方面分析：1)人體坐姿生理特性分析：正常的姿勢下,脊柱的腰椎部分前凸,而至骶骨時則后凹。 在良好的姿勢下壓力適當?shù)姆植加诟髯甸g盤上，肌肉組織上分布均勻的靜載荷。當處于非自然姿勢時，椎間盤內(nèi)壓力分布不正常產(chǎn)生腰

19、部酸痛、疲勞等不適感。舒適的坐姿應保持腰曲弧形處于正常狀態(tài)， 在這種狀態(tài)下，各椎骨之間的間距正常， 椎間盤上的壓力輕微而均勻，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血管不受壓迫，保證血液循環(huán)正常因此最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移， 使上體略向后傾斜并保持體腿夾角在90115， 同時大腿與小腿之間的角度一般為,100120，小腿與腳掌一般為8590，大臂與小臂一般為,8090，如能保持這種狀態(tài)人體就會達到比較舒適的坐姿。2） 坐姿的舒適度分析：適當?shù)目勘晨墒蛊诮档?；大?0的靠背可防止骨盆的旋轉，增加坐姿的穩(wěn)定性，且使坐姿更接近自然狀態(tài)。工作座椅應盡可能設計得可以坐立兼顧。 實際上，人們在工作中都是不時地調(diào)整著自己的坐姿。在只能采取坐姿的情況下，就會自動變換坐的姿勢以調(diào)整肢體各部分的負荷分配，以使肢體各部分的負荷得到調(diào)整。3） 座椅設計原則:座椅設計必