工業(yè)工程未來之域

嚴永紅

1973年中東戰(zhàn)爭，以色列空軍以220架飛機打敗了埃及的480架飛機。以色列飛機從執(zhí)行完首次任務(wù)，在地面降落，裝彈、加油、調(diào)校，再次起飛只用了22分鐘，反觀埃及卻需要5個小時。埃以之間的差距，就在于作業(yè)流程安排和動作標(biāo)準(zhǔn)不一樣，這正是工業(yè)工程要解決的核心問題之一。

工業(yè)工程最早興起于美國的制造業(yè)，現(xiàn)在已擴展到各種產(chǎn)業(yè)和社會領(lǐng)域。它是“以系統(tǒng)效率和效益為目標(biāo)，研究人、物料、設(shè)備、信息和能源等要素的集成規(guī)劃、設(shè)計、改善、控制和創(chuàng)新的工程技術(shù)”，用一句話概述，就是讓有人參與的投入產(chǎn)出系統(tǒng)更協(xié)調(diào)更高效。

為了更加深入地了解工業(yè)工程這一學(xué)科，記者特地走訪了北京大學(xué)工學(xué)院工業(yè)工程及管理系副教授張璽。多年來，張璽主要從事對復(fù)雜制造和服務(wù)系統(tǒng)的過程監(jiān)測、診斷和優(yōu)化控制，以及其工業(yè)中應(yīng)用的研究工作。研究成果在制造系統(tǒng)、醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到良好應(yīng)用，并已在領(lǐng)域內(nèi)的知名期刊發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文。

聽說記者對工業(yè)工程學(xué)科感興趣，張璽非常熱情地接受了采訪。采訪中他一直說：“國內(nèi)的同學(xué)和企業(yè)界人士對工業(yè)工程的了解的確太少了，如果通過這篇報道能夠讓更多的人了解工業(yè)工程，我將知無不言?！?/p>

工業(yè)工程的中國契機

工業(yè)工程是張璽完成四年機械工程與自動化專業(yè)本科學(xué)習(xí)之后的選擇，其中既有興趣使然，又有機緣巧合。

剛上大學(xué)時的張璽對自己的專業(yè)并沒有很深刻的了解，對未來的規(guī)劃也并不清晰。直到大二，他修讀了第二專業(yè)——工商管理，一個完全不同的學(xué)科一下子令他腦洞大開，“我突然發(fā)現(xiàn)，原來很多問題都可以從另一個角度去思考?！睂芾韺W(xué)的興趣，讓一個融合了各種工程和管理內(nèi)容的學(xué)科受到了張璽的青睞，這就是工業(yè)工程學(xué)。

大學(xué)快畢業(yè)的時候，班里的大部分同學(xué)都忙著研究出國深造的事情，張璽也跟著“湊熱鬧”，沒想到，這一湊竟成就了張璽的未來。

“我當(dāng)時覺得我有工程的背景，又對管理學(xué)感興趣，于是出國讀研的時候我就申報了工業(yè)工程這個學(xué)科”，實際上，張璽在出國之初，對工業(yè)工程也沒有一個完全明晰的概念，“當(dāng)時我以為工業(yè)工程是偏向生產(chǎn)運營管理這個方向的”，入學(xué)后他才知道，導(dǎo)師負責(zé)的項目是做“復(fù)雜制造系統(tǒng)的監(jiān)控與診斷”這一方向的，并且專注于半導(dǎo)體制造，機緣巧合之下，張璽又做回了機械這個老本行。

在國外的第一年，張璽的心里還有過小動蕩，因為一切都與他預(yù)想的不同。

“我當(dāng)時參與了一個項目，做半導(dǎo)體晶片表面的拋光實驗”，這一實驗的目的是研發(fā)一套即時的診斷方法使其能夠自動判定當(dāng)前的半導(dǎo)體磨削工藝是否處于一個良好狀態(tài)。“這個項目需要做大量的實驗，這也是非常令人頭疼的一件事情。”

原來，一個磨削過程只需要三分鐘左右，也就是說，張璽要做重復(fù)實驗，就意味著他要每隔三分鐘就重復(fù)一次換片的工作，“作為一個博士，還要時時刻刻重復(fù)這樣一個簡單勞動，我當(dāng)時有點兒想不明白?！睆埈t笑了笑，說：“不過現(xiàn)在想想，當(dāng)時的自己還是太年輕。實際上要做基礎(chǔ)性的科研工作，如果沒有沒有大量實踐性工作經(jīng)驗的積累和對過程的深入了解，后續(xù)的一起工作都將是空中樓閣?！比缃瘢瑥埈t把當(dāng)年的“簡單重復(fù)”當(dāng)成一種歷練，甚至看做是工作經(jīng)驗上的一種補足?！叭绻麤]有深入到最基層的工作當(dāng)中，那么你的研究工作將失去所有的意義。”

對張璽來說，“下基層，到一線”是一筆寶貴的財富，并且已經(jīng)成為了他的工作習(xí)慣?；貒?，但凡張璽負責(zé)的項目，他都一定會親自去工廠做詳細的調(diào)研和學(xué)習(xí)。

“我記得當(dāng)年有個企業(yè)委托的研發(fā)項目，那個工廠的環(huán)境非常差，一進去到處是氨水的味道，非常刺鼻，不僅如此，地上還到處是堿水，不但特別滑而且很容易被燒傷?！奔幢闳绱?，張璽還是堅持在一線收集資料，他說：“這個工廠的工藝比較復(fù)雜，必須把所有的流程摸清楚項目才能順利進行。”于是，張璽一遍一遍的去工廠，請一線的技術(shù)工人一起喝茶吃糍粑從而打成一片，順利地請教他們平時是根據(jù)怎樣的經(jīng)驗去判斷當(dāng)前的生產(chǎn)過程，之后他把收集的內(nèi)容加以整理，作為項目研究的資料?！巴ㄟ^詢問，可以了解一些實際生產(chǎn)過程中存在的真實問題，如果你沒有下過基層，光靠資料是不可能知道所有信息的。這也是我們工業(yè)工程學(xué)科的一個特點，我們的實驗室不全都分布在高校里，工廠才是我們真正能開展工作的地方。”

也許是受專業(yè)的影響，張璽是個計劃性非常強的人，在國外的日子里他始終與國內(nèi)的同學(xué)保持著聯(lián)系，掌握國內(nèi)工業(yè)工程學(xué)科發(fā)展的情況?！皬墓芾韺W(xué)角度講，當(dāng)國家的各種硬件條件提高的時候，就需要用軟服務(wù)來系統(tǒng)化地提升國家的綜合實力”，張璽說，“相比于美國，雖然國內(nèi)的工業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展還處于一個相對初級的階段，但是我認為國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量需求點，比如國內(nèi)的醫(yī)療服務(wù)機制需要優(yōu)化和設(shè)計來滿足各種醫(yī)療資源的短缺及其均衡利用，國內(nèi)的機場調(diào)度管理需要航班運營管理來降低航班延遲率等等，這些都是工業(yè)工程學(xué)科需要解決的問題，這就是我們工業(yè)工程學(xué)者的發(fā)展空間和方向?！?/p>

2010年秋天，張璽作為北京大學(xué)工學(xué)院工業(yè)工程與管理系招聘的第一位研究人員回國發(fā)展。

用“工業(yè)工程”解決生活難題

總體來說，張璽回國后的研究工作主要基于傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)，應(yīng)用在對復(fù)雜系統(tǒng)的監(jiān)測、診斷、控制、優(yōu)化和設(shè)計?！昂唵蝸碚f，在生產(chǎn)過程當(dāng)中會產(chǎn)生各種各樣的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自不同的傳感器，目前的傳感器技術(shù)已經(jīng)能夠讓生產(chǎn)系統(tǒng)或其他復(fù)雜系統(tǒng)處在一個數(shù)據(jù)富集的環(huán)境中了，當(dāng)獲得這些傳感器的數(shù)據(jù)后，通過恰當(dāng)?shù)姆治隹梢缘玫接杏玫男畔?，再結(jié)合生產(chǎn)的特點就可以獲得相應(yīng)的知識，從而科學(xué)地幫助和指導(dǎo)管理層的人做一些決策，這些決策相對于以往憑經(jīng)驗做出的決策會更加可靠?！睆埈t這樣解釋自己的工作。

具體來講，“實時診斷”是張璽正在研究的一個項目。

“實時診斷”怎么會和“工業(yè)工程”扯上關(guān)系呢？實際上日常生活中許多問題都可以用工業(yè)工程的方法來解決。

比如航母上起起落落的殲擊機，是靠什么指揮？原來上百米的跑道、巨大的噪聲、語音通訊早就不靈光了，其實它靠的是顏色：操作員著藍色，飛機誘導(dǎo)員著黃色，裝備員著灰色……利用顏色進行管理，這就是工業(yè)工程的具體應(yīng)用。

張璽向記者介紹說：“有報道稱到2024年，中國將全面進入老齡化社會，到時有兩點問題是必須解決的，一是養(yǎng)老問題，二是實時診斷問題?！睆埈t要研究解決的就是第二個問題?！坝捎卺t(yī)療資源的匱乏，目前醫(yī)生少患者多的情況已成事實，患者就醫(yī)不及時自然爭端頻發(fā)。我們利用工業(yè)工程來解決及時醫(yī)療問題的直接思路是：提供一種自動的，無需醫(yī)生參與的，可以讓病人在家做些初步篩查的方法。”

“目前有一種無線的傳感貼片，把它們貼在相應(yīng)的部位，它們就可以作為傳感器采集人們的生理信號，通過與某些移動終端的通信，就可以把這些信號發(fā)送到出去。”根據(jù)這一思路，目前張璽和他的研究團隊通過對多通道的生理數(shù)據(jù)進行融合分析，實現(xiàn)了對患者健康狀況的評估和對相關(guān)病癥的自動篩查，目前研究的成果已經(jīng)可以對阻塞性睡眠呼吸暫停癥進行實時監(jiān)測，其他一些病癥諸如心梗、小兒癲癇還在驗證階段。他說：“有了這套系統(tǒng)，患者就可以通過佩戴無線傳感設(shè)備實現(xiàn)即時健康狀況監(jiān)控和某些疾病的初篩了，節(jié)省了直接去醫(yī)院的各種成本，也間接釋放了醫(yī)療資源?！?/p>

由此可見，工業(yè)工程不僅對工業(yè)制造業(yè)，對服務(wù)業(yè)、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)有作用，對現(xiàn)代社會人類生產(chǎn)生活各個方面都大有益處。因為工業(yè)工程的應(yīng)用可以靠人的智慧節(jié)約資源、提高效率、保障質(zhì)量，是工業(yè)化和經(jīng)濟發(fā)展的規(guī)律性手段和重要方法，作用之大令人驚訝。

糧食倉儲過程優(yōu)化的是張璽參與的一個關(guān)系國計民生的大型公益性項目。

糧食是一種特殊商品，是重要的戰(zhàn)略物資，歷來受到政府的高度重視。在日常的糧食行業(yè)中，糧食倉儲管理工作使其重要組成部分，也是新形勢下保障糧食安全的重要環(huán)節(jié)。

針對糧食倉儲企業(yè)的實際情況，把工業(yè)工程的相關(guān)理論與安全管理緊密結(jié)合在一起，利用有關(guān)工業(yè)工程管理的方法和思維進行工作優(yōu)化，有效控制并降低儲糧企業(yè)的浪費率。

“糧食是個生態(tài)系統(tǒng)，長期儲存在糧倉的糧食，由于濕度和溫度的變化，糧食會發(fā)生變質(zhì)，如何在上萬平米的糧倉中及時知曉那部分糧食是否變質(zhì)呢？我們這個領(lǐng)域的知識就可以發(fā)揮作用了?！睆埈t如是說。

傳統(tǒng)的做法是在糧食中放傳感器，通過回傳的數(shù)據(jù)來判定糧食的情況?！斑@種傳統(tǒng)的手段涉及到的第一個問題就是傳感器的價格和糧倉大小比例的關(guān)系。目前一個溫度和濕度集成的傳感器的價格大概在千元左右，對于監(jiān)控效果來說，當(dāng)然是傳感器越多越好，但是如果傳感器布局越密，糧食倉儲和糧倉維護的成本就會越高，合理的布局優(yōu)化才是解決問題的關(guān)鍵?！薄耙粋€糧倉要安置多少個傳感器才能以最低的成本發(fā)揮最大的作用呢？”這就是該項目要解決的問題。

“我們做的其中一項研究是基于倉內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)融合，并且能夠預(yù)測在未來一定時間內(nèi)糧倉內(nèi)部的糧食變質(zhì)的發(fā)展方向。如糧食內(nèi)部的某一處發(fā)生了霉變，我就可以根據(jù)它周邊傳感器回傳的數(shù)據(jù)判斷霉變將向哪個方向發(fā)展，這樣就可以進行處理或者提前有所準(zhǔn)備；另一方面，我們也可以動態(tài)優(yōu)化各種傳感器采集數(shù)據(jù)的策略，比如當(dāng)糧倉傳感器數(shù)據(jù)傳輸通道已經(jīng)飽和以后，設(shè)置什么時候采集哪些傳感器的數(shù)據(jù)就成為一個值得考慮的問題了，而這個問題恰恰就是工業(yè)工程學(xué)科能夠解決的?！?，張璽說：“中國的怪現(xiàn)象之一就是中國糧食年年豐收，可糧食進口卻逐年增加，其中一部分原因就在于在糧食儲存的過程中無端了增加了許多‘莫須有的成本，比如因監(jiān)測不到位引起的霉變，因監(jiān)測范圍的不精準(zhǔn)造成的人力物力的浪費等，如果通過我們工業(yè)工程的手段可以把這些額外的成本降下來一些，那對我們的國際和人民來說意義將是重大的?！?/p>

臨近采訪結(jié)束，張璽還不忘囑咐記者：“希望可以通過《科學(xué)中國人》讓更多的人了解工業(yè)工程這一學(xué)科，了解其更多的實際應(yīng)用?！彼f，“雖然工業(yè)工程是對人、物料、設(shè)備、能源、和信息等所組成的集成系統(tǒng)，進行設(shè)計、改善和實施的一門學(xué)科，但是我們卻可以實實在在的解決現(xiàn)實生活中很多棘手的問題?！?/p>

看到張璽的努力，記者相信，在未來，具有中國特色的工業(yè)工程體系必將為中國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出不可替代的貢獻。