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TheUnit3

五门主要的工程学科和它们的发展

在美国，有五门主要的工程学科（土木、化工、电气、工业和机械），它们都是出现在第一次世界大战前期的工程分支学科。

这些发展属于出现在全球工业革命的一部分，还有技术革命的开始仍然在出现。

二战后的发展引导其他工程学科,如核能工程,电子工程,甚至计算机工程。

太空时代引导了航天员的工程。

最近的关心的与环境引导了环境工程和生物工程。

这些新生的工程通常被考虑进“五大“学科，土木、化工、电气、工业和机械工程中的一门或更多。

与美国的情况不同，工业工程在中国是属于管理科学与工程一级学科之下的二级学科。

IE学科的开始

工业工程科目的主题后来发展为机械工程领域中一门特殊的教程。

最先给工业工程开课程的是1908年在宾夕法尼亚大学和锡拉库扎大学。

（工业工程课程项目在锡拉库扎只是开课了很短时间，但是在1925年恢复该项目）1911年普渡大学在机械领域工业工程的方向正式建立。

工业工程的学术历史也许可以通过文献查阅。

直到第二次世界大战结束，见习工业工程的观点才作为机械工程领域的主导模式，并且通过上个世纪的时间工业工程学科在各个大学被建立起来。

在第二次世界大战之前是很少有毕业生水平的人在工业工程方面工作。

正如学科一旦建立起来，就会出现培养老师跟博士水平的项目。

现代工业工程的教育——子学科

今天，工业工程更多指的是不同的事物对不同的人。

实际上，了解工业工程的其中一个途径就是理解它的子学科和其它与其相关联的领域。

如果工业工程与子学科和相关领域间有清晰的界定，这将便于说明，不幸的是，事实并非如此。

最常涉及现代工业工程子学科和与之相关的的领域指的是，管理科学、统计学、人因工程、制造工程、系统工程、和计算机与信息工程。

这些学科都被认为他们所在的领域是区分开的，与工业工程不同。

现代工业工程师的教育涉及一些从所有提到的学科组合成的内容。

在任何特定的实例,这些组合内容源自于在工业工程学术部门和公司工作获得的个人经验。

在这一点上可不可能，工业工程是课程多样性的产品。

而深度在一个单一的学科是指电气,机械,土木工程学士学位的主要力量,广度的理解横跨一个广泛的相关领域，包括工程学院的内外,和工业工程学科的深度一样,是一个工业工程学士学位的主要力量。

下面介绍工业工程的分支及其相关学科的目的是提供它们各自的相关历史及做一个局部比较，以了解目前各学科的本质。

管理科学

在上面提到的所有学科中,最早出现在人类历史上的是管理科学，简称之为“管理”。

如果管理是指导人类有效工作的艺术和科学,当一个人试图命令其他人工作时，便出现了管理。

这和今天“如何做才是最好”的定义有很大的区别。

认识到需要计划、组织、领导、实施和控制人力可以追溯到至少就早期古埃及时代,这些活动的执行是至关重要的,例如,在合理的时间里构建一个金字塔。

可能除了一个介绍性的语句或段落关于20世纪的管理思想，大部分现代文本在管理上讨论并发展了泰勒的科学概念。

许多作者认为泰勒是“科学管理之父”,而其他的作者称呼他为工业工程之父。

“

有个小问题关于管理的细分通常地被提及，因为生产管理和工业工程有一个很大的共同点。

在金融学院，生产管理是一到两个课程的一个序列在本科水平中，试图让学生熟悉针对生产活动的具体分析、管理的概念和技术。

另一方面，工业工程师一个关注分析、设计和控制服务的工程学位课程。

生产系统是可以生产产品和服务的系统。

生产管理课程往往主要涉及教育管理学生如何管理（即人类直接影响）。

在生产环境中，较少注意到生产系统的分析和设计。

另一方面，工业工程的学生，首先被教会怎样去分析和设计系统，还有控制程序更好地运转这系统。

除了一两个关于基础管理直接与人联系的协议概念系统之外，工业工程师一般操作不会操作他们设计的系统。

训练一个轿车司机是类似管理的教育，轿车的设计类似于工业工程的教育。

轿车司机最想知道的是怎样开车而很少关心轿车的工作细节。

工业工程师设计轿车时只考虑开车者而不考虑每天在路上跑的轮子。

尽管工业工程师比较关心开车者，但是有时也会注意车的性能和辅助适当的调整。

工业工程师基于最初设计之后的关心是设计的改进或者程序的继续发展从而达到最佳性能。

工业工程管理学科包括：

管理科学、产品管理、逻辑管理/供应链管理、信息系统管理、人力资源管理、项目管理、质量管理。

运筹学

运筹学已经被运筹学学会联合王国定义为如下所示：

运筹学是用来处理产业、商业、政府和国防领域由人、机器、物料和资金组成的复杂的大系统的管理和指导的现代科学。

运筹学所采用的独特方法是建立科学的系统模型，再加上机会与风险等的因素评价，对所选择的决策、战略和控制的结果进行预测和比较。

运筹学的目的是帮助管理层决定其政策并科学地采取行动。

定义说运筹学是运用在那些系统需要管理的地方。

在定义里计算机科学技术室科学模型的关键。

这意味着除非科学模型是发达的，否则不能叫做运筹学。

接下来说计算机科学技术的目标是“预测和比较的结果改变决策、策略、或控制”。

这意味着任何预测和评估决策、政策的结果的科学模型都是运筹学。

最后，运筹学的最终目标是帮助企业管理并确定其政策和行为的科学。

对于我们来说，帮助企业管理运筹学是非常重要的。

没有运筹学工具做出决定。

它只是援助决策者的制定者。

让我们一起复习在第一单元工业工程的定义。

很明显，工业工程和运筹学有共性。

运筹学和工业工程事实上确定许多相同的目标和工作于许多相同的问题。

主要区别于是运筹学有更高层次的理论和数学方向，提供一个主要以工业工程为基础的科学部分。

运筹学有内涵的数学方向，但工业工程不限制自己任何特定的方法。

图1.2演示了两个学科之间复杂的数学关系。

许多工业工程师从事于有关运筹学的领域，像数学家、统计学家、物理学家、社会学家和其他。

观察许多在大学通过工业工程教员或数学、统计学员、或运筹学教员操作的眼界项目是重要的。

运筹学的本质是数学的参与。

研究新的数学技术可以称为运筹学而不是工业工程。

尽管常常是由工业工程师研究的。

让我们来一起探索运筹学的本质，目的是为了分类技术。

在遇到任何估算参数值的难题，如原材料或省时间的因素等，我们希望运用运筹学的方法模型化来解决。

那些参数不会随着时间的过去而恒定不变。

它们可能作为随机变量或者可能在可预测的范围内变化。

有一个方法是忘记它们是随机变量，并且运用一个不能察觉变量的数学模型。

这种方法叫作“确定性方法”，而且经常被使用到。

实际上，所有我们所能看到的模型都已经确定了的。

如果一个模型被认为是随机变量，这种方法称为“概率方法”。

系统的概念

我们重复在我们的讨论一个词“系统”。

系统是什么？

一个系统可以被定义为一系列由某种形式的相互作用相关的组件，和它一起行动来实现一些目标或目的。

在这个定义中，组件是独立的部分，或元素，共同构成一个系统。

关系组件之间的因果关系。

一个系统的目标或目的是期望的状态或结果，系统试图实现。

系统分为许多不同的方式。

我们讨论了几个分类，说明系统的异同

自然与人造系统--自然系统是那些作为自然世界发生进程的存在。

一条河是一个自然系统的例子。

人造系统是起源于人类自己的活动。

在河上建造一座桥是一个人造系统的例子。

静态与动态系统--一个静态系统是一个有结构但没有相关的活动的系统。

一座桥横跨一条河是一个静态的系统。

一个动态系统是一个涉及时间变化的行为。

中国经济是一个动态系统。

物理与抽象系统--一个物理系统是涉及自身成份的系统。

工厂是一个物理系统的例子，因为它涉及到机械、建筑、人、等等。

抽象系统是那些系统成份的代表标志。

一个建筑师的工厂图纸里的线条、阴影和尺寸是一个抽象系统。

开放与封闭的系统—一个开放的系统允许物质、信息和能量通过边界与它所处的环境进行交换，一个封闭的系统运作很少与它的环境进行交换。

工业工程师在两个层次上设计系统。

第一个层次是叫人类活动系统，是关注人类活动发生的物理场所，第二个层次是叫管理控制系统，是关注流程规划、测量和控制组织内的所有活动。

控制论

1948年出版了两个非常重要的作品,一个是诺伯特·维纳在动物和机器上的控制论、控制和通信，另一个是克劳德·香农的通信数学理论。

维纳的这个控制论衍生词来自希腊词义的舵手，他反映的是负反馈在生物和物理领域的普遍存在。

负反馈的最常用的例子是恒温器。

当温度下降足够低于期望值时，温控器启动运转的加热部分，增加热量，直到达到一个温度大于所需温度。

然后停止加热令其冷却防止过热。

负反馈意味着采取行动反对或阻止一个不可接受的差异。

图1.3是一个管理系统中的负反馈的概念模型。

一个外表状态与目标相比，如果有一个充足的差异（即，错误）的存在，管理操作将会被使用以减少差异。

这个操作必须能改变当前状态，这样下个当前状态和目标状态的比较才会使控制动作停止。

假设一个制造商希望有100台的存货。

在回顾自己的库存情况，他指出，他只有80。

如果20是充足的差异，他可能会使用管理操作来安排更多的资源来试图提高他的库存水平以至于接近目标水平。

这个订单，在延迟购买之后，应该会使表面状态更接近目标，同时解除额外纠正动作的需要。

这个概念是与管理控制的例外原则是一致，认为管理层应该注意异常值是已知存在的这个情况。

使将造成的异常值返回到正常的或稳态水平这是管理层的工作。

就是这个普遍的概念和其他系统的特点，使得维纳的文本变得重要。

动态平衡是在生物体中的调节过程中连接生物科学的常用词。

类似的规则可以从在不同的系统作为灌溉和当前的电网络流量的水流中识别出来。

 一般系统理论

维纳的工作是现在通常被称为一般系统理论的起点。

斯拉格于1956年回顾一项全国性的基础是那个报道，首个使用的系统工程条例是在1940年代早期的贝尔电话实验室。

考虑到贝尔系统面临的时间扩大其系统的问题，条款可能在那里被接受是可以理解的。

美国无线电公司在这么多年之前就意识到系统工程的观点，在电视广播系统的发展需求。

在1946年新建立的兰德公司开发了一种标记系统分析的方法论。

奎德和鲍彻在系统分析与政策规划中把系统分析定义为“运用系统化方法帮助决策者在复杂问题中选择行动方案，明确目的并找出各种备选方案，并根据各自实施方案结果进行比较，在合适的框架范围内采用专家判断并客观的评价问题。

”

系统工程

近些年，运筹学和系统工程的一些区别开始出现。

尽管运筹学先驱们认为这是解析处理的开端。

解析处理运用数学方法，解决大型问题。

查阅运筹学文献后发现对绝大多数问题，若要得到正确的解析解，描述的数量和复杂度必须是有限的。

一些运筹学问题须建立大量的方程，比如一些线性规划问题。

但任一个方程的过于复杂的表述，可能，事实上经常会使得方程组无解。

对于很多以前解决不了的问题，现在可以运用运筹学技术而得到解决。

系统工程的每个方面似乎发展成更少去依赖数学表示式。

在系统工程中数学仿真是一个应用频繁的技术，特别是在系统不能严谨的代表和复习解决问题。

因为没有适当的分析技术或者数据不是特定的运筹学技术的形式。

系统在有效处理任何重大问题上需要获得大量的观点证明。

在试图解决一个大问题而没有顾及到整个系统的大局。

在系统处理问题上面你可能觉得乱七八糟的，这通常叫做：

你赢的了这次战役，却输了整个战争。

管理统计学

管理统计学起源于统计学,它在工业工程中用来统计数据。

统计学已经并将继续与工业工程有所差别。

然而,工业工程的方法已经发生了巨大变化,我们周围的世界被视为随机性的而不是确定性。

确定性是指若将所有行动放在在一个特定的研究情境下,结果被认为是一定的。

随机性意味着至少有一个方面与研究状况关联，有发生的概率,必须考虑。

在一个确定的问题你可以假设,例如一辆二手车的成本是20000美元。

所有关于购买汽车也能计算假设固定的20.000美元成本。

在一个类似的概率问题,也许你认为有80%的几率以20000美元收购汽车,和有20%的几率可以以15000美元收购汽车。

概率性的世界观已经充满了工业工程实践和教育,一个开始的课程概率和统计已经成为一个典型的学位项目的最重要