本刊記者　嚴(yán)永紅

工業(yè)工程未來之域
——記北京大學(xué)工學(xué)院工業(yè)工程及管理系副教授張璽

本刊記者嚴(yán)永紅

1973年中東戰(zhàn)爭(zhēng)，以色列空軍以220架飛機(jī)打敗了埃及的480架飛機(jī)。以色列飛機(jī)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(gè)小時(shí)。埃以之間的差距，就在于作業(yè)流程安排和動(dòng)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(guó)的制造業(yè)，現(xiàn)在已擴(kuò)展到各種產(chǎn)業(yè)和社會(huì)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(jì)、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(duì)復(fù)雜制造和服務(wù)系統(tǒng)的過程監(jiān)測(cè)、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(duì)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(guó)內(nèi)的同學(xué)和企業(yè)界人士對(duì)工業(yè)工程的了解的確太少了，如果通過這篇報(bào)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(guó)契機(jī)

工業(yè)工程是張璽完成四年機(jī)械工程與自動(dòng)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(jī)緣巧合。

剛上大學(xué)時(shí)的張璽對(duì)自己的專業(yè)并沒有很深刻的了解，對(duì)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(gè)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(gè)角度去思考?！睂?duì)管理學(xué)的興趣，讓一個(gè)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(shí)候，班里的大部分同學(xué)都忙著研究出國(guó)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(shí)覺得我有工程的背景，又對(duì)管理學(xué)感興趣，于是出國(guó)讀研的時(shí)候我就申報(bào)了工業(yè)工程這個(gè)學(xué)科”，實(shí)際上，張璽在出國(guó)之初，對(duì)工業(yè)工程也沒有一個(gè)完全明晰的概念，“當(dāng)時(shí)我以為工業(yè)工程是偏向生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理這個(gè)方向的”，入學(xué)后他才知道，導(dǎo)師負(fù)責(zé)的項(xiàng)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(jī)緣巧合之下，張璽又做回了機(jī)械這個(gè)老本行。

在國(guó)外的第一年，張璽的心里還有過小動(dòng)蕩，因?yàn)橐磺卸寂c他預(yù)想的不同。

“我當(dāng)時(shí)參與了一個(gè)項(xiàng)目，做半導(dǎo)體晶片表面的拋光實(shí)驗(yàn)”，這一實(shí)驗(yàn)的目的是研發(fā)一套即時(shí)的診斷方法使其能夠自動(dòng)判定當(dāng)前的半導(dǎo)體磨削工藝是否處于一個(gè)良好狀態(tài)?！斑@個(gè)項(xiàng)目需要做大量的實(shí)驗(yàn)，這也是非常令人頭疼的一件事情?！?/p>

原來，一個(gè)磨削過程只需要三分鐘左右，也就是說，張璽要做重復(fù)實(shí)驗(yàn)，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(gè)博士，還要時(shí)時(shí)刻刻重復(fù)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單勞動(dòng)，我當(dāng)時(shí)有點(diǎn)兒想不明白?！睆埈t笑了笑，說：“不過現(xiàn)在想想，當(dāng)時(shí)的自己還是太年輕。實(shí)際上要做基礎(chǔ)性的科研工作，如果沒有沒有大量實(shí)踐性工作經(jīng)驗(yàn)的積累和對(duì)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(jiǎn)單重復(fù)”當(dāng)成一種歷練，甚至看做是工作經(jīng)驗(yàn)上的一種補(bǔ)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(duì)張璽來說，“下基層，到一線”是一筆寶貴的財(cái)富，并且已經(jīng)成為了他的工作習(xí)慣。回國(guó)后，但凡張璽負(fù)責(zé)的項(xiàng)目，他都一定會(huì)親自去工廠做詳細(xì)的調(diào)研和學(xué)習(xí)。

“我記得當(dāng)年有個(gè)企業(yè)委托的研發(fā)項(xiàng)目，那個(gè)工廠的環(huán)境非常差，一進(jìn)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(jiān)持在一線收集資料，他說：“這個(gè)工廠的工藝比較復(fù)雜，必須把所有的流程摸清楚項(xiàng)目才能順利進(jìn)行。”于是，張璽一遍一遍的去工廠，請(qǐng)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(qǐng)教他們平時(shí)是根據(jù)怎樣的經(jīng)驗(yàn)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(xiàng)目研究的資料?！巴ㄟ^詢問，可以了解一些實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的真實(shí)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(gè)特點(diǎn)，我們的實(shí)驗(yàn)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?！?/p>

也許是受專業(yè)的影響，張璽是個(gè)計(jì)劃性非常強(qiáng)的人，在國(guó)外的日子里他始終與國(guó)內(nèi)的同學(xué)保持著聯(lián)系，掌握國(guó)內(nèi)工業(yè)工程學(xué)科發(fā)展的情況。“從管理學(xué)角度講，當(dāng)國(guó)家的各種硬件條件提高的時(shí)候，就需要用軟服務(wù)來系統(tǒng)化地提升國(guó)家的綜合實(shí)力”，張璽說，“相比于美國(guó)，雖然國(guó)內(nèi)的工業(yè)工程技術(shù)的發(fā)展還處于一個(gè)相對(duì)初級(jí)的階段，但是我認(rèn)為國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量需求點(diǎn)，比如國(guó)內(nèi)的醫(yī)療服務(wù)機(jī)制需要優(yōu)化和設(shè)計(jì)來滿足各種醫(yī)療資源的短缺及其均衡利用，國(guó)內(nèi)的機(jī)場(chǎng)調(diào)度管理需要航班運(yùn)營(yíng)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(guó)發(fā)展。

用“工業(yè)工程”解決生活難題

總體來說，張璽回國(guó)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(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、診斷、控制、優(yōu)化和設(shè)計(jì)。“簡(jiǎn)單來說，在生產(chǎn)過程當(dāng)中會(huì)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(gè)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(diǎn)就可以獲得相應(yīng)的知識(shí)，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(duì)于以往憑經(jīng)驗(yàn)做出的決策會(huì)更加可靠?！睆埈t這樣解釋自己的工作。

具體來講，“實(shí)時(shí)診斷”是張璽正在研究的一個(gè)項(xiàng)目。

“實(shí)時(shí)診斷”怎么會(huì)和“工業(yè)工程”扯上關(guān)系呢？實(shí)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(jī)，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(shí)它靠的是顏色：操作員著藍(lán)色，飛機(jī)誘導(dǎo)員著黃色，裝備員著灰色……利用顏色進(jìn)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(bào)道稱到2024年，中國(guó)將全面進(jìn)入老齡化社會(huì)，到時(shí)有兩點(diǎn)問題是必須解決的，一是養(yǎng)老問題，二是實(shí)時(shí)診斷問題?！睆埈t要研究解決的就是第二個(gè)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(shí)，患者就醫(yī)不及時(shí)自然爭(zhēng)端頻發(fā)。我們利用工業(yè)工程來解決及時(shí)醫(yī)療問題的直接思路是：提供一種自動(dòng)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?！?/p>

“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(hào)，通過與某些移動(dòng)終端的通信，就可以把這些信號(hào)發(fā)送到出去。”根據(jù)這一思路，目前張璽和他的研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)多通道的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者健康狀況的評(píng)估和對(duì)相關(guān)病癥的自動(dòng)篩查，目前研究的成果已經(jīng)可以對(duì)阻塞性睡眠呼吸暫停癥進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其他一些病癥諸如心梗、小兒癲癇還在驗(yàn)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(shí)現(xiàn)即時(shí)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(duì)工業(yè)制造業(yè)，對(duì)服務(wù)業(yè)、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)有作用，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)人類生產(chǎn)生活各個(gè)方面都大有益處。因?yàn)楣I(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(jì)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(cāng)儲(chǔ)過程優(yōu)化的是張璽參與的一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的大型公益性項(xiàng)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(cāng)儲(chǔ)管理工作使其重要組成部分，也是新形勢(shì)下保障糧食安全的重要環(huán)節(jié)。

針對(duì)糧食倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的實(shí)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(jìn)行工作優(yōu)化，有效控制并降低儲(chǔ)糧企業(yè)的浪費(fèi)率。

“糧食是個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，長(zhǎng)期儲(chǔ)存在糧倉(cāng)的糧食，由于濕度和溫度的變化，糧食會(huì)發(fā)生變質(zhì)，如何在上萬平米的糧倉(cāng)中及時(shí)知曉那部分糧食是否變質(zhì)呢？我們這個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)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。“這種傳統(tǒng)的手段涉及到的第一個(gè)問題就是傳感器的價(jià)格和糧倉(cāng)大小比例的關(guān)系。目前一個(gè)溫度和濕度集成的傳感器的價(jià)格大概在千元左右，對(duì)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(cāng)儲(chǔ)和糧倉(cāng)維護(hù)的成本就會(huì)越高，合理的布局優(yōu)化才是解決問題的關(guān)鍵?！薄耙粋€(gè)糧倉(cāng)要安置多少個(gè)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(xiàng)目要解決的問題。

“我們做的其中一項(xiàng)研究是基于倉(cāng)內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)融合，并且能夠預(yù)測(cè)在未來一定時(shí)間內(nèi)糧倉(cāng)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(gè)方向發(fā)展，這樣就可以進(jìn)行處理或者提前有所準(zhǔn)備；另一方面，我們也可以動(dòng)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(cāng)傳感器數(shù)據(jù)傳輸通道已經(jīng)飽和以后，設(shè)置什么時(shí)候采集哪些傳感器的數(shù)據(jù)就成為一個(gè)值得考慮的問題了，而這個(gè)問題恰恰就是工業(yè)工程學(xué)科能夠解決的。”，張璽說：“中國(guó)的怪現(xiàn)象之一就是中國(guó)糧食年年豐收，可糧食進(jìn)口卻逐年增加，其中一部分原因就在于在糧食儲(chǔ)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(cè)不到位引起的霉變，因監(jiān)測(cè)范圍的不精準(zhǔn)造成的人力物力的浪費(fèi)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(duì)我們的國(guó)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(guó)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(shí)際應(yīng)用?！彼f，“雖然工業(yè)工程是對(duì)人、物料、設(shè)備、能源、和信息等所組成的集成系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)、改善和實(shí)施的一門學(xué)科，但是我們卻可以實(shí)實(shí)在在的解決現(xiàn)實(shí)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(guó)特色的工業(yè)工程體系必將為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出不可替代的貢獻(xiàn)。