工业工程（Industrial Engineering，IE）起源于20世纪初的美国。IE是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和设置的一门学科——这是迄今最具权威性的定义之一。它综合运用数学、物理学和社会科学方面的专业知识和技术，以及工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价。IE 的功能体现在如下四个方面：规划、设计、评价和创新。IE的目标是有效利用各生产要素，降低成本，保证质量和安全，提高生产效率，获取最大效益。

工业工程（IE）有传统与现代之分。传统 IE 包括工厂规划与布置、物料运输路线选取、人机关系及动作研究等。现代 IE 在此基础之上引入了信息化和数字化的先进技术，利用网络平台和数字化技术收集和处理大量分散的数据信息，利用运筹学和控制理论制定和实施标准化的管理手段，利用工效学理论和智能化技术减轻劳动强度、改善劳动环境、提高产品质量和生产效率，实现了船厂利益最大化。

船舶行业属于大型劳动密集型制造业，曾经被视为夕阳产业。而如今，船舶行业正经历绿色化与数智化的洗礼与蜕变。数智化是数字化与智能化的简称，二者关系密不可分。船厂在生产经营过程中集合了大量的生产要素，涉及到生产技术与管理的协调与优化。数字化就是在信息化的基础上，将企业经营状况用数字的形式表达出来。船厂经营过程中会产生大量的数字信息，如何将其快速、准确地汇总、分析并做出最优决策，同时减少人力投入，这就是所谓智能化的目标。所以说，信息化是基础，数字化是提升，智能化是最终目标。结合数智化船厂的特点与 IE的功能与目标，IE的知识与技术在该领域大有作为。本文将从规划、设计、评价和创新四个方面阐述 IE在数智化船厂发展进程中的运用现状。

1 IE 规划

IE 规划是确定一个组织在未来一定时期内从事生产所应采取的特定行动的预备活动，包括总体目标、方针政策、战略和战术的制定，也包括分期实施计划的制定，侧重于技术发展规划。

对于新建数智化船厂来说，首先要考虑产业政策、技术政策和业务发展等因素，同时还要考虑船厂自身产品定位、市场定位、未来产能和规模升级等因素。目前，国内船厂进行数智化建设，大多基于现有的老旧船厂进行升级改造。相关政策支持国内各大船企要稳步推进智能生产设备、智能生产线、智能车间、智能工厂的升级换代和建设。总体原则是，既不能盲目投资造成产能过剩，又应结合各大船厂自身特点提质增效，提升行业竞争力。所以，IE 规划理论对高层管理者在解读政策和制定合理的数智化船厂建设计划方面显得格外重要。

国内，南通中远海运川崎是智能化船厂的先行者和典范。南通中远海运川崎自 1995 年筹建以来，一直在推进精益管理，通过合理的工艺布局和产能设施配套，形成了研发和承建“高科技含量、高附加值和节能环保船舶”的产品定位。为积极响应国家政策和行业政策，先后基于先进的自动化和智能化设备，利用信息化和数字化技术形成了数个智能化生产线和船舶制造智能车间，并将在未来逐步实现智能化船厂的建设目标。精益生产和精益管理是在 IE 基础之上形成并发展起来的，可以简单理解为精简掉一切不必要的，保留所有有益于生产和管理的。

2 IE 设计

IE 设计是为了实现某一既定目标而创建具体实施系统的前期工作，包括准则、规范、标准的拟定和最优方案的选择，侧重于系统和概念设计。IE 设计涵盖了从工厂选址和布置、工程项目总体设计、生产流程设计到某一具体系统或设施的设计。针对不同的研究对象，制定不同的设计方案和标准。

以生产流程设计为例。首先，要进行方法研究，包括程序分析、操作分析和动作分析。然后，要设定标准工作法，即根据这些分析结果，选取最优化的生产流程。其中：

1）程序分析需要对整个生产流程进行分析，绘制工艺程序图；对产品或材料的流程进行分析，绘制流程程序图；对布置与物流线路进行分析，绘制线路图。程序分析的目的是要取消不必要和重复的程序，调整程序实现更高的效率。

2）操作分析是以人为主体的工序，需要对人机操作和联合作业进行分析。操作分析的目的是减轻劳动时间和强度，保证产品质量。

3）动作分析的对象是人在操作过程中的各种身体动作。动作分析的目的是要对动作要素和经济性进行分析，避免多余动作，简化操作流程。

在数智化船厂中，智能化生产线就是 IE 设计的最好诠释之一。上海外高桥造船厂的智能薄板生产车间配置多条先进生产线，配备大量自动化装备，并首次将机器人焊接技术应用到中组立的生产过程中，使生产流程更加连续，大幅提高生产效率和产品质量。智能薄板生产车间通过零部件物流系统对各个零部件及其所在的托盘进行实时跟踪，明确其所在阶段状态和摆放位置。利用该智能系统可以提高生产物流效率和降低零部件丢失风险。

船厂中最常见的中间产品是分段。大型船厂的制造设备能力强，分段数量少；而中小型船厂的制造设备能力弱，分段数量相对较多。尤其当新造船数量较多的时候，中小型船厂会受到分段场地大小的限制，导致因为分段运输与放置的不合理而造成时间和成本浪费。根据 IE 设计的要求，分段物流线路图设计应该将分段布置在上下两道工序之间或者邻近下一道工序为最佳。同时要清晰标识和记录分段的编号与位置等信息，方便实时跟踪和管理。分段物流系统也可以参照上述的零部件物流系统进行优化设计。

3  IE 评价

IE 评价是对各种规划、方案和业绩做出是否满足要求和目的的评审与鉴定活动，包括评价指标、规程的制定和实施，是管理决策的科学依据。在工业企业中，尤其是劳动密集型的船厂，人工成本是一项非常重要的生产成本。如何有效降低人工成本，提高生产效率和实现利润最大化是企业不断追逐的最终目标。IE 提供的方法是通过作业测定消除无效时间，制定标准工时和标准方法。通过技能培训和评比竞赛等手段，鼓励、提高员工工作效率并逐步达到标准化的目的。

目前，国内一些大型船厂已经普遍引入国外的标准工时管理和定额管理等标准和评价指标进行成本管控，并且根据船厂自身特点进行改进。例如，大连中远海运重工的通知单管理软件，其中一个模块是工时计划考核管理。其功能是在月初制定员工的月计划工时，由员工自行填报每日实际工时和工作内容，在月末由管理者提取汇总并分析月工时完成率等信息。该软件利用数字化方式收集和汇总生产数据与信息，为管理者制定合理的政策提供了准确和可靠的依据，大大提高了生产效率。同时，为了更好地测定、制定和推行标准化，船厂会不定期举办生产技术人员业务培训和技能竞赛等活动。例如，中远海运重工系统内各大船厂举办的劳动技能竞赛和生产设计 AM（AVEVA Marine）建模大赛等。

IE 评价的另外一个重要内容是现场管理优化。即对生产现场进行综合治理，运用科学的管理思想、方法和手段，对现场的各种生产要素进行合理的配置和优化组合，通过计划、控制、协调和激励等管理职能，保证现场按照预定的目标实现优质、高效、低耗、均衡、安全和文明的生产。

现场管理优化的任务包括：1）消除生产现场的浪费；2）科学管理并保证生产现场处于正常、有序和可控的状态；3）治理现场以实现文明生产、安全生产。比较典型的应用包括：船厂生产现场的定置管理、看板管理和“6S”管理（即整理、整顿、清扫、清洁、素养和安全）。目前，国内一些大中型船厂已经将现场管理优化通过数字化手段进行集成，在很大程度上提高了管理的效率和有效性。例如，上海外高桥造船厂的SEM 造船企业生产管理系统，集成了设计管理、物资物流管理、生产管理、现场管理、制造执行管理、质量管理和财务结算管理等功能。该厂通过信息的高度集成化，实现了系统整合与统筹管理，使生产效率和精细化管理水平得到显著提高。

4 IE 创新

IE 创新是对现有技术和管理的改进、维护和发展，即通过创新实现延长产品寿命周期和激发更强活力的目的。

目前船舶行业大力支持创新、创造和新技术的研发。其中一个创新方向是：将基本设计、详细设计（送审和退审）和生产设计流程整合成一体。例如，中船黄埔文冲船厂与那葩软件公司（NAPA）、挪威船级社（DNV）合作并完成 3D 送审软件的开发和全流程测试。再如，上海船舶研究设计院（SDARI）和 NAPA 公司、法国船级社（BV）联合开发并完成基于 3D 模型送审（3DMBA）的可行性验证工作。以上是通过 IE 创新实现详细设计送审流程和退审流程一体化的典型案例，有效地缩短了设计送审周期并大幅提高送审效率。大连中远海运重工公司目前正大力推进依托 AM（AVEVA Marine）软件的一体化建模工作。通过研究测试，初步实现了将 AM 建模工作前置，实现一模多用和降本增效的目的。另外，沪东中华造船公司的“船舶产品三维设计软件（SPD）”是一个具有自主知识产权并且产品化的三维设计平台，打破了国外船舶三维设计软件的垄断，填补了国内空白。基于上述发展现状，不妨大胆设想一下：未来国内船舶行业将集百家之长，在具有自主知识产权的设计平台上统筹建立起一套完善的一体化建模、设计、生产和管理系统。

另外一个创新方向是将 VR 虚拟技术应用到船舶与海洋工程领域。现在的 VR 虚拟技术相对比较完备，船厂设计和生产一线也在推行无纸化和数字化建设。VR 虚拟技术应用的关键在于如何将其与三维设计软件、现场生产活动和实际产品进行高精度加实时的整合。当 VR 虚拟技术得以广泛应用以后，设计者与管理者就可以非常方便快捷地在设计、生产与管理环节之间进行切换，极大提高工作效率和准确性。

5 结束语

综上所述，工业工程（IE）知识与技术已经广泛运用于船厂数智化建设中，而且在船厂数智化进程中起到了重要作用，并且在未来有着非常广阔的应用前景。

原文刊载于《船舶标准化与质量》2024年第6期 作者：大连中远海运重工有限公司 程玉鑫