工業工程未來之域
——記北京大學工學院工業工程及管理系副教授張璽

本刊記者　嚴永紅

工業工程未來之域
——記北京大學工學院工業工程及管理系副教授張璽

本刊記者嚴永紅

1973年中東戰爭，以色列空軍以220架飛機打敗了埃及的480架飛機。以色列飛機從執行完首次任務，在地面降落，裝彈、加油、調校，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，就在于作業流程安排和動作標準不一樣，這正是工業工程要解決的核心問題之一。

工業工程最早興起于美國的制造業，現在已擴展到各種產業和社會領域。它是“以系統效率和效益為目標，研究人、物料、設備、信息和能源等要素的集成規劃、設計、改善、控制和創新的工程技術”，用一句話概述，就是讓有人參與的投入產出系統更協調更高效。

為了更加深入地了解工業工程這一學科，記者特地走訪了北京大學工學院工業工程及管理系副教授張璽。多年來，張璽主要從事對復雜制造和服務系統的過程監測、診斷和優化控制，以及其工業中應用的研究工作。研究成果在制造系統、醫療服務系統等領域得到良好應用，并已在領域內的知名期刊發表了多篇學術論文。

聽說記者對工業工程學科感興趣，張璽非常熱情地接受了采訪。采訪中他一直說：“國內的同學和企業界人士對工業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工程，我將知無不言。”

工業工程的中國契機

工業工程是張璽完成四年機械工程與自動化專業本科學習之后的選擇，其中既有興趣使然，又有機緣巧合。

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

大學快畢業的時候，班里的大部分同學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。

“我當時覺得我有工程的背景，又對管理學感興趣，于是出國讀研的時候我就申報了工業工程這個學科”，實際上，張璽在出國之初，對工業工程也沒有一個完全明晰的概念，“當時我以為工業工程是偏向生產運營管理這個方向的”，入學后他才知道，導師負責的項目是做“復雜制造系統的監控與診斷”這一方向的，并且專注于半導體制造，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，因為一切都與他預想的不同。

“我當時參與了一個項目，做半導體晶片表面的拋光實驗”，這一實驗的目的是研發一套即時的診斷方法使其能夠自動判定當前的半導體磨削工藝是否處于一個良好狀態。“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，張璽要做重復實驗，就意味著他要每隔三分鐘就重復一次換片的工作，“作為一個博士，還要時時刻刻重復這樣一個簡單勞動，我當時有點兒想不明白。”張璽笑了笑，說：“不過現在想想，當時的自己還是太年輕。實際上要做基礎性的科研工作，如果沒有沒有大量實踐性工作經驗的積累和對過程的深入了解，后續的一起工作都將是空中樓閣。”如今，張璽把當年的“簡單重復”當成一種歷練，甚至看做是工作經驗上的一種補足。“如果沒有深入到最基層的工作當中，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，并且已經成為了他的工作習慣。回國后，但凡張璽負責的項目，他都一定會親自去工廠做詳細的調研和學習。

“我記得當年有個企業委托的研發項目，那個工廠的環境非常差，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。”即便如此，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怎樣的經驗去判斷當前的生產過程，之后他把收集的內容加以整理，作為項目研究的資料。“通過詢問，可以了解一些實際生產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。這也是我們工業工程學科的一個特點，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的同學保持著聯系，掌握國內工業工程學科發展的情況。“從管理學角度講，當國家的各種硬件條件提高的時候，就需要用軟服務來系統化地提升國家的綜合實力”，張璽說，“相比于美國，雖然國內的工業工程技術的發展還處于一個相對初級的階段，但是我認為國內已經出現了大量需求點，比如國內的醫療服務機制需要優化和設計來滿足各種醫療資源的短缺及其均衡利用，國內的機場調度管理需要航班運營管理來降低航班延遲率等等，這些都是工業工程學科需要解決的問題，這就是我們工業工程學者的發展空間和方向。”

2010年秋天，張璽作為北京大學工學院工業工程與管理系招聘的第一位研究人員回國發展。

用“工業工程”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據融合技術，應用在對復雜系統的監測、診斷、控制、優化和設計。“簡單來說，在生產過程當中會產生各種各樣的數據，這些數據來自不同的傳感器，目前的傳感器技術已經能夠讓生產系統或其他復雜系統處在一個數據富集的環境中了，當獲得這些傳感器的數據后，通過恰當的分析可以得到有用的信息，再結合生產的特點就可以獲得相應的知識，從而科學地幫助和指導管理層的人做一些決策，這些決策相對于以往憑經驗做出的決策會更加可靠。”張璽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“工業工程”扯上關系呢？實際上日常生活中許多問題都可以用工業工程的方法來解決。

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，飛機誘導員著黃色，裝備員著灰色……利用顏色進行管理，這就是工業工程的具體應用。

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，一是養老問題，二是實時診斷問題。”張璽要研究解決的就是第二個問題。“由于醫療資源的匱乏，目前醫生少患者多的情況已成事實，患者就醫不及時自然爭端頻發。我們利用工業工程來解決及時醫療問題的直接思路是：提供一種自動的，無需醫生參與的，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送到出去。”根據這一思路，目前張璽和他的研究團隊通過對多通道的生理數據進行融合分析，實現了對患者健康狀況的評估和對相關病癥的自動篩查，目前研究的成果已經可以對阻塞性睡眠呼吸暫停癥進行實時監測，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，患者就可以通過佩戴無線傳感設備實現即時健康狀況監控和某些疾病的初篩了，節省了直接去醫院的各種成本，也間接釋放了醫療資源。”

由此可見，工業工程不僅對工業制造業，對服務業、醫療等產業有作用，對現代社會人類生產生活各個方面都大有益處。因為工業工程的應用可以靠人的智慧節約資源、提高效率、保障質量，是工業化和經濟發展的規律性手段和重要方法，作用之大令人驚訝。

糧食倉儲過程優化的是張璽參與的一個關系國計民生的大型公益性項目。

糧食是一種特殊商品，是重要的戰略物資，歷來受到政府的高度重視。在日常的糧食行業中，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節。

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

“糧食是個生態系統，長期儲存在糧倉的糧食，由于濕度和溫度的變化，糧食會發生變質，如何在上萬平米的糧倉中及時知曉那部分糧食是否變質呢？我們這個領域的知識就可以發揮作用了。”張璽如是說。

傳統的做法是在糧食中放傳感器，通過回傳的數據來判定糧食的情況。“這種傳統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，對于監控效果來說，當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，合理的布局優化才是解決問題的關鍵。”“一個糧倉要安置多少個傳感器才能以最低的成本發揮最大的作用呢？”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傳感器的數據融合，并且能夠預測在未來一定時間內糧倉內部的糧食變質的發展方向。如糧食內部的某一處發生了霉變，我就可以根據它周邊傳感器回傳的數據判斷霉變將向哪個方向發展，這樣就可以進行處理或者提前有所準備；另一方面，我們也可以動態優化各種傳感器采集數據的策略，比如當糧倉傳感器數據傳輸通道已經飽和以后，設置什么時候采集哪些傳感器的數據就成為一個值得考慮的問題了，而這個問題恰恰就是工業工程學科能夠解決的。”，張璽說：“中國的怪現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，比如因監測不到位引起的霉變，因監測范圍的不精準造成的人力物力的浪費等，如果通過我們工業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。”

臨近采訪結束，張璽還不忘囑咐記者：“希望可以通過《科學中國人》讓更多的人了解工業工程這一學科，了解其更多的實際應用。”他說，“雖然工業工程是對人、物料、設備、能源、和信息等所組成的集成系統，進行設計、改善和實施的一門學科，但是我們卻可以實實在在的解決現實生活中很多棘手的問題。”

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