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工業工程（Industrial Engineering）、運籌學（Operations Research）和系統工程（Systems Engineering）是研究如何分析複雜系統並建立抽象模型從而改進系統的學科。與傳統工程學及數理學科不同，這一領域的重點在於研究決策者（人）在複雜系統中的作用。傳統上，工業工程師的工作集中在設計、執行、評估和改進集合人力、資金、信息、知識、廠房、設備、能源、物料和流程的製造業生產系統。近年來更多的工業工程師投身到諸如物流、信息、金融、醫療、藥劑、護理、服務、研發、國防等等眾多產業當中從事系統分析與改進工作。簡短的說，工業工程師能在任何領域當中發揮作用。工業工程師在獲得工業工程學位之前也往往擁有數學、自然科學、社會科學、統計、計算機或其他工程學位。工業工程師從系統科學的角度出發，理性化地處理系統中的不確定因素及複雜交互作用，從而解決產業系統中的重大管理問題和優化系統。計算機應用的深入幫助工業工程師能夠應對更為複雜的問題。這些對企業的盈利能力和長遠發展有著深遠意義。
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美國工業工程師學(AIIE)在1955年對工業工程做出定義：工業工程是綜合應用數學、應用物理和社會科學的專門知識、技能以及工程分析和設計的原則和方法，對人員、物料、信息、設備和能源組合而成的綜合系統進行設計、改進和實施，並且對系統的成果進行鑑定、預測和評估。[1]
在精益製造系統中，工業工程師致力於消滅在生產過程中對時間、經費、材料、能源以及其他資源的浪費。他們使過程更加有效率，產品質量穩定並且更容易製造，產量得到提高。
同大多數工程學科非常專業化的應用領域不同，工業工程在幾乎每一種產業中都有廣泛應用。例如如何縮短在主題公園前排起的長隊，優化操作方法，全球貨物派送（供應鏈管理），製造更加價格低廉並且可靠的車輛等。
工業工程這一名稱很容易招致誤解，起初，工業工程名為科學管理，而在現在，大韓民國（韓國、南韓、南朝鮮）等國家工業工程被稱作產業工程，這更符合它現在的應用範圍。它最初被應用於製造業，然而現在，它已經在其他相關的服務和產業得到廣泛的應用。工業工程的也往往被稱作運作管理、系統工程和工程管理等等。
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一個工業工程師的專業包括以下元素的部分或者全部。僅僅接受過有限教育或者實踐經驗有限的應用者可能只熟悉以下的少數類型。
- 關於需求
- 對和產品質量或者設計產品的困難度有關的問題進行調查。
- 調查有關產品生產過程或其機械性能表現的問題。
- 在適當的時機應用優化過的設計。
- 對產品而言（短期）(short term)
- 對完整產品設計的分析，從而決定整個生產過程如何劃分成不同的步驟或者說工序，以及在過程中特定的階段如何生產零部件。這需要對經銷商和企業所能夠提供的工具有著充分的了解。
- 規範在製造或者組裝產品的每一個步驟中都將得到應用。這包括那些應該被設計和製造出來的機器，工具，夾具和固定設備以及安全保障措施。任何與質量有關的手續和限制，例如ISO9000標準系列，都應該得到重視。這將要求工業工程師對健康安全以及質量政策有了解。同時也有可能牽涉到對數控機械的程序編制。
- 對時間的測量或者計算要求工業工程師採用特定的方法，考慮到操作員的熟練程度。這被用來計算操作的成本，從而使得對組裝或製造流水線的平衡或者對生產能力的判定成為可能。這被稱作行為研究。所記錄下的時間數據在價值分析中仍然適用。
- 庫存的規範，處理和運輸的標準，以及組裝和完成產品使用的設備，或者在整個過程中的任何中介過程。通過對這些問題的研究，可以消滅意外損壞的可能性，最小化所需要的資源。
- 對過程而言（中期）(normal term)
- 決定整個過程的維護計劃。
- 評估在整個過程中產品的範圍，調查通過對現存的工具的改進或者購置更有效率的設備所能帶來的效率提高。這可能包含外部採購等方面。這需要對設計技巧和投資分析的專業知識。
- 審查單獨的產品在整個生產過程中的流動，從而尋找出可以通過產品重設計而帶來的改進，從而減少或者消滅由於生產過程帶來的成本，或對使用的工具，方法，配件進行標準化。
- 大局（長期）(long term)
- 分析產品在工廠中的流動以提高總體效率，分析是否最重要的產品在過程或者機器方面得到了最高的優先權。這意味著將最賺錢的產品的輸出最大化。這需要對統計分析，排隊論等領域的專業知識，以及工廠布局設計能力。
- 訓練新的工人，教導他們使用機器或者在流水線上從事工作
- 安排規劃，對於新產品或者工序及時引進，及時作出必要的改變
- 總的來說，對整個公司元素的結構和安排，例如銷售，採購，計劃，設計和財務的全面理解，包括良好的溝通技巧。當今的實踐中同樣需要積極參與以及團隊協作精神。
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運籌學（包括：優化學與數學規劃，動態規劃，優化算法，系統仿真，隨機過程，馬爾可夫鏈和馬爾可夫決策過程，排隊論，存儲論，決策分析，博弈論 等），管理科學，決策科學，人工智慧，概率和統計方法，預測學，系統集成，系統工程，大系統控制理論，工業戰略管理，生產系統，運作管理，價值鏈管理，供應鏈管理，物流工程與管理，交通運輸系統，服務管理，技術管理，產品開發管理，品質工程和管理，可靠性工程，六標準差改善方法論，精益製造，再造工程與流程改進，電子商務，信息系統工程與管理，知識管理，數據挖掘，工程經濟學，組織系統工程，蒙地卡羅模擬法，製造系統MES，廠房設計，倉儲管理，工作空間設計與設備管理，人因工程學 ，失效模式分析(FMEA)，實驗設計(DOE)，作業管理(OM)，資料探勘，高等統計作業法，同步工程，類神經預測法，運輸規劃，數位人體模型，生物力學，製程能力分析，統計推論與應用，CAD/CAM，文件／知識管理，應用機率，系統化創新工程，資料挖礦，計算金融學、微電腦應用，演算法與應用等等。
工業工程學士學位通常要求學生在修完基礎學科（人文藝術、自然科學及社會科學），數學（微積分、工程數學、概率、統計、微分方程、積分方程與數值分析等），和基礎工程學科（力學、熱學、電學、磁學、化學等）後研修以下課程：
價值工程是基於如下命題：在任何複雜的產品中，80%的顧客只需要20%的功能，通過集中於產品研發，人們可以為市場主體製造更加優良的產品，同時使用較少的成本。當顧客需要更多功能的時候，這些功能作為可選配件提供。這個措施在工程作為主要成本的複雜的機電產品，例如電腦印表機中非常有用！
為了減少一個計劃的工程和設計成本，經常把總體分解成各種可以一次設計和製造完成並且對很多相似產品都可以適用的零部件。例如，一個典型的磁帶播放機有一個使用精密注射鑄造製造而成的磁帶卡座，這是由小工廠製造生產並檢驗，並且提供給比其大得多的公司作為零部件的。這個卡座的工具設計成本被大量不同型號的產品平均，其他的產品只需要設計出合適的安裝位置就可以了。
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