王文軻 張偉 張燕 魏芳 卓澤悅 熊梓言 徐夢穎

（四川師范大學(xué) 商學(xué)院，四川 成都 610101）

摘 要：隨著制造強國戰(zhàn)略“中國制造2025”的提出，國內(nèi)制造企業(yè)飛速發(fā)展，對于工業(yè)工程專業(yè)人才的實踐與創(chuàng)新能力有了更高的要求。文章以培養(yǎng)、提高學(xué)生的綜合實踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，為使專業(yè)理論知識與基礎(chǔ)實踐相結(jié)合，以規(guī)范性、綜合性、開放性、延展性作為基本原則，設(shè)計與構(gòu)建了工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺。

關(guān)鍵詞：工業(yè)工程；實踐教學(xué)；仿真實驗；教學(xué)平臺

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）15-0074-03

Abstract： "Made in China 2025" strategy promotes the development of domestic manufacturing enterprise and puts forward higher requirement of practical and innovative abilities for industrial engineering talents. Aiming at cultivating students' abilities of comprehensive practice and innovation， this paper designs and constructs simulation experiment practice platform for industrial engineering so as to integrate theory with practice in the light of principles of normativity， integrity， openness and malleability.

Keywords： industrial engineering； practice teaching； simulation experiment； teaching platform

引言

工業(yè)工程（Industrial Engineering，IE）是將管理與工程技術(shù)結(jié)合為一體的綜合性、實踐性的一門新興學(xué)科[1]。企業(yè)的生產(chǎn)運作過程是工業(yè)工程的研究對象之一，通過工程技術(shù)與管理科學(xué)的原理及方法可提高生產(chǎn)系統(tǒng)的效率[2]。隨著“中國制造2025”制造強國戰(zhàn)略的提出與實施，國內(nèi)諸多制造企業(yè)已設(shè)立工業(yè)工程部門，并取得了大量卓有成效的成果，由此推動了工業(yè)工程在制造業(yè)中的快速發(fā)展[3]。但隨著市場競爭的日趨激烈，企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)日益柔性化、數(shù)字化、智能化、集成化，因此對工業(yè)工程專業(yè)人才的綜合實踐能力以及創(chuàng)新能力有較高的要求。實踐教學(xué)對于工業(yè)工程人才綜合創(chuàng)新能力以及實踐能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的，要使高校實踐教學(xué)跟上實際生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展，對其的規(guī)劃設(shè)計和運行管理也變得越來越復(fù)雜。因此，工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺的設(shè)計與構(gòu)建研究，顯得尤為重要。

一、工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺設(shè)計原則

面對國內(nèi)高等教育以及企業(yè)對于學(xué)生創(chuàng)新能力的新要求，在理論教學(xué)基礎(chǔ)之上應(yīng)更重視開展開發(fā)創(chuàng)新能力的實踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，對多種方案進行決策以培養(yǎng)工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、決策能力以及創(chuàng)新意識。為保證實踐教學(xué)效果，工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：

（一）規(guī)范性

工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺的設(shè)計要以工業(yè)工程本科專業(yè)教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，并嚴格服務(wù)于教學(xué)大綱內(nèi)容范疇[4]。在此基礎(chǔ)上，充分考慮各種實驗實例，進而延展和加深相關(guān)知識點的應(yīng)用。

（二）綜合性

工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺設(shè)計時應(yīng)考慮將課堂中所學(xué)的專業(yè)知識（包括基礎(chǔ)工業(yè)工程、運籌學(xué)、系統(tǒng)工程等）用于解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，實現(xiàn)各門專業(yè)課程的綜合理解與應(yīng)用。

（三）開放性

工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺的設(shè)計必須遵循開放性原則，平臺需要具有快速吸收和容納外界不斷變化的新鮮事物的能力，以適應(yīng)正在快速成長壯大的工業(yè)工程教育規(guī)模以及飛速發(fā)展的生產(chǎn)與管理技術(shù)。

（四）延展性

針對不同專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點與差異性，工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺應(yīng)該自成體系，并建立相互獨立的模塊，使其可在后繼開發(fā)中不斷補充新的相關(guān)內(nèi)容。

二、工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺框架

工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺主要由生產(chǎn)計劃控制系統(tǒng)，生產(chǎn)制造系統(tǒng)，質(zhì)量檢測系統(tǒng)以及倉儲系統(tǒng)組成，如圖1所示。首先，由計算機進行隨機的訂單分配，學(xué)生根據(jù)以往市場需求或?qū)κ袌龅念A(yù)測來制定生產(chǎn)計劃。之后，按照生產(chǎn)計劃對不同類別的產(chǎn)品進行生產(chǎn)，零部件通過加工為成品后通過質(zhì)量檢測進入倉儲系統(tǒng)儲存。倉儲系統(tǒng)根據(jù)訂單種類的要求進行交貨，由于訂單是有時間限制的且需要的產(chǎn)品類別是不同的，根據(jù)倉庫是否按時交貨將交貨分為按時交貨、延時交貨和未交貨。其中未交貨反應(yīng)了生產(chǎn)計劃的制定不完善和生產(chǎn)效率不高等問題，學(xué)生需要通過調(diào)整生產(chǎn)計劃以及改善作業(yè)中的不足來不斷提高交貨率，從而找到最佳的生產(chǎn)方式。

三、工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺設(shè)計

以樂高汽車玩具代替實際汽車，進行汽車的生產(chǎn)優(yōu)化實驗。設(shè)計實施方案如圖2所示，包含5個步驟。

步驟一：結(jié)合《基礎(chǔ)工業(yè)工程》的相關(guān)知識，向?qū)W生教授汽車生產(chǎn)的工藝流程。在該階段中，認識生產(chǎn)工藝流程并且對每一個工藝的主要任務(wù)以及方法步驟進行初步的了解。汽車的生產(chǎn)工藝流程如圖3所示，共包含6個工藝過程。首先，各生產(chǎn)車間在備置好工藝汽車生產(chǎn)所需的工藝零件后，車間一進行車身的組裝。車身組裝好之后，交由車間二進行車身模具機加工，該過程需要固定時間8s，且一次只能加工1輛。接著，車間三完成汽車總組裝。然后，再交給車間四對汽車進行熱加工，該車間一次性最多熱處理4輛車，需固定時間80s。最后，車間五完成汽車的質(zhì)檢。

步驟二：組織學(xué)生進行汽車生產(chǎn)的模擬實驗。實驗將學(xué)生分為多組，每組包含A、B、C、D、E5位學(xué)生，分別充當(dāng)汽車生產(chǎn)的5個工藝車間。另外，學(xué)生F進行汽車零件的拆卸和備置，為下一批汽車的生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。在組員之間分配工序后，將生產(chǎn)線進行試運行，熟悉整體的運行程序。在實驗的過程中，每個生產(chǎn)車間配置高清攝像頭，對整條生產(chǎn)線的工藝過程和工人的動作進行實時監(jiān)控。

以便對每一工序進行視頻的采集并統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)資料。

步驟三：將攝像頭拍攝到的生產(chǎn)過程導(dǎo)出并保存，進行各車間汽車加工時間的測定。利用Flexsim軟件進行生產(chǎn)線的仿真和運行，確定瓶頸工序；同時，將視頻導(dǎo)入達寶易軟件，對各個車間中工人的動作進行分析。綜合運用《系統(tǒng)仿真》、《設(shè)施規(guī)劃與物流分析》等相關(guān)課程的理論知識和方法，對流水線的設(shè)計、各個車間設(shè)施的布置、機器性能（加工時間）等進行分析和優(yōu)化。優(yōu)化的思路從資源利用、生產(chǎn)線效率、質(zhì)量水平、在線庫存、生產(chǎn)現(xiàn)場管理等方面進行參考。

步驟四：根據(jù)Flexsim仿真和達寶易視頻分析和優(yōu)化改進結(jié)果，提出合理的設(shè)施布置方案，并運用改進方案對現(xiàn)場布置進行調(diào)整且對操作者的雙手動作進行規(guī)范。重新模擬生產(chǎn)試驗，搜集相關(guān)數(shù)據(jù)、視頻資料，根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)資料進行整理，反應(yīng)存在的問題，對于存在的問題進行優(yōu)化，提出改善方法，實現(xiàn)進一步的改進。如此反復(fù)循環(huán)，直至生產(chǎn)線達到最優(yōu)。

步驟五：待各小組生產(chǎn)線達到最優(yōu)化之后，進行小組間的實戰(zhàn)對抗賽。實驗最終成績評價由各組在最終完成優(yōu)化后現(xiàn)場測試成績以及報告作為評價?，F(xiàn)場實戰(zhàn)對抗部分占70%，實習(xí)報告占30%。

其中，現(xiàn)場實戰(zhàn)對抗的基本條件設(shè)定為：測試工作節(jié)拍（交貨）：<= 15秒，工作時長：20分鐘。評價因素如表1所示。實習(xí)報告包含3個，分別是：現(xiàn)場優(yōu)化分析報告、達寶易分析報告和FlexSim報告。

四、結(jié)束語

工業(yè)工程仿真實驗實踐教學(xué)平臺的構(gòu)建實現(xiàn)了工業(yè)工程各門專業(yè)課程的綜合理解與應(yīng)用，使理論知識與社會實踐相結(jié)合，完善了工業(yè)工程專業(yè)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。不僅能充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，同時也夠滿足學(xué)生基本實踐技能的培養(yǎng)以及綜合創(chuàng)新能力發(fā)展的需要，對于工業(yè)工程專業(yè)高質(zhì)量人才的培養(yǎng)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]易樹平，郭伏.基礎(chǔ)工業(yè)工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]秦字興，郝南海.工業(yè)工程仿真實驗教學(xué)方案[J].實驗室研究與探索，2015，35（11）：114-119+136.

[3]鄭玉巧，趙家黎，吳蒼.基于制造業(yè)視角的工業(yè)工程實踐教學(xué)研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2016，14（3）：92-95.

[4]劉雪嶺，王悅.流體力學(xué)課程虛擬仿真教學(xué)資源庫平臺開發(fā)[J].高教學(xué)刊，2017（4）：76-77.