鄭玉巧，趙家黎，吳　蒼

(蘭州理工大學　機電工程學院，蘭州　730050)

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基于制造業(yè)視角的工業(yè)工程實踐教學研究

鄭玉巧，趙家黎，吳蒼

(蘭州理工大學機電工程學院，蘭州730050)

摘要隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，對工業(yè)工程專業(yè)方面的人才提出了更高的要求。該文針對工業(yè)工程專業(yè)特點，分析了工業(yè)工程實踐教學的現(xiàn)狀，提出了設施規(guī)劃與物流分析、生產(chǎn)計劃與控制、人因工程實驗的建設思路，指出加強產(chǎn)學研對實踐教學的重要影響，以構(gòu)筑面向?qū)W生專業(yè)素質(zhì)、動手操作能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工業(yè)工程專業(yè)視角教學模式。

關(guān)鍵詞工業(yè)工程;實踐教學;研究

工業(yè)工程是一門涵蓋工程與管理的交叉新型學科。它以各種復雜的工業(yè)系統(tǒng)為研究對象，以系統(tǒng)中的人力、物質(zhì)、信息、能源、生產(chǎn)組織等為要素，旨在通過科學、合理地組織協(xié)調(diào)相關(guān)生產(chǎn)要素，進而實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)及工程項目性能、經(jīng)濟效益與生產(chǎn)率的最佳優(yōu)化[1-2]。在諸多的國內(nèi)制造企業(yè)中，大部分企業(yè)均已設立工業(yè)工程部門，并做了大量卓有成效的工作，推動工業(yè)工程在制造業(yè)中的快速發(fā)展?？v觀國內(nèi)外工業(yè)工程學科的教學實踐情況，大致可劃分兩大類，設立于管理學科、偏向管理方法，設立在機械工程學科、則偏向工程。但是，機械制造及各種復雜生產(chǎn)系統(tǒng)始終為工業(yè)工程的典型研究對象。而工業(yè)工程實踐教學是保障專業(yè)人才質(zhì)量的必要條件之一[3- 4]。因此，研究工業(yè)工程專業(yè)實踐教學模式的構(gòu)建，顯得尤為重要。

1工業(yè)工程實踐教學現(xiàn)狀

無論基礎工業(yè)工程、還是物流設施與規(guī)劃等課程的實驗大多為某生產(chǎn)系統(tǒng)某個對象的簡單流程模擬，而實際生產(chǎn)現(xiàn)場工藝流程變化極為復雜。傳統(tǒng)的工業(yè)工程實驗手段方法單一，缺乏系統(tǒng)性，課程實驗大多表現(xiàn)為驗證性實驗，實踐教學學時偏少，僅是對實驗對象的簡單認知模擬。缺乏實踐系統(tǒng)綜合運用分析過程，各實驗項目之間相互獨立，缺乏必要的聯(lián)系。在這種情況下，學生做完所有專業(yè)課程實驗，頭腦中無法建立起一個專業(yè)的系統(tǒng)概念。很多專業(yè)知識理解欠佳。而大多數(shù)實驗僅滿足驗證課堂教學理論的要求，很難與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實際接軌[5]。工業(yè)工程實踐教學環(huán)節(jié)問題顯得尤為突出，主要表現(xiàn)在：理論教學與實踐環(huán)節(jié)脫離，實驗課時偏少；實驗項目分散，內(nèi)容和形式單一；儀器設備短缺，實驗經(jīng)費缺乏。為了擺脫這種嚴峻局面，結(jié)合專業(yè)實際情況擬定一個科學的、系統(tǒng)的工業(yè)工程實踐教學模式，是急需解決的核心問題。

2工業(yè)工程專業(yè)實驗教學建設思路

為實現(xiàn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標，必要的、高水平的實驗室及現(xiàn)代化的教學設施必不可少。不斷完善工業(yè)工程專業(yè)實驗條件，完善實驗項目、豐富實驗教學內(nèi)容，并開設系列、系統(tǒng)性的實驗、實習和社會實踐活動，通過一個共同的典型實驗載體，將各項實驗聯(lián)系起來，形成一個有機的整體，進而體現(xiàn)實驗教學與理論教學的有機融合。實現(xiàn)這種指導思想的具體方法為，圍繞典型的實驗對象開發(fā)相關(guān)實驗，使其整個實驗教學體系能模擬某企業(yè)的工程經(jīng)濟分析、設施規(guī)劃與布局、人機系統(tǒng)設計、物流系統(tǒng)設計、勞動定額與標準工作方法制定、生產(chǎn)計劃與控制、質(zhì)量管理等所包含的物流、資金流、信息流及人員流的全部或大部分工業(yè)工程實踐活動[6]，以保證各實驗模塊的相互銜接，盡可能做到該實驗結(jié)果直接為其他實驗的前提條件。在實驗類型設置中，特別注意單項實驗與綜合實驗相結(jié)合，驗證實驗、認知實驗與學生自主開發(fā)實驗的協(xié)調(diào)統(tǒng)一性，以構(gòu)成完整的實驗體系。

2.1設施規(guī)劃與物流分析實驗

該實驗設備主要包含自動化立體倉庫、MES 制造系統(tǒng)、貨架、堆垛機，地軌和天軌、 控制柜、輥筒線、倍速鏈、轉(zhuǎn)角機、皮帶線、入貨臺、出貨臺、 條形碼識別及使用SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫于 MES(WMS)進行接口Profibus DP，Profibus Master 軟件等組成。自動化立體倉庫模型如圖1 所示，工業(yè)流水線如圖2所示。

圖1　自動化立體倉庫

圖2　工業(yè)工程流水線

做業(yè)務流程實驗時，通過參考課堂教學內(nèi)容及教師提供的參考資料，讓學生詳細閱讀倉儲管理業(yè)務流程、生產(chǎn)線裝配工作模式等相關(guān)資料，熟悉生產(chǎn)型企業(yè)中業(yè)務流程各個階段所需要完成的工作。讓學生了解整個企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務流程，然后進行人員分組。具體按表1所示進行分組：

表1　工業(yè)流水線分組情況

學生分別扮演不同的角色，并通過采用計算機軟件、物流相關(guān)硬件設備及生產(chǎn)裝配線各工位等環(huán)節(jié)的操作，進行整個企業(yè)生產(chǎn)業(yè)務流程的模擬仿真，完成整個業(yè)務流程，然后交換角色，重新進行模擬。

2.2生產(chǎn)計劃與控制實驗

生產(chǎn)計劃與控制是工業(yè)工程專業(yè)的主干課程之一。主要研究企業(yè)生產(chǎn)計劃與控制系統(tǒng)的構(gòu)成模式和運作機理以及運作過程。 現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)計劃與控制系統(tǒng)主要通過ERP (金蝶)系統(tǒng)來體現(xiàn)的，企業(yè)資源計劃(enterprise resource planning，ERP)是建立在信息技術(shù)基礎上，利用現(xiàn)代企業(yè)的先進管理思想，為企業(yè)提供決策、計劃、控制與經(jīng)營業(yè)績評估的全方位、系統(tǒng)化的管理平臺。ERP所涉及的范圍如下：[財務會計]、[管理會計]、[資金管理]、[成本管理]、[供應鏈]、 [計劃管理]、[生產(chǎn)管理]、[精益管理]、[人力資源管理]、[績效管理]等模塊。

本實驗模塊結(jié)合工業(yè)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)要求，突出對ERP系統(tǒng)基本參數(shù)的設置和生產(chǎn)計劃與控制部分的運行訓練。內(nèi)容主要包括，1)需求規(guī)劃的主要功能。可定義公司工作日歷、可設定物料需求計劃的需求來源、可建立多版本的產(chǎn)品需求預測資料，并可在執(zhí)行物料需求計劃時選擇某一版本的需求預測作為其需求來源。2)產(chǎn)能管理的主要功能。計算資源需求計劃、計算粗能力需求計劃、計算細能力需求來源。3)生產(chǎn)訂單的主要功能。 可人為手動建立生產(chǎn)訂單或從MPS/MRP/BRP計算產(chǎn)生的建議生產(chǎn)量自動生成生產(chǎn)訂單，可根據(jù)銷售訂單建立按訂單配置產(chǎn)品(ATO模型)的總裝生產(chǎn)訂單。4)設置物料需求計劃參數(shù)。選擇執(zhí)行的物料需求計劃的時柵和計劃期間，對物料需求計劃的基本資料進行設置。對物料需求計劃的計劃前稽核作業(yè)和累計提前期推算，系統(tǒng)可自動計算累計提前期，為物料需求計劃提供依據(jù)。

2.3人因工程實驗

人因工程模塊主要研究人與機器和工作環(huán)境的關(guān)系，如何圍繞人來設計工作系統(tǒng)以提高工作效率，同時支持在虛擬設計制造、勞動作業(yè)安全、產(chǎn)品快速開發(fā)、人機系統(tǒng)設計等方面的研究與交流[7]。目前人因工程實驗室主要設備有人體測量儀、秒表、卷尺、濕度計、跑步機、人體稱，照度計、空間知覺測試儀、反應時測定儀，多道心理測試儀、動作穩(wěn)定器，主要針對本科生基礎人因工程課程教學內(nèi)容，滿足基礎實驗教學要求。內(nèi)容包括：人體測量、動作穩(wěn)定性分析、空間直覺測試、人機界面設計。

人因工程學范疇內(nèi)的人體測量數(shù)據(jù)可分為人體構(gòu)造尺寸和人體功能尺寸。構(gòu)造尺寸是指靜態(tài)尺寸；功能尺寸是指動態(tài)尺寸，它包括人在工作姿態(tài)下或在某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸。人體測量的統(tǒng)計結(jié)果作為人體的結(jié)構(gòu)參數(shù)、功能參數(shù)，對于設計特定的機器設備環(huán)境具有很重要的作用。在實際工作中，常采用舒適性、安全性、效率、經(jīng)濟性數(shù)種指標來評價人機環(huán)境匹配程度，其用途極其廣泛。在實際應用中還需要決定適應度、經(jīng)濟性，有時不可忽略衣著調(diào)整量。

3實驗類型設置

單項認知型實驗是指僅對某一理論進行驗證或訓練某一單方面技能的實驗。人因工程學實驗模塊中包括“簡單反應時測定”“人體測量實驗”“運動穩(wěn)定性測試”“空間知覺測試”以及物流工程實驗模塊中的“業(yè)務流程模擬”等。 綜合型實驗是指綜合運用多種知識和技能分析研究某個較復雜問題的實驗。如“物料需求計劃、生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)訂單工序計劃實驗、能力需求計劃等”。 開發(fā)設計型實驗是綜合運用多門課程的多種知識和技能進行系統(tǒng)設計的實驗[8]。如 “車間平面布置設計”“倉儲系統(tǒng)規(guī)劃與設計”。創(chuàng)新型實驗則是在開發(fā)設計型實驗的基礎上增加更多自主創(chuàng)新要求。

上述4種實驗類型反映了不同的實驗層次之間的復雜程度，可獨立開設，但其又有緊密的聯(lián)系。一項綜合型實驗可能包含幾個單項認識型實驗及其結(jié)果。開發(fā)設計型和創(chuàng)新型實驗則可能包含多個綜合型和單項認知型實驗。

4加強產(chǎn)學研合作實踐教學

選擇合適的制造企業(yè)，選擇部分優(yōu)秀學生，嘗試建立產(chǎn)學研合作的教學體系和管理制度，將部分實驗內(nèi)容和實驗項目“搬遷”到企業(yè)，有針對性地開展“發(fā)現(xiàn)問題、提出方案、采集與分析數(shù)據(jù)、新方案試驗與優(yōu)化、解決問題”的產(chǎn)學研活動，圍繞制造企業(yè)生產(chǎn)計劃制定生產(chǎn)經(jīng)營、設施規(guī)劃、車間管理、現(xiàn)場改善等活動，開展有針對性、有一定深度、有明確生產(chǎn)要求的實踐活動，促進教學與工程實際的結(jié)合，理論教學與企業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合，強化學生利用相關(guān)理論知識解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的優(yōu)秀畢業(yè)生。通過與企業(yè)開展深層次實習安排等環(huán)節(jié)上進行系統(tǒng)地改革、創(chuàng)新，從工業(yè)工程專業(yè)課程體系設置、教學內(nèi)容安排、教學方法創(chuàng)新、實踐室建設及實踐教學借鑒國內(nèi)外高校在工業(yè)工程學科建設上積累的經(jīng)驗，以高起點、高水平、高效率地建設我校的工業(yè)工程本科專業(yè)。

總結(jié)以往開展生產(chǎn)實習、畢業(yè)設計、社會實踐等產(chǎn)學研合作的經(jīng)驗與教訓，完善產(chǎn)學研合作模式，盡可能提高合作的內(nèi)涵、深度、廣度，將部分課程的實踐環(huán)節(jié)和部分優(yōu)秀學生的培養(yǎng)工作搬遷到企業(yè)中。

5結(jié)束語

本文針對工業(yè)工程專業(yè)實踐教學的現(xiàn)狀，提出了工業(yè)工程實踐教學的建設思路。積極探索形成產(chǎn)學研密切合作、理論教學與工程實踐有機結(jié)合、課堂傳授與科研項目有機結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，有效地提升工業(yè)工程專業(yè)畢業(yè)生的專業(yè)素質(zhì)和能力，為學生順利走向工作崗位做出必要和充分的鋪墊。

參 考 文 獻

[1]郭重慶.工業(yè)工程在中國制造業(yè)發(fā)展中的地位和作用[J].工業(yè)工程與管理，2003，8(2) ：1- 3.

[2]魯建廈，蘭秀菊，潘柏松，等． 基于制造業(yè)的工業(yè)工程專業(yè)教學體系研究與實踐[J].高教與經(jīng)濟，2008，21(1) ：52- 55．

[3]張緒柱.工業(yè)工程實驗與實習教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006．

[4]SALVENDY G.Handbook of Industrial Engineering[M].3rd ed.New York:John Wiley &Sons，Inc.，2001.

[5]鄭玉巧，楊 萍.基于應用型的工業(yè)工程實驗教學方法研究[J].實驗科學與技術(shù).2013，11(2)：72-73.

[6]汪應洛.系統(tǒng)工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994.

[7]郭伏，楊學涵.人因工程學[M].沈陽：東北大學出版社，2001.

[8]YURNER W C.Introduction to Industrial and Systems Engineering[M].北京：清華大學出版社，2002.

收稿日期:2014-10-09；修改日期：2016-06-14

基金項目：國家自然科學基金項目(51565028)。

作者簡介：鄭玉巧(1977-) ，女，博士，副研究員，主要從事質(zhì)量管理課程及工業(yè)工程專業(yè)實驗教學方面的工作。

中圖分類號TB；G642.423

文獻標志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.027

Investigation for the Practice of Industrial Engineering Teaching from the Perspective of Manufacturing Industry

ZHENG Yuqiao，ZHAO Jiani，WU Cang

(School of Mechatronics Engineering, Lanzhou University of Technology，Lanzhou730050，China)

AbstractWith the development of manufacturing industry，it puts forward higher request to the professional talents of industrial engineering.In this paper，combined with the specialty of industrial engineering，it analyzes the present situation of teaching practice of industrial engineering，highlight the facilities planning and logistics analysis experiment，production planning and control experiment，and people thought engineering experiment construction.It is very important to strengthen the practice teaching of university industry cooperation，from a professional perspective of industrial engineering teaching mode.It is beneficial to foster students’ professional quality，ability and the ability of innovation.

Key wordsindustrial engineering;practice teaching;investigation