工業(yè)工程專業(yè)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)初探

　　摘要：《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，文章論述了在該門課程授課的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題，并對(duì)該門課程教學(xué)方法的改進(jìn)進(jìn)行了初步的探討，以期對(duì)工業(yè)工程專業(yè)的課程建設(shè)提供意見及幫助。
　　關(guān)鍵詞：工業(yè)工程 生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 Arena
　　中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　工業(yè)工程是對(duì)人員、物料、設(shè)備、能源和信息組成的集成系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改善和實(shí)施的工程技術(shù)，它綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)和社會(huì)科學(xué)的專門知識(shí)和技術(shù)，結(jié)合工程分析和設(shè)計(jì)的原理與方法，對(duì)該系統(tǒng)所取得的成果進(jìn)行確定、預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)”。1992年國(guó)家教育部批準(zhǔn)西安交通大學(xué)和天津大學(xué)首批設(shè)立IE專業(yè)，1993年正式招收IE專業(yè)本科生，開始了我國(guó)高等工程教育IE學(xué)科的建設(shè)。國(guó)內(nèi)IE教育還存在著諸如課程設(shè)置不盡合理、理論與實(shí)踐脫節(jié)等弊端。我校于2003年獲得工業(yè)工程專業(yè)辦學(xué)資格，開設(shè)在機(jī)械工程學(xué)院。2004年招收第一批本科生。國(guó)內(nèi)工業(yè)工程專業(yè)的培養(yǎng)模式主要有兩種，一種是管理類本科，授予管理學(xué)學(xué)士，一類是機(jī)械類本科，授予工學(xué)學(xué)士。不同的培養(yǎng)模式其課程體系也不盡相同。《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是第二類培養(yǎng)模式中的專業(yè)必修課程，這門課程是以廣義的制造型生產(chǎn)企業(yè)為核心，從系統(tǒng)建模的角度闡述離散事件建模與仿真技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)分析中的應(yīng)用原理和方法，并終能使學(xué)生掌握利用某些工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析的方法。我們用孫小明編著的《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》，同時(shí)采用Simulation with Arena原書的第三版的譯版《仿真使用Arena軟件》作為輔助教材。本文總結(jié)了三屆工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程授課的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些建議和方法。
　　
　　1 理論內(nèi)容的教學(xué)
　　該課程的理論教學(xué)內(nèi)容主要包括對(duì)各類生產(chǎn)系統(tǒng)建模并進(jìn)行仿真的原理和方法，輸入數(shù)據(jù)及輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析的理論等。這些知識(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)。一個(gè)原因是這不同于當(dāng)初他們上概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程，相應(yīng)的理論公式的推導(dǎo)都很詳細(xì)，而且每一講的內(nèi)容都配有相應(yīng)的例題及大量的練習(xí)題。而在現(xiàn)在的課程學(xué)習(xí)當(dāng)中，只是羅列了大量的數(shù)學(xué)公式，這樣造成的后果就是一方面學(xué)生覺得學(xué)起來(lái)比較困難，另一方面也覺得比較枯燥，喪失了學(xué)習(xí)的興趣。理論知識(shí)如何能夠運(yùn)用到我們所講的建模中去，這也是學(xué)生關(guān)心的一個(gè)方面。對(duì)于這些知識(shí)的講解我在授課的時(shí)候也充滿疑慮，不知道怎樣才能達(dá)到更好的效果。
　　
　　2 實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)
　　大四的學(xué)生，如果他們看不到這門課程能否在今后的實(shí)際工作中發(fā)揮作用，他們的學(xué)習(xí)熱情就會(huì)大打折扣，而且過(guò)多的理論教學(xué)確實(shí)不能夠帶來(lái)更多的益處。如果學(xué)生畢業(yè)后選擇更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，那在研究生階段，他必然會(huì)學(xué)習(xí)更深的理論知識(shí)。實(shí)踐環(huán)節(jié)主要的目的是教會(huì)學(xué)生如何利用現(xiàn)有的仿真軟件進(jìn)行各類生產(chǎn)系統(tǒng)的建模與仿真。現(xiàn)在的建模軟件很多：Witness、Flexsim、Promode等。我們選擇的是ARENA，因?yàn)樗薪虒W(xué)版，教學(xué)版供教學(xué)使用已經(jīng)足夠了。我們也曾經(jīng)計(jì)劃過(guò)使用Witness教學(xué)，但其價(jià)格昂貴。二是因?yàn)锳RENA應(yīng)用廣泛，可用來(lái)進(jìn)行各類離散系統(tǒng)的建模。我們采取的方法是理論與實(shí)踐同行，將理論部分的知識(shí)講解完后，立即開始該部分內(nèi)容的建模。對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，可采用數(shù)學(xué)的方法或讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，而后再教他們?nèi)绾尾捎肁rena軟件建模與仿真。在向?qū)W生講授了如何使ARENA建模后，在實(shí)驗(yàn)課上讓學(xué)生一試身手。這門課程我們的實(shí)驗(yàn)課安排的是18學(xué)時(shí)，教學(xué)實(shí)踐證明這是比較合理的。要給學(xué)生明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)方法，要讓學(xué)生掌握如何運(yùn)用這個(gè)軟件去完成系統(tǒng)建模，并理解如何通過(guò)仿真對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化及改進(jìn)，這才是我們仿真的最終目的。
　　
　　3 教學(xué)方法的改進(jìn)
　　(1)培養(yǎng)學(xué)生的興趣。興趣是最好的老師，培養(yǎng)學(xué)生的興趣是學(xué)生學(xué)好一門課程的一個(gè)重要的因素。讓學(xué)生看到學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合后產(chǎn)生的效果是激發(fā)他們興趣的最好方法?，F(xiàn)實(shí)的問(wèn)題的解決讓學(xué)生感覺到知識(shí)的力量，生動(dòng)的操作界面也會(huì)激發(fā)學(xué)生的興趣。
　　(2)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生一旦有了學(xué)習(xí)的興趣，那么主動(dòng)性上來(lái)了就可以進(jìn)一步提高自身的自學(xué)能力。一種方法是給他們一些比較有挑戰(zhàn)性的課后實(shí)驗(yàn)，另一種方法是鼓勵(lì)他們發(fā)現(xiàn)自己的能力。舉例來(lái)說(shuō)Arena軟件只有英文版的，沒有中文版的。學(xué)生一開始總是抱怨連菜單都看不懂。調(diào)試模型的時(shí)候，一處現(xiàn)錯(cuò)誤提示就問(wèn)老師：怎么辦？這種原因主要是來(lái)自他們對(duì)英語(yǔ)的恐懼。要一開始就告訴他們，這里面用到的英語(yǔ)都是簡(jiǎn)單的，基本的，詞匯也肯定在四級(jí)水平以下。讓他們不要有恐懼心理。建模的成功帶給他們不斷的成就感，問(wèn)題的解決讓他們感覺的了自己的能力。
　　(3)理論與實(shí)踐相結(jié)合。狹義的結(jié)合就是指把課本中講理論知識(shí)的部分與講操作實(shí)踐的部分結(jié)合起來(lái)。建議的做法就是講完理論知識(shí)部分，隨后就講軟件上是如何實(shí)現(xiàn)的。例如在講完了排隊(duì)系統(tǒng)建模的理論知識(shí)后，用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的建模，然后再讓學(xué)生自己用Arena對(duì)同一系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后運(yùn)行系統(tǒng)觀察結(jié)果并將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。廣義的結(jié)合就是這門課程的學(xué)習(xí)如何與我們生產(chǎn)企業(yè)的需求結(jié)合起來(lái)。建議的做法是最好要能夠在實(shí)習(xí)的階段讓他們有意識(shí)的去了解相關(guān)的企業(yè)，并能夠搜集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，能夠針對(duì)自己發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，利用本門課程的知識(shí)及其他專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行一個(gè)完整的鍛煉。
　　(4)期待更優(yōu)秀的教材出現(xiàn)。目前這方面的教材比較少，多是以講解系統(tǒng)建模理論為主。期待能夠出現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的、難度深度適宜的專為本專業(yè)本科生編寫的教材出現(xiàn)。
　　
　　4 結(jié)語(yǔ)
　　工業(yè)工程的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)是造就既懂得工