基于PBL的“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

蔣南云， 方葉祥， 樊樹海

(南京工業(yè)大學(xué)工業(yè)工程系，江蘇 南京 210009)

0 引言

“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程是工業(yè)工程、工商管理、信息管理與信息系統(tǒng)、電子商務(wù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心主干課程，課程開設(shè)的目的是通過學(xué)習(xí)生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)的戰(zhàn)略決策、設(shè)計(jì)管理、運(yùn)行與維護(hù)三方面內(nèi)容[1]，將其應(yīng)用于企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營管理中，從而幫助企業(yè)高效、靈活、準(zhǔn)時(shí)、清潔的生產(chǎn)合格產(chǎn)品和提供滿意服務(wù)。該課程在整個(gè)課程體系中承上啟下，地位重要，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)占課程教學(xué)內(nèi)容的比重較大，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力、現(xiàn)場管理能力、綜合知識(shí)應(yīng)用能力具有十分重要的作用，學(xué)生普遍反應(yīng)該課程對(duì)后續(xù)課程及工作就業(yè)有很大的幫助。因此對(duì)“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程設(shè)計(jì)良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、提高學(xué)生綜合能力，意義重大。

1 “生產(chǎn)運(yùn)作管理”教學(xué)現(xiàn)狀分析

筆者從事“生產(chǎn)運(yùn)作管理”系列課程教學(xué)多年，發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過程中存在以下幾個(gè)問題:

(1)學(xué)生對(duì)生產(chǎn)實(shí)際缺乏感性認(rèn)識(shí)[2]。由于開設(shè)本課程的專業(yè)大多設(shè)立在經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，學(xué)生缺乏相關(guān)工程背景，對(duì)制造企業(yè)現(xiàn)場沒有感性認(rèn)識(shí)，因此課程需花費(fèi)大量時(shí)間在描述解釋企業(yè)情況，但仍然事倍功半，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作管理的一些方法和理論理解較困難。

(2)學(xué)生只會(huì)做題不會(huì)實(shí)際應(yīng)用分析解決問題。“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程教學(xué)過程一般是先講述理論方法然后舉例題解答，中間穿插錄像或案例幫助學(xué)生理解，課后做作業(yè)鞏固。但多年實(shí)踐發(fā)現(xiàn)學(xué)生作業(yè)考試答題情況良好，但大四畢業(yè)設(shè)計(jì)中碰到現(xiàn)實(shí)企業(yè)的類似情況仍不知如何解決。究其原因，課堂講授或習(xí)題中都是教師已從現(xiàn)實(shí)情況中提煉出需要的已知數(shù)據(jù)，然后要求學(xué)生按照相關(guān)理論方法進(jìn)行求解，而企業(yè)實(shí)際管理中出現(xiàn)的是紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象，不是問題相關(guān)的“已知數(shù)據(jù)”。如何從企業(yè)實(shí)際運(yùn)營情況中尋找提取出“已知數(shù)據(jù)”恰恰是企業(yè)生產(chǎn)管理的難點(diǎn)，但并不是課程的重點(diǎn)。因此學(xué)生學(xué)完課程后，只能解決書本上的難題，難以解決實(shí)際生產(chǎn)中的難題。

(3)教學(xué)內(nèi)容難以與其他相關(guān)課程內(nèi)容融會(huì)貫通?！吧a(chǎn)運(yùn)作管理”課程內(nèi)容很多，從生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)的產(chǎn)生(設(shè)計(jì))到生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)的運(yùn)行(計(jì)劃與控制)，再到生產(chǎn)運(yùn)作系統(tǒng)的維護(hù)與改進(jìn)，其內(nèi)容與運(yùn)籌學(xué)、基礎(chǔ)工業(yè)工程、人類工效學(xué)、預(yù)測與決策、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理與可靠性等其它專業(yè)課程內(nèi)容相交叉，教學(xué)過程中涉及其他課程內(nèi)容的，只能點(diǎn)到為止，否則就重復(fù)授課了。但是在實(shí)際解決企業(yè)現(xiàn)場問題時(shí)，往往要求管理者從多個(gè)角度聯(lián)系多門課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)共同解決同一問題，而學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后掌握的往往只是該門課程的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，綜合應(yīng)用各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的能力較弱，很難達(dá)到企業(yè)需要的、結(jié)合各課程內(nèi)容融會(huì)貫通的解決同一問題的較高層次。

(4)教學(xué)過程學(xué)生被動(dòng)接受。由于學(xué)生普遍缺乏工程背景和實(shí)際工廠經(jīng)驗(yàn)，因此在教學(xué)過程中，很難使用小組討論、課題研究等方式讓學(xué)生直接參與討論、發(fā)現(xiàn)解決方法、發(fā)表自己的觀點(diǎn)，只能是教師結(jié)合案例或錄像講授知識(shí)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與積極性，也很難培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題和改善的能力。

(5)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏聯(lián)系不夠全面。以往實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)多采取軟件模擬仿真、沙盤演示、錄像播放等方式[3-5]，對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和完善，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般只涉及課程內(nèi)容的某一部分，不夠全面，且各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互獨(dú)立，缺乏必要的銜接，沒有連貫性和一致性，不利于學(xué)生多方位了解問題實(shí)質(zhì)，與實(shí)際企業(yè)情況也存在一定差別。尤其在實(shí)際企業(yè)管理中，現(xiàn)場情況復(fù)雜，人員與設(shè)備管理會(huì)出現(xiàn)很多干擾和突發(fā)情況，這些都是軟硬件仿真實(shí)驗(yàn)或沙盤演示難以涉及的[6-7]。

2 基于問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)原則

問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)[8-9](Problem Based Learning，PBL)是以學(xué)生為主體，通過問題或情景引導(dǎo)學(xué)生思考，并建立學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生進(jìn)行自我導(dǎo)向型學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)操作的一種教學(xué)方法。PBL能克服傳統(tǒng)主題導(dǎo)向法僅強(qiáng)調(diào)理論、知識(shí)點(diǎn)分割、學(xué)生被動(dòng)接受講課內(nèi)容等種種弊端，通過引入實(shí)際問題，引發(fā)學(xué)生分析問題，并鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)通過各種途徑搜集信息解決實(shí)際問題，從而借助整個(gè)過程，學(xué)生主動(dòng)搜尋信息而學(xué)到知識(shí)[10-11]。在PBL模式下學(xué)生學(xué)到的知識(shí)印象深刻，在未來的工作中如果面臨類似的問題，學(xué)生也可以模仿該方法解決實(shí)際問題，使得知識(shí)能迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。

為了解決“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程教學(xué)存在的問題，我們將PBL應(yīng)用到課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，情景模擬出實(shí)際車間生產(chǎn)線，并按照實(shí)際企業(yè)的建設(shè)過程及管理模式安排順序，由教師提出導(dǎo)引問題，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理到維護(hù)與改進(jìn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，解決每一環(huán)節(jié)存在的問題。每一環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)背景一致、銜接緊密，內(nèi)容高度連貫統(tǒng)一，通過不斷解決每一環(huán)節(jié)老師提出的問題，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生成為活用理論的實(shí)踐家，以及具備反思能力的決策者。

3 基于PBL的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具體方案

3.1 問題導(dǎo)入式的工作現(xiàn)場布置

我們首先給學(xué)生設(shè)置的問題是:在一個(gè)10 m×7 m場地內(nèi)，設(shè)計(jì)一條具有10個(gè)工位、包含分揀臺(tái)和質(zhì)檢臺(tái)的玩具裝配流水線。由于場地面積限制與工作臺(tái)尺寸要求，學(xué)生需結(jié)合已學(xué)的“人類工效學(xué)”及本課程生產(chǎn)布局設(shè)計(jì)方面的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。布局結(jié)果可能有多種，最合理的應(yīng)是一條U型流水線。

3.2 學(xué)生轉(zhuǎn)變角色參與生產(chǎn)線現(xiàn)場運(yùn)行管理

事實(shí)上，這里給出的尺寸就是實(shí)驗(yàn)室場地的尺寸，我們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室搭建好了這樣的一個(gè)U型流水線。這里教師提出:學(xué)生自行分組完成裝配由多個(gè)零部件構(gòu)成的金屬直升機(jī)玩具，目標(biāo)是在固定的時(shí)間內(nèi)裝配完成最多數(shù)量合格產(chǎn)品。要達(dá)到這樣的目標(biāo)，一般15名學(xué)生一組，其中10名同學(xué)分別在10個(gè)工位上進(jìn)行裝配作業(yè)、2名同學(xué)進(jìn)行分揀及質(zhì)檢作業(yè)、3名同學(xué)作為生產(chǎn)經(jīng)理進(jìn)行現(xiàn)場管理，15名學(xué)生共同討論協(xié)作完成任務(wù)，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有:

(1)通過拆裝直升機(jī)完成BOM表，并熟練裝配直升機(jī)每一個(gè)零部件;

(2)測試裝配一個(gè)直升機(jī)所需的總時(shí)間，通過流程分析將動(dòng)作盡量均勻分配到每一個(gè)工位上，給出產(chǎn)品裝配的工藝流程圖;

(3)試運(yùn)行流水線，找出瓶頸工位，調(diào)整工序分配情況，消除瓶頸;

(4)對(duì)每個(gè)工位進(jìn)行動(dòng)作分析，利用MOD法消除冗余動(dòng)作，制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè);

(5)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)度，結(jié)合操作人員的能力將適合的崗位分配給適當(dāng)?shù)娜藛T;

(6)設(shè)定強(qiáng)制節(jié)拍，在固定時(shí)長內(nèi)運(yùn)行流水線，利用秒表測時(shí)法計(jì)算工位負(fù)荷、流水線平衡率及日產(chǎn)量，分析影響產(chǎn)能的主要因素;

(7)當(dāng)管理者與各操作人員意見不統(tǒng)一時(shí)，管理人員要能及時(shí)處理并將設(shè)計(jì)與改善意圖落實(shí)到每個(gè)操作人員的裝配過程中。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程完全模擬企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場場景，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容步驟均可交給學(xué)生自行設(shè)計(jì)操作完成，教師僅布置任務(wù)、觀察完成情況及總結(jié)點(diǎn)評(píng)，讓學(xué)生擔(dān)任決策者、生產(chǎn)管理者及裝配人員的角色，充分運(yùn)用已學(xué)生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)、MOD法、秒表測時(shí)法等知識(shí)，探索設(shè)計(jì)過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生的各種問題，提高學(xué)生現(xiàn)場管理的能力。

3.3 利用仿真軟件對(duì)流水線設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)及優(yōu)化

通過實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生對(duì)生產(chǎn)線裝配已有了一定的感性認(rèn)識(shí)，此時(shí)教師又提出:人工進(jìn)行流水線平衡設(shè)計(jì)計(jì)算出的生產(chǎn)節(jié)拍是否是最優(yōu)，能否使用仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)得到工位分配結(jié)果，尋找流水線進(jìn)一步優(yōu)化的途徑呢?這里我們?yōu)閷W(xué)生提供了Proplanner仿真軟件，其中的Line Balance模塊可以對(duì)玩具直升機(jī)裝配過程進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)Proplanner仿真軟件[12]，將實(shí)驗(yàn)過程中測試的動(dòng)作時(shí)間、裝配流程、工位數(shù)、設(shè)備要求等數(shù)據(jù)輸入仿真軟件，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)得到工位分配結(jié)果，并對(duì)比實(shí)驗(yàn)和軟件仿真結(jié)果的優(yōu)劣，最后使用Flexsim軟件[13]對(duì)玩具裝配過程進(jìn)行3D模擬仿真。實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)歸納上升到理論，鞏固了實(shí)驗(yàn)效果。

3.4 制定裝配直升機(jī)玩具的生產(chǎn)計(jì)劃

由裝配直升機(jī)玩具過程，我們已經(jīng)得到裝配BOM表、生產(chǎn)節(jié)拍、日產(chǎn)量等信息，這樣教師可以提出:將這些信息作為已知條件，能否制定出玩具加工的主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、外購件采購計(jì)劃、安全庫存等生產(chǎn)計(jì)劃，以保證企業(yè)生產(chǎn)的有序完成。學(xué)生可以利用Excel軟件進(jìn)行列表計(jì)算，學(xué)習(xí)制作企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃，鞏固“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程中的生產(chǎn)計(jì)劃與控制內(nèi)容。

3.5 編制整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的項(xiàng)目計(jì)劃

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程內(nèi)容較多，各個(gè)小實(shí)驗(yàn)之間聯(lián)系緊密而又前后有序，因此我們可以將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程看作是一個(gè)項(xiàng)目，將每節(jié)實(shí)驗(yàn)課程作為一個(gè)活動(dòng)，提出問題:能否應(yīng)用本課程中項(xiàng)目管理的方法，討論縮短實(shí)驗(yàn)周期的方法。這里學(xué)生可以手工繪制網(wǎng)絡(luò)圖或者用Project軟件[14]做出WBS圖及甘特圖來解決，強(qiáng)化學(xué)生項(xiàng)目管理與優(yōu)化的思想。

4 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革的實(shí)施效果

基于以上5個(gè)實(shí)驗(yàn)部分，我們構(gòu)建了“生產(chǎn)運(yùn)作管理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，如表1所示。

該實(shí)驗(yàn)體系已在南京工業(yè)大學(xué)工業(yè)工程及相關(guān)專業(yè)三屆學(xué)生中進(jìn)行應(yīng)用，教學(xué)效果顯著。

(1)在模擬企業(yè)現(xiàn)場場景下進(jìn)行問題導(dǎo)向型學(xué)習(xí)，教師提出問題，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并操作解決問題，變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，學(xué)以致用，也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感，培養(yǎng)學(xué)生成為活用理論的實(shí)踐家，以及具備反思能力的決策者。

(2)該實(shí)驗(yàn)變孤立的小實(shí)驗(yàn)為完整的實(shí)驗(yàn)體系。從生產(chǎn)線設(shè)計(jì)、運(yùn)行到軟件仿真，5個(gè)小實(shí)驗(yàn)完全在同一實(shí)驗(yàn)背景下展開，前后關(guān)聯(lián)，環(huán)環(huán)相扣。將實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬成一個(gè)企業(yè)，實(shí)驗(yàn)涉及企業(yè)企劃、生產(chǎn)、計(jì)劃等多個(gè)部門[15]，有利于學(xué)生從多角度多角色了解真實(shí)企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)作管理情況，以便走上工作崗位能迅速適應(yīng)不同的崗位。

(3)完成實(shí)驗(yàn)需結(jié)合其他課程內(nèi)容如“人類工效學(xué)”中的動(dòng)作分析[16]、“基礎(chǔ)工業(yè)工程”中的流程優(yōu)化[17]、“物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的選址布局[18]等，強(qiáng)化了本課程與其他課程內(nèi)容的銜接和融會(huì)貫通。

(4)實(shí)驗(yàn)環(huán)境既有模擬企業(yè)現(xiàn)場的硬件設(shè)備，也有虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真軟件，需要學(xué)生既要?jiǎng)邮盅b配操作又需要使用軟件建模仿真，還需要團(tuán)隊(duì)溝通、齊心協(xié)力共同聯(lián)合使用各種方法，解決企業(yè)出現(xiàn)的各種問題，全面提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

(5)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較全面，與理論教學(xué)各章節(jié)內(nèi)容聯(lián)系緊密，一一對(duì)應(yīng)，重點(diǎn)突出，有效的鞏固了各章節(jié)的理論知識(shí)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用。

表1 生產(chǎn)運(yùn)作管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

5 結(jié)語

“生產(chǎn)運(yùn)作管理”課程實(shí)驗(yàn)引入PBL法，以導(dǎo)引問題為切入點(diǎn)，以項(xiàng)目任務(wù)為目標(biāo)，模擬企業(yè)實(shí)際建設(shè)及運(yùn)營情況，啟發(fā)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行探索，在探索過程中學(xué)習(xí)并解決實(shí)際問題。實(shí)踐證明，PBL法通過環(huán)環(huán)相扣的設(shè)置提問，讓學(xué)生在真實(shí)的企業(yè)場景中理解和應(yīng)用生產(chǎn)運(yùn)作管理的基本概念、基本方法和基本原理，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力、分析和解決問題的能力、探索能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合素質(zhì)，幫助學(xué)生更好地完成從學(xué)校到工作崗位的轉(zhuǎn)換，提高我國制造企業(yè)競爭力。

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