虛擬工廠環(huán)境下基于培養(yǎng)目標的工業(yè)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系改革

王雅君 金海華 時君麗 樊雙蛟 程金石 王德權(quán)

摘要：針對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標，根據(jù)工業(yè)工程專業(yè)實踐教學(xué)中的特點，研究如何在虛擬工廠環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)進行管理的實踐能力，滿足相關(guān)的教學(xué)需求。建立了基于虛擬化工廠環(huán)境實驗室的工業(yè)工程實踐教學(xué)體系，包括物流系統(tǒng)仿真實踐體系，基礎(chǔ)工業(yè)工程實習(xí)體系，模擬企業(yè)組織實踐體系，質(zhì)量與成本管理實驗體系，最后總結(jié)了虛擬化工廠環(huán)境實驗室布局規(guī)劃和工業(yè)工程實踐教學(xué)體系改革實施方案。

關(guān)鍵詞：虛擬工廠；培養(yǎng)目標；工業(yè)工程；實踐教學(xué)體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0247-02

我國對高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)提出明確目標和要求，即“要注重增強學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)造能力、就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力”，而實踐教學(xué)正是大學(xué)階段培養(yǎng)這些能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文通過對虛擬化工廠環(huán)境實驗室的研究，希望探索出一條適合高校工業(yè)工程專業(yè)的實踐教學(xué)新模式。

一、工業(yè)工程實踐教學(xué)體系改革需求

虛擬化工廠環(huán)境的實驗室模擬現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，類似一個微型智能化工廠，模擬企業(yè)內(nèi)部物流，兼具商業(yè)物流，具有綜合性、現(xiàn)代性和開放性的特點。該實驗室的作用在于在虛擬工廠環(huán)境下，培養(yǎng)學(xué)生對復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)進行生產(chǎn)工藝程序分析、生產(chǎn)計劃與控制、質(zhì)量分析與控制、設(shè)施規(guī)劃設(shè)計、過程優(yōu)化以及流程管理的實際能力，滿足相關(guān)的教學(xué)和科研的需求。利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)、信息管理與決策技術(shù)等多種技術(shù)手段，使實驗室能充分體現(xiàn)和展示現(xiàn)代工業(yè)工程技術(shù)。本文將充分調(diào)研社會和企業(yè)對工業(yè)工程人才培養(yǎng)的需求，進而確定工業(yè)工程人才需必備的能力，在以能力為本位的基礎(chǔ)上，在虛擬工廠環(huán)境下進行實踐教學(xué)內(nèi)容和方法的調(diào)整，通過綜合實踐訓(xùn)練，真正提高工業(yè)工程專業(yè)畢業(yè)生的實踐能力、創(chuàng)新能力，滿足企業(yè)需求，促進工業(yè)工程專業(yè)整體教學(xué)水平的提高，為社會發(fā)展輸送更多優(yōu)秀的人才。

二、基于虛擬化工廠環(huán)境實驗室的工業(yè)工程實踐教學(xué)體系改革

1.改革現(xiàn)代工業(yè)工程綜合實踐教學(xué)體系。結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)工程實驗室虛擬現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)，立足本學(xué)科特點、面向管理工程實際，注重對學(xué)生操作能力、綜合素質(zhì)的提升，培養(yǎng)創(chuàng)造力，結(jié)合工業(yè)工程專業(yè)特點，建立如圖1所示的實驗教學(xué)體系框架，在此基礎(chǔ)上建立和完善各項與本專業(yè)相關(guān)的實驗教學(xué)體系。對引導(dǎo)型的工業(yè)工程學(xué)科前沿實驗，總結(jié)經(jīng)驗，進一步修訂和完善課程設(shè)置、教學(xué)大綱等。進一步凝練實驗項目，強化實驗與科研、工程實踐的結(jié)合和銜接，進一步突出對知識的綜合運用能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力與工程實踐能力的培養(yǎng)。

在該體系框架下，設(shè)計具體實驗/實習(xí)/課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括：①物流系統(tǒng)仿真實驗：通過混流組裝生產(chǎn)線、自動化立體倉庫、電子分揀中心和自主開發(fā)的教學(xué)實驗軟件平臺四大模塊，將實物系統(tǒng)與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合，覆蓋生產(chǎn)與物流系統(tǒng)的全部重要環(huán)節(jié)。使學(xué)生充分體驗物流系統(tǒng)中物料流、服務(wù)流、信息流互相影響、互相制約的關(guān)系。實驗內(nèi)容主要有：a.通過對各實驗工位的動作采集，結(jié)合作業(yè)動作分析的基本理論與方法，實現(xiàn)作業(yè)動作的科學(xué)制定；b.通過對生產(chǎn)作業(yè)工序的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)對工序流程的分析與優(yōu)化；c.通過對各實驗工位工時分析整理，找出實驗環(huán)節(jié)中的“瓶頸”工位，通過對“瓶頸”工位的優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)生產(chǎn)線平衡與優(yōu)化；d.通過對生產(chǎn)線速度的調(diào)整，使各工位的負荷保持相對穩(wěn)定，避免發(fā)生時緊時松現(xiàn)象，均衡高效地完成生產(chǎn)操作。②基礎(chǔ)工業(yè)工程實習(xí)：學(xué)生真實或模擬一種產(chǎn)品的需求調(diào)研、設(shè)計、加工、銷售等環(huán)節(jié)的運作過程，從中了解產(chǎn)品生產(chǎn)運作的全過程，進而完成基礎(chǔ)工業(yè)工程實習(xí)。實習(xí)步驟：a.組織學(xué)生實習(xí)，為期3周，組織形式為將學(xué)生分組，每組約6到8人，每組學(xué)生可自行組織；b.實驗產(chǎn)品主要以手工布藝制品為主，使實習(xí)具有可操作性；c.產(chǎn)品生產(chǎn)可以模擬簡單機械制品的裝配、測量等工作。③模擬企業(yè)組織實驗：將生產(chǎn)車間及主要生產(chǎn)設(shè)備、裝配車間及裝配線分別虛擬構(gòu)成小型化企業(yè)系統(tǒng)，以小型機電產(chǎn)品如機械傳動件、齒輪箱等為生產(chǎn)實驗對象，進行現(xiàn)代制造系統(tǒng)實驗、質(zhì)量可靠性（工序能力調(diào)查、質(zhì)量控制、抽樣檢驗）實驗、生產(chǎn)計劃與控制（開發(fā)與試制、多品種小批量生產(chǎn)）實驗以及工業(yè)工程和ERP等實驗。通過此實驗完成一部分產(chǎn)品管理課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計實踐教學(xué)。④質(zhì)量管理實驗：學(xué)生通過實驗充分理解SPC控制和MSA過程；學(xué)生制作或裝配某種產(chǎn)品，對每道工序采用專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，記錄質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用軟件畫出SPC控制圖并進行過程能力指數(shù)CPK的計算；對測量系統(tǒng)進行分析，學(xué)會使用常見測量儀器，對測量系統(tǒng)進行MSA分析，包括位置變差（線性、偏倚、穩(wěn)定性）、寬度變差（重復(fù)性、再現(xiàn)性）。具體實現(xiàn)：對測量對象（試件）進行數(shù)據(jù)測量，記錄在相應(yīng)表格，計數(shù)型及計量型數(shù)據(jù)分析（位置變差、寬度變差），通過此實驗也可完成一部分產(chǎn)品管理課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計實踐教學(xué)。⑤成本管理實驗：以成本核算實驗為主，實驗過程以現(xiàn)代生產(chǎn)物流與工業(yè)工程實驗室虛擬生產(chǎn)的實驗產(chǎn)品為成本計算對象，記錄各工序使用的各種原材料、輔助材料、生產(chǎn)工時、人工費用、消耗的動力費用、廢品情況，按照費用歸集分配方法，計算所生產(chǎn)實驗產(chǎn)品的成本，編制相關(guān)成本報表，并能夠進行相關(guān)分析。要求學(xué)生掌握成本核算的基本技巧，理解成本核算的基本原理，能夠熟練進行各種費用的歸集和分配，在此基礎(chǔ)上掌握成本計算的三種基本方法和相應(yīng)的輔助方法，并能較好地完成相關(guān)成本報表的編制和分析工作，掌握從事成本核算和成本管理工作的基本技能。通過此實驗也可完成一部分產(chǎn)品管理課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計實踐教學(xué)。

2.虛擬化工廠環(huán)境實驗室布局規(guī)劃。實驗室按企業(yè)運營模式組織學(xué)生進行相關(guān)實驗和課程設(shè)計。實驗室旨在完成《基礎(chǔ)工業(yè)工業(yè)工程》、《人因工程》、《設(shè)施規(guī)劃與物流分析》、《生產(chǎn)計劃與控制》、《先進制造系統(tǒng)》、《管理信息系統(tǒng)》和《質(zhì)量管理和可靠性分析》等專業(yè)核心課程的實踐教學(xué)。擬建實驗室布局結(jié)構(gòu)如圖2所示，實驗室建設(shè)按照軟硬件并重的思想，研究并建立硬件環(huán)境和軟件環(huán)境配置實施方案。

工業(yè)工程學(xué)科教育的發(fā)展要結(jié)合社會實際情況和各高校的現(xiàn)有條件，通過不斷改革使其課程和實踐環(huán)節(jié)設(shè)置更加合理，使學(xué)生具備較強的實踐能力，因此本研究適應(yīng)我國社會對工業(yè)工程人才的需求，并為工業(yè)工程學(xué)科的發(fā)展起到良好的推動作用。

參考文獻：

[1]殷復(fù)鵬，孫家坤，劉吉場.現(xiàn)代工業(yè)工程實驗室規(guī)劃與建設(shè)[J].高校實驗室工作研究，2008，98（4）：91-93.

[2]汪應(yīng)洛.工業(yè)工程導(dǎo)論[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[3]孫林巖.人因工程[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[4]朱伏平.工業(yè)工程實驗體系建設(shè)問題研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2006，（1）：73-74.

[8]吳愛華，崔如光，張毅偉，等.工業(yè)工程教學(xué)實驗體系的研究與實驗方法的改革[J].實驗室研究與探索，2001，20（2）：46-49.