面向?qū)W生系統(tǒng)建模能力培養(yǎng)的系統(tǒng)工程課程群建設(shè)內(nèi)容設(shè)計(jì)

［摘 要］系統(tǒng)工程學(xué)科特性和系統(tǒng)工程課程群課程獨(dú)立教學(xué)存在的問(wèn)題，決定了需要面向具體專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)建模的能力，進(jìn)行系統(tǒng)工程課程群建設(shè)。文章以工業(yè)工程專業(yè)為例，基于解決問(wèn)題的需求驅(qū)動(dòng)理念，按照“專業(yè)問(wèn)題→系統(tǒng)模型→課程教學(xué)內(nèi)容→課程教學(xué)軟件→實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目”的思路，提出專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)分析與建模問(wèn)題，以及問(wèn)題對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)模型，得到專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)建模需求；根據(jù)課程群建設(shè)原則，確定課程群各門(mén)課程的理論教學(xué)內(nèi)容以及各種模型求解所需要的計(jì)算機(jī)軟件，提出融合多課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目，提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的系統(tǒng)建模求解能力。

［關(guān)鍵詞］系統(tǒng)工程；課程群；系統(tǒng)建模；教學(xué)內(nèi)容；工業(yè)工程專業(yè)

［中圖分類號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）17-0038-06

系統(tǒng)工程把所研究的問(wèn)題、對(duì)象看作系統(tǒng)，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組織建立和管理看作工程實(shí)踐，是一門(mén)研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組織管理的技術(shù)。系統(tǒng)工程課程是許多專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課程提供系統(tǒng)分析與建模的系統(tǒng)工程理論和方法。

課程群是由內(nèi)容密切相關(guān)、相承和相互滲透的多門(mén)課程構(gòu)成的有機(jī)整體。教育部高教司2011年頒布的《關(guān)于啟動(dòng)實(shí)施“本科教學(xué)工程”“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目工作的通知》提出，要“更新完善教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程設(shè)置，形成具有鮮明特色的專業(yè)核心課程群”。課程設(shè)計(jì)是課程群建設(shè)的核心，而內(nèi)容設(shè)計(jì)是課程設(shè)計(jì)的核心，包括群內(nèi)課程融合和分解，是系統(tǒng)內(nèi)容的重新組合、分配[1]。

系統(tǒng)工程學(xué)科是一門(mén)橫斷性學(xué)科，系統(tǒng)工程課程與提供系統(tǒng)工程方法的課程構(gòu)成系統(tǒng)工程課程群，包括應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)課程、運(yùn)籌學(xué)課程（或最優(yōu)化理論與方法課程）、智能優(yōu)化算法課程、系統(tǒng)仿真課程。系統(tǒng)模型、模型求解方法是系統(tǒng)工程學(xué)科、課程群的主要和重要內(nèi)容。系統(tǒng)工程課程群各門(mén)課程之間的相關(guān)性如圖1所示。

一、系統(tǒng)工程課程群建設(shè)的必要性、內(nèi)容設(shè)計(jì)原則和思路

（一）系統(tǒng)工程課程群建設(shè)的必要性分析

1.系統(tǒng)工程課程群中課程獨(dú)立教學(xué)存在的問(wèn)題

彭月平等[2]、宋栓軍等[3]、沈瑾[4]分析了系統(tǒng)工程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題。筆者結(jié)合文獻(xiàn)研究和教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)歸納相關(guān)課程在獨(dú)立教學(xué)情況下，教師“教”和學(xué)生“學(xué)”存在的問(wèn)題。

一是系統(tǒng)工程課程教學(xué)、專業(yè)課程教學(xué)缺乏先修課程的有效支持。系統(tǒng)工程體系龐大，因此有“系統(tǒng)工程不系統(tǒng)”之說(shuō)。在有機(jī)融合先修課程（系統(tǒng)工程方法體系課程）和工業(yè)工程后續(xù)專業(yè)課程的情況下，部分教師追求系統(tǒng)工程理論體系的完整性，認(rèn)為很多內(nèi)容都需要講授但學(xué)時(shí)有限（一般為32學(xué)時(shí)），陷入系統(tǒng)工程課程內(nèi)容多、時(shí)間少的困境中。部分教師在孤立開(kāi)展各門(mén)課程教學(xué)的情況下，未能從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的大局出發(fā)，而是追求本門(mén)課程知識(shí)的完整性，壓縮實(shí)踐教學(xué)時(shí)間。

二是課程教學(xué)缺乏與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和后續(xù)專業(yè)課程的有效銜接，部分教師孤立式地進(jìn)行不同課程的教學(xué)，使系統(tǒng)工程課程教學(xué)缺乏與專業(yè)課程知識(shí)的有效關(guān)聯(lián)。此外，部分教師未能以專業(yè)培養(yǎng)需求和學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)，往往以（經(jīng)典）教材內(nèi)容為導(dǎo)向展開(kāi)教學(xué)，如部分教師按照汪應(yīng)洛主編、機(jī)械工業(yè)出版社出版的教材《系統(tǒng)工程》中的章節(jié)編排順序進(jìn)行課程講授。

三是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。由于系統(tǒng)工程理論的學(xué)習(xí)內(nèi)容多、實(shí)踐性的學(xué)習(xí)時(shí)間少，與專業(yè)課程、專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的有機(jī)融合不足，學(xué)生難以理解系統(tǒng)工程學(xué)科內(nèi)部的理論與方法體系，難以理解所學(xué)專業(yè)與系統(tǒng)工程的密切關(guān)系，不知道系統(tǒng)工程理論與方法具體有什么用途、能夠解決什么具體問(wèn)題，覺(jué)得課程內(nèi)容深?yuàn)W、晦澀難懂，從而缺乏學(xué)習(xí)目標(biāo)和動(dòng)力，學(xué)習(xí)興趣不高、缺乏主動(dòng)性。此外，由于實(shí)踐性學(xué)習(xí)時(shí)間較少，學(xué)生難以針對(duì)本專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型，或者建立數(shù)學(xué)模型后難以求解模型，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力較弱。

2.系統(tǒng)工程學(xué)科特征決定需要開(kāi)展課程群建設(shè)

應(yīng)用系統(tǒng)工程方法解決實(shí)際問(wèn)題的核心手段是對(duì)所研究的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)建模。系統(tǒng)工程學(xué)科的學(xué)科橫斷性和應(yīng)用實(shí)踐性、集成創(chuàng)新性和應(yīng)用創(chuàng)新性決定了系統(tǒng)工程課程要實(shí)施多課程融合教學(xué)，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)等方法，多課程、多方面培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)建模的能力。

3.系統(tǒng)工程課程群建設(shè)有待深入研究

楊男等[5]提出將工業(yè)工程專業(yè)的系統(tǒng)工程課程、運(yùn)籌學(xué)課程、管理學(xué)概論課程組成系統(tǒng)工程課程群，并提出建設(shè)思路，但沒(méi)有進(jìn)一步研究課程群教學(xué)內(nèi)容的整合，也沒(méi)有研究這3門(mén)課程與工業(yè)工程專業(yè)課程、專業(yè)問(wèn)題的有機(jī)銜接。朱曉敏等[6]提出將工業(yè)工程專業(yè)的管理運(yùn)籌學(xué)課程、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)課程、系統(tǒng)建模與仿真課程、生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程、物流系統(tǒng)與設(shè)施規(guī)劃課程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)課程6門(mén)課程組成雙語(yǔ)教學(xué)課程群，探討了雙語(yǔ)教學(xué)存在問(wèn)題的解決思路，但未研究課程群建設(shè)的內(nèi)容。張智聰?shù)萚7]將運(yùn)籌學(xué)課程和工業(yè)工程專業(yè)核心課程組成生產(chǎn)與物流類課程群，提出把運(yùn)籌學(xué)融入專業(yè)課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用運(yùn)籌優(yōu)化技術(shù)有效解決生產(chǎn)與物流管理問(wèn)題的能力，該研究針對(duì)專業(yè)課程教學(xué)而非運(yùn)籌學(xué)課程教學(xué)，沒(méi)有把系統(tǒng)工程課程群的其他課程納入課程群進(jìn)行研究。

（二）系統(tǒng)工程課程群內(nèi)容設(shè)計(jì)的原則

基于CDIO工程教育模式的“做中學(xué)”理念[8]和課程群融合與分解策略規(guī)律[1]，系統(tǒng)工程課程群內(nèi)容設(shè)計(jì)的原則如下：

一是相關(guān)性原則。按照系統(tǒng)工程學(xué)科體系，把相關(guān)課程設(shè)置成課程群內(nèi)課程。

二是無(wú)冗余性原則。合并課程同類內(nèi)容，刪除課程群內(nèi)課程之間的重復(fù)內(nèi)容。

三是進(jìn)階性原則。按照課程之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)行內(nèi)容進(jìn)階式（內(nèi)容有序銜接）課程教學(xué)內(nèi)容分配。

四是學(xué)以致用原則。結(jié)合提高學(xué)生專業(yè)問(wèn)題解決能力的目標(biāo)來(lái)篩選內(nèi)容，有機(jī)銜接具體專業(yè)的專業(yè)課。

五是完整性原則。覆蓋解決具體專業(yè)問(wèn)題所需的系統(tǒng)工程理論與方法，盡量不遺漏地選擇課程內(nèi)容。

六是綜合性原則。不能簡(jiǎn)單地將課程內(nèi)容進(jìn)行堆積，需要有機(jī)集成多課程內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目。

（三）面向工業(yè)工程專業(yè)的系統(tǒng)工程課程群內(nèi)容設(shè)計(jì)的思路

基于系統(tǒng)工程課程群設(shè)計(jì)原則，面向工業(yè)工程專業(yè)的課程群內(nèi)容設(shè)計(jì)思路如下：

一是從工業(yè)工程專業(yè)的核心專業(yè)課程——設(shè)施規(guī)劃與物流分析課程、生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程、質(zhì)量與可靠性工程課程中提煉出工業(yè)工程專業(yè)領(lǐng)域的本質(zhì)、經(jīng)典系統(tǒng)建模問(wèn)題，并分門(mén)別類。

二是分析工業(yè)工程專業(yè)問(wèn)題，按照基于模型功能的系統(tǒng)模型分類，確定解決問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)建模所需建立的預(yù)測(cè)、優(yōu)化、結(jié)構(gòu)、決策、評(píng)價(jià)模型。

三是面向系統(tǒng)模型建立和求解，基于學(xué)以致用原則，在確定系統(tǒng)模型教學(xué)后，確定系統(tǒng)工程課程群各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容。

四是面向模型求解方法實(shí)現(xiàn)，提出系統(tǒng)工程課程教學(xué)的計(jì)算機(jī)軟件。

五是結(jié)合學(xué)生深入學(xué)習(xí)理論知識(shí)和提高復(fù)雜問(wèn)題的系統(tǒng)建模求解能力的目標(biāo)，提出融合系統(tǒng)工程課程群多知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模教學(xué)項(xiàng)目。

二、引領(lǐng)系統(tǒng)工程課程群教學(xué)的工業(yè)工程專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題設(shè)計(jì)

基于設(shè)施規(guī)劃與物流分析課程、生產(chǎn)計(jì)劃與控制課程、質(zhì)量與可靠性工程課程三門(mén)課程，從服務(wù)性生產(chǎn)和制造性生產(chǎn)兩方面，提煉出工業(yè)工程領(lǐng)域的經(jīng)典問(wèn)題。

一是服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題，包括服務(wù)設(shè)施選址、服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)能力規(guī)劃、服務(wù)需求預(yù)測(cè)、服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)排班計(jì)劃、服務(wù)預(yù)約與調(diào)度、配送服務(wù)路徑優(yōu)化問(wèn)題。

二是制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要有制造設(shè)施選址問(wèn)題（單設(shè)施選址與網(wǎng)絡(luò)選址、連續(xù)選址與離散選址）、制造設(shè)施布局規(guī)劃、制造流水線平衡設(shè)計(jì)、加工系統(tǒng)加工能力設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)、生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題。

三是制造系統(tǒng)運(yùn)行與控制問(wèn)題，主要有綜合生產(chǎn)計(jì)劃、物料采購(gòu)計(jì)劃、物料采購(gòu)的供應(yīng)商決策、產(chǎn)品需求預(yù)測(cè)、產(chǎn)品生產(chǎn)排班計(jì)劃、生產(chǎn)—存儲(chǔ)—采購(gòu)聯(lián)合決策、零件車間加工排序、生產(chǎn)制造物料搬運(yùn)的容器選擇與裝載、生產(chǎn)制造物料搬運(yùn)路線優(yōu)化、車間生產(chǎn)物料配送的路線優(yōu)化、產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量因素影響分析、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量改進(jìn)方案分析問(wèn)題。

三、面向工業(yè)工程專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的系統(tǒng)模型教學(xué)確定

面向工業(yè)工程專業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題的解決，確定所需開(kāi)展教學(xué)的系統(tǒng)工程模型。

一是系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型，包括用于服務(wù)需求預(yù)測(cè)、實(shí)物產(chǎn)品需求預(yù)測(cè)的回歸分析模型和時(shí)間序列分析模型。

二是系統(tǒng)優(yōu)化與決策模型，包括用于服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)排班計(jì)劃、服務(wù)預(yù)約與調(diào)度、產(chǎn)品生產(chǎn)排班計(jì)劃、單一產(chǎn)品多階段綜合生產(chǎn)計(jì)劃（生產(chǎn)—儲(chǔ)存聯(lián)合決策）的整數(shù)線性規(guī)劃模型，用于多產(chǎn)品綜合生產(chǎn)計(jì)劃的含0-1變量的整數(shù)線性規(guī)劃模型、零件加工排序（生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃）的0-1整數(shù)線性規(guī)劃模型，用于生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題研究的多約束、多選擇的背包問(wèn)題（模型），用于物料采購(gòu)計(jì)劃（下料問(wèn)題）、制造流水線平衡設(shè)計(jì)、物料搬運(yùn)系統(tǒng)集裝容器選擇的各類裝箱問(wèn)題（模型），用于配送服務(wù)路徑優(yōu)化、車間生產(chǎn)物料配送路線優(yōu)化的各類車輛路徑問(wèn)題，用于制造設(shè)施布局規(guī)劃的二次指派問(wèn)題，用于多階段綜合生產(chǎn)計(jì)劃（生產(chǎn)—儲(chǔ)存聯(lián)合決策）、設(shè)施選址—物流量分配和采購(gòu)商選擇決策的各類運(yùn)輸模型，用于服務(wù)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)選址的各類服務(wù)覆蓋問(wèn)題（模型）。背包問(wèn)題、裝箱問(wèn)題、車輛路徑問(wèn)題、二次指派問(wèn)題、覆蓋問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型屬于整數(shù)規(guī)劃模型。上述模型按照優(yōu)化目標(biāo)數(shù)量，分為單目標(biāo)優(yōu)化模型和多目標(biāo)優(yōu)化模型。

三是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述與行為/功能模擬模型），包括用于服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)能力規(guī)劃、加工系統(tǒng)加工能力設(shè)計(jì)的排隊(duì)論模型和蒙特卡洛模擬模型，用于模擬“產(chǎn)品批量采購(gòu)/生產(chǎn)—產(chǎn)品儲(chǔ)存—產(chǎn)品銷售”的蒙特卡洛模擬模型，用于模擬“原料采購(gòu)—產(chǎn)品生產(chǎn)—產(chǎn)品儲(chǔ)存—產(chǎn)品銷售”整體方案的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬模型。

四是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型（系統(tǒng)要素構(gòu)成及其相互關(guān)系分析），包括用于產(chǎn)品制造質(zhì)量影響因素分析、產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)質(zhì)量分析）的方差分析模型。

五是系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型，包括用于物料采購(gòu)商選擇決策的問(wèn)題、用于制造與服務(wù)系統(tǒng)的離散選址問(wèn)題。

四、面向工業(yè)工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)建模能力的系統(tǒng)工程課程群教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)

（一）應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)

假設(shè)概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)課程講授完統(tǒng)計(jì)量及其抽樣分布、假設(shè)檢驗(yàn)（參數(shù)與非參數(shù)檢驗(yàn)）和參數(shù)估計(jì)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)課程開(kāi)展以下內(nèi)容教學(xué)。

一是統(tǒng)計(jì)的相關(guān)概念、統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的類型及其搜集方式、統(tǒng)計(jì)的圖表展示方法、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的概括性度量方法。

二是系統(tǒng)預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，包括回歸分析模型（一元線性回歸模型、多元線性回歸模型）、非線性回歸模型、時(shí)間序列分析模型（平穩(wěn)序列預(yù)測(cè)模型、趨勢(shì)型序列預(yù)測(cè)模型、復(fù)合型序列分解預(yù)測(cè)模型）。

三是應(yīng)用于系統(tǒng)要素構(gòu)成及其相互關(guān)系分析的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法——方差分析。

（二）運(yùn)籌優(yōu)化

1.優(yōu)化理論基礎(chǔ)

優(yōu)化理論基礎(chǔ)的內(nèi)容包括運(yùn)籌學(xué)的含義與分支、經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域，局部最優(yōu)解和全局最優(yōu)解，多元函數(shù)極值點(diǎn)存在的充分條件、必要條件，凸集的概念與判定，函數(shù)凸性的概念、保持凸性的運(yùn)算，凸函數(shù)的判定，凸規(guī)劃的概念與判定，凸規(guī)劃的性質(zhì)，對(duì)偶理論［包括拉格朗日對(duì)偶函數(shù)與對(duì)偶問(wèn)題、約束非線性規(guī)劃模型的最優(yōu)性條件（凸規(guī)劃和非凸規(guī)劃的庫(kù)恩塔克條件）、利用對(duì)偶理論求解優(yōu)化問(wèn)題］。

2.優(yōu)化模型

優(yōu)化模型的內(nèi)容包括線性規(guī)劃模型及其建模技巧、整數(shù)規(guī)劃模型及其建模技巧、非線性規(guī)劃模型、非線性建模問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃模型，約束條件各種邏輯關(guān)系下的0-1變量建模、“靜態(tài)”優(yōu)化“難”求解模型轉(zhuǎn)為“易于”求解的動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型、面向生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題的組合優(yōu)化模型。

3.優(yōu)化算法基礎(chǔ)

優(yōu)化算法基礎(chǔ)的內(nèi)容包括：

第一，線性規(guī)劃模型解的性質(zhì)及其求解的單純形法。

第二，整數(shù)線性規(guī)劃模型求解的分支定界法。

第三，非線性規(guī)劃求解方法，包括無(wú)約束非線性規(guī)劃模型求解的梯度下降法、隨機(jī)梯度下降法、牛頓法、擬牛頓法，約束非線性規(guī)劃模型求解的可行方向法、制約函數(shù)法（罰函數(shù)法和障礙函數(shù)法）。

第四，動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法和貪心算法及其應(yīng)用，包括貪心算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法以及兩者的異同點(diǎn)、關(guān)系，動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法在線性規(guī)劃模型和非線性規(guī)劃模型，連續(xù)變量模型和離散變量模型，背包問(wèn)題，車輛路徑問(wèn)題，單一產(chǎn)品多階段、多品種產(chǎn)品綜合生產(chǎn)計(jì)劃模型中的應(yīng)用，貪心算法在各類背包問(wèn)題、各類裝箱問(wèn)題、生產(chǎn)排序問(wèn)題中的應(yīng)用。

（三）智能優(yōu)化算法

智能優(yōu)化算法屬于運(yùn)籌優(yōu)化理論與方法的分支，運(yùn)籌學(xué)研究數(shù)學(xué)模型及其精確求解算法，智能優(yōu)化算法研究?jī)?yōu)化問(wèn)題的通用性元啟發(fā)式算法。智能優(yōu)化算法的內(nèi)容包括：

第一，智能優(yōu)化算法簡(jiǎn)介。簡(jiǎn)介內(nèi)容包括傳統(tǒng)優(yōu)化方法（精確優(yōu)化方法）的局限性，實(shí)際問(wèn)題對(duì)最優(yōu)化方法的要求，智能優(yōu)化方法的含義、類型、局限性及其研究方向。

第二，智能優(yōu)化算法基礎(chǔ)——偽隨機(jī)數(shù)及其產(chǎn)生。包括偽隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方法（偽隨機(jī)數(shù)在智能優(yōu)化方法中的應(yīng)用、0-1均勻分布和正態(tài)分布偽隨機(jī)數(shù)生成與檢驗(yàn)方法、其他分布偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的逆變法）。

第三，典型的進(jìn)化模擬算法——遺傳算法、典型的群智能算法——蟻群算法、其他算法。

第四，采用典型智能優(yōu)化算法求解典型的生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制優(yōu)化模型，例如采用遺傳算法、蟻群算法求解車輛路徑問(wèn)題、背包問(wèn)題、準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)計(jì)劃模型、車間作業(yè)調(diào)度問(wèn)題、二次指派問(wèn)題。

第五，多目標(biāo)優(yōu)化及其解的概念、多目標(biāo)優(yōu)化求解方法（約束法、分層序列法、功效系數(shù)法、評(píng)價(jià)函數(shù)法）、利用智能優(yōu)化算法求解多目標(biāo)優(yōu)化模型（遺傳算法求解、蟻群算法求解）。

（四）系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程的內(nèi)容包括：

第一，系統(tǒng)與系統(tǒng)工程方法的含義。包括系統(tǒng)工程方法論的含義，系統(tǒng)分析的含義與步驟，霍爾三維結(jié)構(gòu)模型，系統(tǒng)模型的概念、分類方法與類型，系統(tǒng)建模的原則、步驟和方法，系統(tǒng)模型的有效性評(píng)價(jià)。

第二，系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型與計(jì)算方法。包括系統(tǒng)評(píng)價(jià)的含義、步驟，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算模型（優(yōu)劣解距離法、模糊綜合評(píng)判法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、線性加權(quán)模型、非線性加權(quán)模型），系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)一致化處理和預(yù)處理方法（標(biāo)準(zhǔn)樣本變換法、線性比例變換法、向量歸一化法、極差變換法、功效系數(shù)法），系統(tǒng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法（主觀賦權(quán)法，包括層次分析法、模糊層次分析法、集值迭代法）、客觀賦權(quán)法（熵值法、均方差法、極差法、主成分分析法）。

第三，系統(tǒng)決策模型。包括系統(tǒng)決策的含義與分類、基于益損值和效用值的風(fēng)險(xiǎn)決策模型、考慮信息價(jià)值的風(fēng)險(xiǎn)決策模型、不確定性決策模型。

第四，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型與仿真。包括系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理、反饋回路的DYNAMO仿真分析。

（五）離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真

離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的內(nèi)容包括：

第一，離散事件系統(tǒng)仿真的基本原理和一般步驟。

第二，離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模方法。包括實(shí)體流法、活動(dòng)循環(huán)圖法、面向?qū)ο蠓?、Petri建模法。

第三，偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生法與蒙特卡洛模擬。包括各種分布偽隨機(jī)數(shù)生成的直接抽樣法（逆變法、函數(shù)變換法、組合法）、復(fù)合抽樣法、篩選抽樣法，隨機(jī)向量生成的直接抽樣法和篩選抽樣法，蒙特卡洛模擬及其在排隊(duì)系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

第四，仿真數(shù)據(jù)分析。包括仿真輸入數(shù)據(jù)分析（包括數(shù)據(jù)收集、分布識(shí)別、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)），仿真輸出數(shù)據(jù)分析（包括系統(tǒng)性能測(cè)度及其估計(jì)、終態(tài)仿真結(jié)果分析、穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果分析）。

第五，系統(tǒng)仿真方案比較與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。包括仿真方案比較評(píng)價(jià)、方差縮減技術(shù)、仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

第六，生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建。包括生產(chǎn)對(duì)象建模、生產(chǎn)活動(dòng)建模、生產(chǎn)系統(tǒng)性能評(píng)估。

第七，典型生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制問(wèn)題仿真。包括生產(chǎn)計(jì)劃仿真、設(shè)施布局仿真、物料配送仿真、物料存儲(chǔ)仿真、裝配生產(chǎn)線仿真、加工生產(chǎn)線仿真，等等。

（六）模型求解方法實(shí)現(xiàn)所需要掌握的軟件

模型求解方法實(shí)現(xiàn)所需要掌握的軟件包括：

第一，模型求解方法實(shí)現(xiàn)的通用編程語(yǔ)言，主要有MATLAB和Python。這兩種編程語(yǔ)言可以用于系統(tǒng)傳統(tǒng)優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)、智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法實(shí)現(xiàn)、蒙特卡洛模擬仿真、系統(tǒng)預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)要素之間關(guān)系分析建模方法/算法實(shí)現(xiàn)。

第二，不同系統(tǒng)模型求解的專業(yè)軟件。包括專業(yè)統(tǒng)計(jì)分析軟件，如SPSS等，用于統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)建模方法實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)要素的關(guān)系分析建模方法實(shí)現(xiàn)；商業(yè)用優(yōu)化軟件，如ILOG OPL、CPLEX、XPRESS；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型構(gòu)建與仿真分析軟件，如Vensim、AnyLogic等。

（七）融合課程群多知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)建模教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目

對(duì)于復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行、控制的復(fù)雜問(wèn)題，需要綜合利用多種系統(tǒng)工程方法、多課程知識(shí)、多種計(jì)算機(jī)軟件工具，進(jìn)行系統(tǒng)建模求解。相應(yīng)地，在教學(xué)中，需要融合課程群的多知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)建模教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目。

教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路之一：專業(yè)課程理論+問(wèn)題數(shù)據(jù)分析+（結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、評(píng)價(jià)、決策建模的）兩種或兩種以上模型建模。例如，XX服務(wù)能力提升、動(dòng)態(tài)設(shè)置與排班計(jì)劃研究，該項(xiàng)目涉及的專業(yè)課程理論有產(chǎn)能規(guī)劃、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、工作方法研究，涉及的系統(tǒng)模型和模型求解方法包括假設(shè)檢驗(yàn)、排隊(duì)論、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真、整數(shù)線性規(guī)劃，以及整數(shù)線性規(guī)劃的求解方法。

教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路之二：專業(yè)課程理論+問(wèn)題數(shù)據(jù)分析+（結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)、優(yōu)化、評(píng)價(jià)、決策建模的）兩種或兩種以上模型參數(shù)/變量求解方法。例如，基于QOH和主客觀集成賦權(quán)的XX供應(yīng)商選擇評(píng)價(jià)研究，該項(xiàng)目涉及的專業(yè)課程理論有質(zhì)量屋（QOH）、業(yè)務(wù)外包與供應(yīng)商管理，涉及的系統(tǒng)建模包括系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)處理方法、系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重求解方法（主觀賦權(quán)、客觀賦權(quán)、主客觀集成賦權(quán)）、綜合評(píng)價(jià)值計(jì)算模型，需要學(xué)生考慮實(shí)際問(wèn)題，恰當(dāng)選擇系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型和模型參數(shù)計(jì)算方法。

五、結(jié)語(yǔ)

本研究以培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)建模能力為目標(biāo)，提煉出工業(yè)工程領(lǐng)域需要系統(tǒng)建模求解的經(jīng)典問(wèn)題，提出工業(yè)工程領(lǐng)域問(wèn)題求解需要建立的系統(tǒng)模型，面向工業(yè)工程問(wèn)題求解創(chuàng)新性設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程課程群教學(xué)內(nèi)容，具有如下作用：

一是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程課程群不同課程的知識(shí)之間相互銜接，并解決教學(xué)內(nèi)容冗余的問(wèn)題。

二是系統(tǒng)工程群內(nèi)的課程有機(jī)融合，能夠有效整合系統(tǒng)工程方法體系，培養(yǎng)學(xué)生完整過(guò)程的系統(tǒng)建模能力、整合多種系統(tǒng)工程方法解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。

三是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程課程群與具體專業(yè)課程的有機(jī)融合，尋得系統(tǒng)工程方法的應(yīng)用場(chǎng)景、案例與實(shí)踐教學(xué)載體，解決傳統(tǒng)系統(tǒng)工程課程教學(xué)無(wú)法滿足后續(xù)專業(yè)課程、學(xué)生就業(yè)、考研深造對(duì)學(xué)生系統(tǒng)建模能力需求的問(wèn)題。

四是融合系統(tǒng)工程課程群與專業(yè)課程開(kāi)展項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，可以解決學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、學(xué)習(xí)積極性低和主動(dòng)性低的問(wèn)題，注重系統(tǒng)工程理論與方法的理論教學(xué)、輕系統(tǒng)建模能力培養(yǎng)、輕非技術(shù)性能力培養(yǎng)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)掌握與應(yīng)用能力提升有機(jī)結(jié)合。

本研究雖然面向工業(yè)工程專業(yè)，但對(duì)于以系統(tǒng)工程為核心專業(yè)基礎(chǔ)課的其他專業(yè)，也具有推廣價(jià)值。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：黃緊德］