基于应用型的工业工程实验教学方法研究

郑玉巧，杨 萍

(兰州理工大学 数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，兰州 730050)

工业工程是一门工程技术与管理技术相结合的综合性工程领域。它以降低成本，提高质量和生产效率为导向，采用专业化和科学化的方法，综合运用多种学科的知识，对人员物料设备、能源和信息所组成的集成系统进行规划、设计、评价、创新和决策等，使之成为更有效更合理的综合化系统［1－2］。因此在工业工程专业的教学过程中，实验及相关实践环节必不可少，对学生的实践能力和运用综合知识进行科学研究的技能，具有特别重要的作用［3－4］。对于工业工程“懂技术，会管理”的专业特性，如何设置物流系列课程的教学内容形成具有工程背景专业的物流知识教学体系，如何在教学方法的改革与创新方面培养应用型的工业工程人才具有切合实际的物流知识体系，真正做到人才适应社会，是工业工程专业课程教学改革面临问题［5］。因此，探索应用型的工业工程专业实验教学方法对高质量的工业工程专业人才培养是非常必要的。

1 工业工程实践教学现状

无论是是基础工业工程、先进制造还是设施规划和物流分析等课程的实验大多是对生产现场某个系统的简单模拟，真正的企业生产现场远远要复杂很多并且发生着日新月异的变化。传统的工业工程实验手段一般比较单一，课程实验主要以验证性实验为主，实验学时偏少，内容单一，主要目的为加深对于理论理解和方式方法的简单认知;缺乏实践运用过程;课程设计方面，各课程设计相对独立，大多围绕具体的课程服务，无法同时针对各个学科的知识进行综合型的实践，设计内容与理论内容缺少联系，缺少大型的综合性的创新实践平台，学生的综合应用水平较低，创新能力有限。结合学校实际情况拟定一个适合应用型工业工程人才培养专业实践教学模式，具有重要意义［6－7］。

2 工业工程实验室设置

IE(工业工程)实验项目主要包括:物流综合实验室，现代制造中心实验，自动化立体仓库实验，供、产、销一体化企业中人、财、物、设备、方法、信息等资源的运行状况，充分挖掘企业人财物的利用潜力，进行整体分解并实现充分优化组合，并对整个系统进行模拟。为了保证以上实验的顺利进行，充分利用现代技术和教学理念，建设一种现代工业工程专业教学实验系统，兰州理工大学建设了物流工程实验室和人因工程实验室，学校规划新建了工作研究实验室、建模仿真实验室两个专业实验室。

2.1 物流系统实验室

实物系统由固高公司研发，主要有自动化立体仓库、MES 制造系统、货架、堆垛机、地轨和天轨;控制柜;电气系统;辊筒线;皮带线;倍速链;转角机;出货台;入货台;条形码识别及使用SQL Server 2000 数据库于MES(WMS)进行接口。Profibus DP，Profibus Master 软件等构成。自动化立体仓库如图1 所示，主要承担物流设施与规划课程实验教学及课程设计。物流系列课程的实践教学环节，是对学生进行生产实际操作技能大锻炼分析解决实际问题能力，通过自动化立体仓库及周边传输线模拟企物流分析规划及物流管理过程，开展物流相关的综合型实验。

图1 自动化立体仓库

2.2 人因工程实验室建设

建设人因工程实验室的目的在于充分综合运用人因工程方面的设备和技术，教学上支持人因工程、虚拟现实应用、协同设计与制造等方面的工业工程和制造工程课程实验，提供学生创新能力培养的基本环境和设备技术实施手段，同时支持在虚拟设计制造、产品快速开发、劳动作业安全、人机系统设计等方面的科研和交流［8－9］。目前人因工程实验室主要设备有人体测量仪、秒表、卷尺、湿度计、跑步机、人体称，照度计、反应时测定仪，多道心理测试仪、主要针对本科生基础人因工程课程教学内容，满足基础实验教学要求。内容包括:人体测量、动作稳定性分析、空间直觉测试、人机界面设计，旨在让学生掌握基本的人因学测量方法，强化人因工程的概念，并且能在今后的实际工作中自觉地考虑人、机、环境影响因素，提高工程设计的人性化水平。与此同时，也将新增创新实验，不断更新和丰富教学实验内容。使实验教学在加强学生对理论知识的理解和应用的同时，培养学生的动手能力和分析、解决问题的能力。

3 实验教学方法改革

实验教学内容的改革，为工业工程人才的培养起到了关键作用，如果单一的教学方法，教学效果与该课程应达到的教学目的和专业人才培养目标会有一定的差距，为了提高学生的学习兴趣及对知识整体的掌握，应采用多种具有创新性的教学方法。目前，多媒体教学、网络教学教学内容丰富、形式灵活等特点吸引了师生的注意力，主要专业课全部采用多媒体上课，效果良好。建立工业工程网上教学与交流信息平台，为进一步实现网络教学奠定基础。对于学生创新能力的培养问题，在本科导师的指导下，积极参加学院和学校组织的各项科技创新活动。为了培养应用型工业工程人才，充分利用工业工程实验室资源，开发出适合本科教学特点的流水线组装实验［10］。应用基础工业工程的作业分析和动作分析方法，结合动作分析软件，找出有效动素、辅助动素和无效动素调整工位及作业内容，得到标准作业方案，应用基础工业工程的作业分析和动作分析方法，结合动作分析软件，找出有效动素、辅助动素和无效动素调整工位及作业内容，得到标准作业方案，进一步完善了工业工程实验系统的开发。结合工业工程流水线设备如图2 所示，开设创新实验。

具体内容:围绕油嘴、油泵产品，进行装配及时间测定;产品装配工艺规划;装配工艺计算机建模、仿真和优化;生产线及物料配送规划。

图2 工业工程流水线

首先，熟悉油嘴、油泵产品的组成和产品装配过程、实验室制造系统设施与环境，组建模拟制造企业。然后，进行产品装配工艺分析规划、仿真与优化。包括:分析记录装配过程，测定装配标准时间，编制产品流程程序分析、动作分析及装配工艺;产品装配工艺过程仿真与优化。最后，进行制造系统方案规划、分析、仿真与优化。包括:制造系统设计规划;制造系统分析仿真;制造系统支撑软件开发;制造系统优化与方案确定。通过产品生产组织与实施，产品生产过程及制造系统分析评价，产品生产过程及制造系统改善。锻炼了学生综合应用专业知识的能力。更好地满足了社会对工业工程应用型人才的需求，促进了实践教学的改进。

4 结束语

工业工程是一个实践性非常强的专业，利用现有的专业实验室，以培养学生的实际能力为目的，开设综合型、设计性及创新实验，对学生进行实践动手能力、协同合作能力、分析和解决问题的能力、创新能力等全面素质的培养，真正做到学生在实践教学环节获得真正的感受和效益。

［1］周贞云，叶春明，曹国安，等. 工业工程实验室建设的研究和实施［J］. 工业工程与管理，2004(4):125－130.

［2］杨晓英，马伟，李济顺. 现代工业工程教学实验系统的规划设计［J］. 河南科技人学学报:自然科学版，2004(4):17－20.

［3］张绪柱. 工业工程实验与实习教程［M］. 北京:机械工业出版社，2006.

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［7］Hendrick H W. Erg onomics:An International Perspective［M］.［S.l］.CRC Press，1999.

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［9］郭伏，杨学涵. 人因工程学［M］. 沈阳:东北大学出版社，2001.

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