基于制造业视角的工业工程实践教学研究

郑玉巧，赵家黎，吴　苍

(兰州理工大学　机电工程学院，兰州　730050)



基于制造业视角的工业工程实践教学研究

郑玉巧，赵家黎，吴苍

(兰州理工大学机电工程学院，兰州730050)

摘要随着现代制造业的快速发展，对工业工程专业方面的人才提出了更高的要求。该文针对工业工程专业特点，分析了工业工程实践教学的现状，提出了设施规划与物流分析、生产计划与控制、人因工程实验的建设思路，指出加强产学研对实践教学的重要影响，以构筑面向学生专业素质、动手操作能力和创新能力培养的工业工程专业视角教学模式。

关键词工业工程;实践教学;研究

工业工程是一门涵盖工程与管理的交叉新型学科。它以各种复杂的工业系统为研究对象，以系统中的人力、物质、信息、能源、生产组织等为要素，旨在通过科学、合理地组织协调相关生产要素，进而实现工业系统及工程项目性能、经济效益与生产率的最佳优化[1-2]。在诸多的国内制造企业中，大部分企业均已设立工业工程部门，并做了大量卓有成效的工作，推动工业工程在制造业中的快速发展。纵观国内外工业工程学科的教学实践情况，大致可划分两大类，设立于管理学科、偏向管理方法，设立在机械工程学科、则偏向工程。但是，机械制造及各种复杂生产系统始终为工业工程的典型研究对象。而工业工程实践教学是保障专业人才质量的必要条件之一[3- 4]。因此，研究工业工程专业实践教学模式的构建，显得尤为重要。

1工业工程实践教学现状

无论基础工业工程、还是物流设施与规划等课程的实验大多为某生产系统某个对象的简单流程模拟，而实际生产现场工艺流程变化极为复杂。传统的工业工程实验手段方法单一，缺乏系统性，课程实验大多表现为验证性实验，实践教学学时偏少，仅是对实验对象的简单认知模拟。缺乏实践系统综合运用分析过程，各实验项目之间相互独立，缺乏必要的联系。在这种情况下，学生做完所有专业课程实验，头脑中无法建立起一个专业的系统概念。很多专业知识理解欠佳。而大多数实验仅满足验证课堂教学理论的要求，很难与企业生产现场实际接轨[5]。工业工程实践教学环节问题显得尤为突出，主要表现在：理论教学与实践环节脱离，实验课时偏少；实验项目分散，内容和形式单一；仪器设备短缺，实验经费缺乏。为了摆脱这种严峻局面，结合专业实际情况拟定一个科学的、系统的工业工程实践教学模式，是急需解决的核心问题。

2工业工程专业实验教学建设思路

为实现创新人才的培养目标，必要的、高水平的实验室及现代化的教学设施必不可少。不断完善工业工程专业实验条件，完善实验项目、丰富实验教学内容，并开设系列、系统性的实验、实习和社会实践活动，通过一个共同的典型实验载体，将各项实验联系起来，形成一个有机的整体，进而体现实验教学与理论教学的有机融合。实现这种指导思想的具体方法为，围绕典型的实验对象开发相关实验，使其整个实验教学体系能模拟某企业的工程经济分析、设施规划与布局、人机系统设计、物流系统设计、劳动定额与标准工作方法制定、生产计划与控制、质量管理等所包含的物流、资金流、信息流及人员流的全部或大部分工业工程实践活动[6]，以保证各实验模块的相互衔接，尽可能做到该实验结果直接为其他实验的前提条件。在实验类型设置中，特别注意单项实验与综合实验相结合，验证实验、认知实验与学生自主开发实验的协调统一性，以构成完整的实验体系。

2.1设施规划与物流分析实验

该实验设备主要包含自动化立体仓库、MES 制造系统、货架、堆垛机，地轨和天轨、 控制柜、辊筒线、倍速链、转角机、皮带线、入货台、出货台、 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 软件等组成。自动化立体仓库模型如图1 所示，工业流水线如图2所示。

图1　自动化立体仓库

图2　工业工程流水线

做业务流程实验时，通过参考课堂教学内容及教师提供的参考资料，让学生详细阅读仓储管理业务流程、生产线装配工作模式等相关资料，熟悉生产型企业中业务流程各个阶段所需要完成的工作。让学生了解整个企业生产业务流程，然后进行人员分组。具体按表1所示进行分组：

表1　工业流水线分组情况

学生分别扮演不同的角色，并通过采用计算机软件、物流相关硬件设备及生产装配线各工位等环节的操作，进行整个企业生产业务流程的模拟仿真，完成整个业务流程，然后交换角色，重新进行模拟。

2.2生产计划与控制实验

生产计划与控制是工业工程专业的主干课程之一。主要研究企业生产计划与控制系统的构成模式和运作机理以及运作过程。 现代企业的生产计划与控制系统主要通过ERP (金蝶)系统来体现的，企业资源计划(enterprise resource planning，ERP)是建立在信息技术基础上，利用现代企业的先进管理思想，为企业提供决策、计划、控制与经营业绩评估的全方位、系统化的管理平台。ERP所涉及的范围如下：[财务会计]、[管理会计]、[资金管理]、[成本管理]、[供应链]、 [计划管理]、[生产管理]、[精益管理]、[人力资源管理]、[绩效管理]等模块。

本实验模块结合工业工程专业人才的培养要求，突出对ERP系统基本参数的设置和生产计划与控制部分的运行训练。内容主要包括，1)需求规划的主要功能。可定义公司工作日历、可设定物料需求计划的需求来源、可建立多版本的产品需求预测资料，并可在执行物料需求计划时选择某一版本的需求预测作为其需求来源。2)产能管理的主要功能。计算资源需求计划、计算粗能力需求计划、计算细能力需求来源。3)生产订单的主要功能。 可人为手动建立生产订单或从MPS/MRP/BRP计算产生的建议生产量自动生成生产订单，可根据销售订单建立按订单配置产品(ATO模型)的总装生产订单。4)设置物料需求计划参数。选择执行的物料需求计划的时栅和计划期间，对物料需求计划的基本资料进行设置。对物料需求计划的计划前稽核作业和累计提前期推算，系统可自动计算累计提前期，为物料需求计划提供依据。

2.3人因工程实验

人因工程模块主要研究人与机器和工作环境的关系，如何围绕人来设计工作系统以提高工作效率，同时支持在虚拟设计制造、劳动作业安全、产品快速开发、人机系统设计等方面的研究与交流[7]。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、空间知觉测试仪、反应时测定仪，多道心理测试仪、动作稳定器，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。

人因工程学范畴内的人体测量数据可分为人体构造尺寸和人体功能尺寸。构造尺寸是指静态尺寸；功能尺寸是指动态尺寸，它包括人在工作姿态下或在某种操作活动状态下测量的尺寸。人体测量的统计结果作为人体的结构参数、功能参数，对于设计特定的机器设备环境具有很重要的作用。在实际工作中，常采用舒适性、安全性、效率、经济性数种指标来评价人机环境匹配程度，其用途极其广泛。在实际应用中还需要决定适应度、经济性，有时不可忽略衣着调整量。

3实验类型设置

单项认知型实验是指仅对某一理论进行验证或训练某一单方面技能的实验。人因工程学实验模块中包括“简单反应时测定”“人体测量实验”“运动稳定性测试”“空间知觉测试”以及物流工程实验模块中的“业务流程模拟”等。 综合型实验是指综合运用多种知识和技能分析研究某个较复杂问题的实验。如“物料需求计划、生产计划与生产订单工序计划实验、能力需求计划等”。 开发设计型实验是综合运用多门课程的多种知识和技能进行系统设计的实验[8]。如 “车间平面布置设计”“仓储系统规划与设计”。创新型实验则是在开发设计型实验的基础上增加更多自主创新要求。

上述4种实验类型反映了不同的实验层次之间的复杂程度，可独立开设，但其又有紧密的联系。一项综合型实验可能包含几个单项认识型实验及其结果。开发设计型和创新型实验则可能包含多个综合型和单项认知型实验。

4加强产学研合作实践教学

选择合适的制造企业，选择部分优秀学生，尝试建立产学研合作的教学体系和管理制度，将部分实验内容和实验项目“搬迁”到企业，有针对性地开展“发现问题、提出方案、采集与分析数据、新方案试验与优化、解决问题”的产学研活动，围绕制造企业生产计划制定生产经营、设施规划、车间管理、现场改善等活动，开展有针对性、有一定深度、有明确生产要求的实践活动，促进教学与工程实际的结合，理论教学与企业生产的结合，强化学生利用相关理论知识解决工程实际问题的能力，培养具有创新精神、创新意识和创新能力的优秀毕业生。通过与企业开展深层次实习安排等环节上进行系统地改革、创新，从工业工程专业课程体系设置、教学内容安排、教学方法创新、实践室建设及实践教学借鉴国内外高校在工业工程学科建设上积累的经验，以高起点、高水平、高效率地建设我校的工业工程本科专业。

总结以往开展生产实习、毕业设计、社会实践等产学研合作的经验与教训，完善产学研合作模式，尽可能提高合作的内涵、深度、广度，将部分课程的实践环节和部分优秀学生的培养工作搬迁到企业中。

5结束语

本文针对工业工程专业实践教学的现状，提出了工业工程实践教学的建设思路。积极探索形成产学研密切合作、理论教学与工程实践有机结合、课堂传授与科研项目有机结合的人才培养模式，有效地提升工业工程专业毕业生的专业素质和能力，为学生顺利走向工作岗位做出必要和充分的铺垫。

参 考 文 献

[1]郭重庆.工业工程在中国制造业发展中的地位和作用[J].工业工程与管理，2003，8(2) ：1- 3.

[2]鲁建厦，兰秀菊，潘柏松，等． 基于制造业的工业工程专业教学体系研究与实践[J].高教与经济，2008，21(1) ：52- 55．

[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．

[4]SALVENDY G.Handbook of Industrial Engineering[M].3rd ed.New York:John Wiley &Sons，Inc.，2001.

[5]郑玉巧，杨 萍.基于应用型的工业工程实验教学方法研究[J].实验科学与技术.2013，11(2)：72-73.

[6]汪应洛.系统工程[M].北京：机械工业出版社，1994.

[7]郭伏，杨学涵.人因工程学[M].沈阳：东北大学出版社，2001.

[8]YURNER W C.Introduction to Industrial and Systems Engineering[M].北京：清华大学出版社，2002.

收稿日期:2014-10-09；修改日期：2016-06-14

基金项目：国家自然科学基金项目(51565028)。

作者简介：郑玉巧(1977-) ，女，博士，副研究员，主要从事质量管理课程及工业工程专业实验教学方面的工作。

中图分类号TB；G642.423

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.027

Investigation for the Practice of Industrial Engineering Teaching from the Perspective of Manufacturing Industry

ZHENG Yuqiao，ZHAO Jiani，WU Cang

(School of Mechatronics Engineering, Lanzhou University of Technology，Lanzhou730050，China)

AbstractWith the development of manufacturing industry，it puts forward higher request to the professional talents of industrial engineering.In this paper，combined with the specialty of industrial engineering，it analyzes the present situation of teaching practice of industrial engineering，highlight the facilities planning and logistics analysis experiment，production planning and control experiment，and people thought engineering experiment construction.It is very important to strengthen the practice teaching of university industry cooperation，from a professional perspective of industrial engineering teaching mode.It is beneficial to foster students’ professional quality，ability and the ability of innovation.

Key wordsindustrial engineering;practice teaching;investigation