支持动态考核的生产管理实验教学系统设计

石宇玲 杨静萍 李雪萌 方超 金远东

摘 要：文章针对工业工程专业对于生产管理教学实验系统的需求，在一般制造执行系统研究基础上，面向高校生产管理实训对过程考核的要求，设计了适合高等院校生产管理实验教学，支持生产管理技术和实验考核管理的双流程支持的生产管理实验教学系统功能模型，描述了各角色用户与系统功能的关系，进行了系统具体的流程设计、动态考核指标体系设计和实现架构设计。通过层次清晰定义的架构模式，使该系统的开发和应用不仅能够支持学生对行业生产管理系统流程的学习，而且有助于对学生进行信息系统设计和开发能力的培养。

关键词：生产管理；实验系统；动态考核；功能模型；架构设计

工业工程（Industrial Engineering，IE）專业，是从科学管理的基础上发展起来的一门应用性工程专业技术。着重培养学生应用机械制造技术、优化技术和信息技术等对工业生产与服务过程进行科学管理，减能增效，致力于制造业信息化人才的输送。在各高校的工业工程教学活动中，实践教育平台极其重要，它既是巩固理论知识的有效途径，也是培养具有创新意识，解决实际问题的高素质工程技术人员的重要环节。本文面向工业工程及相关专业对于生产管理信息系统实验教学的需求，参考标准MES的功能要求，结合教学系统的个性化需求，设计了生产管理教学系统的功能模型，并且基于JSF技术提出了该系统的实现架构。该系统的设计不仅能够为教学实验平台建设提供一定的参考，同时，设计系统过程本身也使学生从中受益，得到一定的项目设计开发经验锻炼。

1 生产管理教学实验系统现状

对于教学领域的生产管理系统，大部分与企业使用的版本相似，虽然能够通过这些系统使学生熟悉产业生产管理信息系统的应用，但难免缺乏针对性和学习与实训效果的评价机制。针对这些问题，本文分析了教学领域对生产管理教学实验系统的需求，设计了适用于实践教学的、具有多角色协同工作的、操作精炼的生产管理教学实验系统。一方面方便教师分配实验任务和对学生操作过程与结果进行考核。另一方面，使学生能够模拟订单接收、产品管理、工艺管理、生产计划管理、质量管理、物料管理、出入库管理等多种系统角色。通过实际任务操作，了解企业生产管理运作过程，以团队合作的方式将所学知识应用于实践，提高学生的学习积极性以及创新与团队合作意识[1]。

2 生产管理教学实验系统功能

现有的生产管理教学实验系统普遍存在着与高校教学目标不匹配的问题，比如产品和工艺流程过于复杂，系统功能不完全，可操作的内容有限，无法进行更深入的互动操作，由于购买商业化软件，导致学生很难参与到系统实现层面的学习和训练等。因此，如果能够以简单高效的信息系统架构设计出一套由学生能够参与开发与维护的生产管理教学实验系统，则可以有效地解决上述问题。因此，系统应满足以下需求。

（1）满足标准化MES系统的功能结构，同时融入精益生产等先进生产管理理念。系统做到小而全，这样易于使学生的学习集中在MES的整体结构、流程，以及先进生产管理理念上。

（2）对于学生应用系统的深度应能分出层次，同时有对应的成绩评价方案，使掌握程度不同的学生能够得到不同的学习评价结果，以支持教师对学生学习情况的掌握。

（3）系统实现框架应清晰易学，使有一定的信息技术基础的学生能够对系统进行一定的维护和升级扩展工作，以便使系统能够不断适应产业发展对人才的多方面需求。

综合考虑以上的基本需求，本文提出了支持业务流程和实验管理流程的双平台生产管理教学实验系统功能模型，如图1所示。该系统主要由两大部分组成。

（1）建立生产管理教学实验系统任务平台，实现传统生产管理系统的基本功能：生产计划管理、工艺技术管理、产品质量管理、物料库存管理、调度管理、设备管理、成本管理、报表管理等生产管理业务功能。

（2）建立生产管理教学实验管理平台，支持教学过程的管理与教学结果的评价，具体功能包括：角色管理、任务管理、评价管理和系统管理。

系统的操作用户涉及4个角色类型，各角色的具体应用功能如下。

（1）系统管理员：负责系统所有用户的管理，可支持的用户类型包括系统管理员、教师、学生，以及教学过程督导专家。系统管理员也可以由教师或学生来担任，注册学生用户时可以采用批量表格导入的方式快速实现。系统管理员可以定期进行备份和还原工作，以便保存各批次参加实验学生的数据，同时可以使系统快速恢复到初始状态，减少由于多批次学生先后使用系统后形成生产数据冲突、混乱等问题。

（2）教师用户：教师主要负责实验任务的设计和发布、评价体系的维护，以及实验成绩的评定。预先指定系统角色与生产管理教学实验系统各业务功能的联系，教师通过设定学生用户的角色可以将学生与业务功能进行绑定。可以为学生分配一个或多个角色，当不同的学生分到不同的角色时，学生之间可以根据业务流程要求进行工作流程协作完成系统任务。教师可以在学生完成任务的过程中随时查看学生的操作进展情况。教师用户可以对根据任务发布结构生成的评价体系进行权重的设定，对学生操作的结果进行主观评价，根据任务完成进度等客观评价结果，形成学生的总体考核结果。

（3）学生用户：学生也可以通过自己绑定角色申请一项或多项任务进行实践练习，当选择角色数量不足时，如果需要相关角色数据配合，除了请其他同学绑定角色配合外，还可以利用系统的角色配套功能，从现有数据库中生成相关业务功能的数据信息，以配合学上进行部分功能的训练。例如，当学生想进行生产计划管理的训练时，可以选择计划员的角色，勾选角色配套自动提取相关的产品信息、工艺技术等前序业务功能的配套信息。当学生获得任务后，可以按照系统工作流程，完成任务的各项操作，最后提交任务等待教师评分。在任务的整个执行过程中都可以查看任务的执行进度，在教师评分后可以查看自己的成绩。

（4）专家督导用户：为了满足目前高校对教学质量的评估要求，设置专家督导用户类型，可以从第三方的角度观察教师任务发布和评分合理性，从外部角度对教学实验过程给出客观的监督和评价。督导用户可以在任务发布到成绩评定的全过程进行相关进度的跟踪查询和结果的评价结果的查询[2]。

3 实验系统流程与成绩考核方法

本文所设计的生产管理教学实验系统涉及多用户协同操作，设计为一个可以按照需求灵活定制的实训系统，其操作流程也根据不同的定制结果动态形成。

系统的主要流程从教师分配角色、生成任务，并将任务分配给多个学生协同完成生产管理的各主要任务流程，如：生产计划管理、工艺技术管理、物料管理、库存管理、质量管理等。也可由学生自行申请角色，并通过系统配套生成流程需要的数据，完成逻辑可行的任务流程。

根据新工科建设、专业工程认证需要，专业课程及实践环节对毕业要求指标点应有所支撑。生产管理实验系统作为重要的实践资源，可支持工业工程类专业的生产计划与控制、质量管理与控制、物流工程等专业理论课程的实验环节，以及单独设置的专业综合课程设计、生产实习等实践环节。令课程向量为：C=[c1，c2，…，ci，…，cn]，系统功能向量为F=[f1，f2，…，fj，…，fm]T。为了使实践环节的考核结果能有效体现对毕业能力达成度的支撑，动态设置实验或实践过程中各系统功能完成对课程的支撑度矩阵W支撑，然后由教师根据任务完成的效果给出各分项的评分M分项。总分P总分计算方法如式1所示。

4 生产管理教学实验系统架构设计

本文所设计的生产管理教学实验系统不仅可用于生产管理相关理论与应用流程的实训，也可作为学生认识和学习企业信息系统的有利平台。因此，对于本系统架构的要求，首先要满足系统功能性、可靠性、稳定性、可扩展性等方面的常规需求以外，还应具备支持快速的二次开发的能力。基于上述需求，本文所设计系统开发过程由数据驱动，采用基于JSF（Java Server Faces）的轻量级JavaEE快速开发平台。如图2所示，为了提高系统的逻辑性和可维护性，本文提出了由两条主线组织的分层系统结构：表现层、应用服务层、持久化层和数据库层[3]。

4.1 表现层

表現层是用户和系统之间交流的桥梁，它一方面为用户提供了交互的工具，另一方面也为显示和提交数据实现了一定的逻辑，以便协调用户和系统的操作。本文采用JSF技术实现角色、任务、评价管理和生产管理系统相关业务操作两类用户界面，收集用户的输入、展示数据，控制页面导航并将用户的输入传递给业务逻辑层。

4.2 应用服务层

应用服务层由业务逻辑层和数据访问对象（Data Access Object，DAO）层组成。业务逻辑层使用在JSF配置文件中声明的JavaBean来实现教学实验管理和生产管理流程相关的逻辑功能。DAO层负责与持久化对象交互，封装数据的CRUD（增、删、查、改）操作，避免了业务逻辑组件与持久化访问的耦合。

4.3 持久化层

持久化是将程序数据在持久状态和瞬时状态间转换的机制。该系统的持久化层采用JPA（Java Persistence API）完成持久化操作，将实体映射成数据库里的教学实验管理和生产管理流程相关的数据表。

4.4 数据层

数据层由中心数据库构成，用于存储教学实验管理和生产管理流程相关的数据表。考虑到系统的可扩展性和迁移能力，本文采用支持B/S系统架构、分布式存储，和具有较强云部署能力的oracle数据库。

5 结语

本文所设计的生产管理教学实验系统涵盖了生产管理信息系统应用的主要内容，从功能和流程上满足学生了解行业应用需求，以及对行业实际系统操作的要求。同时，兼顾教学用实验系统对于实验环节设计、评分标准制定，以及客观、主观评分的要求。系统架构设计清晰，也能给学生提供在信息系统方面的学习和二次开发的案例和训练平台。因此，该系统的开发具有较好的实用价值。

[参考文献]

[1]齐晓莉，陈伟平，阿健.信息化生产管理系统研究[J].河南科技，2018（9）：9-10.

[2]文贤鹤.融合制造执行系统技术的云制造模式及其若干关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2016.

[3]程纪元.中小型企业生产管理系统的研发[D].西安：西安理工大学，2007.