基于PBL的“生产运作管理”课程实验教学探究

蒋南云， 方叶祥， 樊树海

(南京工业大学工业工程系，江苏 南京 210009)

0 引言

“生产运作管理”课程是工业工程、工商管理、信息管理与信息系统、电子商务等专业的专业基础核心主干课程，课程开设的目的是通过学习生产运作系统的战略决策、设计管理、运行与维护三方面内容[1]，将其应用于企业实际生产运营管理中，从而帮助企业高效、灵活、准时、清洁的生产合格产品和提供满意服务。该课程在整个课程体系中承上启下，地位重要，实验环节占课程教学内容的比重较大，对培养学生工程设计能力、现场管理能力、综合知识应用能力具有十分重要的作用，学生普遍反应该课程对后续课程及工作就业有很大的帮助。因此对“生产运作管理”课程设计良好的实验教学环节、提高学生综合能力，意义重大。

1 “生产运作管理”教学现状分析

笔者从事“生产运作管理”系列课程教学多年，发现在教学过程中存在以下几个问题:

(1)学生对生产实际缺乏感性认识[2]。由于开设本课程的专业大多设立在经济与管理学院，学生缺乏相关工程背景，对制造企业现场没有感性认识，因此课程需花费大量时间在描述解释企业情况，但仍然事倍功半，学生对生产运作管理的一些方法和理论理解较困难。

(2)学生只会做题不会实际应用分析解决问题。“生产运作管理”课程教学过程一般是先讲述理论方法然后举例题解答，中间穿插录像或案例帮助学生理解，课后做作业巩固。但多年实践发现学生作业考试答题情况良好，但大四毕业设计中碰到现实企业的类似情况仍不知如何解决。究其原因，课堂讲授或习题中都是教师已从现实情况中提炼出需要的已知数据，然后要求学生按照相关理论方法进行求解，而企业实际管理中出现的是纷繁复杂的现象，不是问题相关的“已知数据”。如何从企业实际运营情况中寻找提取出“已知数据”恰恰是企业生产管理的难点，但并不是课程的重点。因此学生学完课程后，只能解决书本上的难题，难以解决实际生产中的难题。

(3)教学内容难以与其他相关课程内容融会贯通。“生产运作管理”课程内容很多，从生产运作系统的产生(设计)到生产运作系统的运行(计划与控制)，再到生产运作系统的维护与改进，其内容与运筹学、基础工业工程、人类工效学、预测与决策、物流系统设计、质量管理与可靠性等其它专业课程内容相交叉，教学过程中涉及其他课程内容的，只能点到为止，否则就重复授课了。但是在实际解决企业现场问题时，往往要求管理者从多个角度联系多门课程的多个知识点共同解决同一问题，而学生在课程学习结束后掌握的往往只是该门课程的单个知识点，综合应用各个知识点的能力较弱，很难达到企业需要的、结合各课程内容融会贯通的解决同一问题的较高层次。

(4)教学过程学生被动接受。由于学生普遍缺乏工程背景和实际工厂经验，因此在教学过程中，很难使用小组讨论、课题研究等方式让学生直接参与讨论、发现解决方法、发表自己的观点，只能是教师结合案例或录像讲授知识，难以调动学生的学习主动性和参与积极性，也很难培养学生运用理论解决实际问题和改善的能力。

(5)实验内容缺乏联系不够全面。以往实验环节多采取软件模拟仿真、沙盘演示、录像播放等方式[3-5]，对理论教学内容进行补充和完善，但实验内容一般只涉及课程内容的某一部分，不够全面，且各实验内容相互独立，缺乏必要的衔接，没有连贯性和一致性，不利于学生多方位了解问题实质，与实际企业情况也存在一定差别。尤其在实际企业管理中，现场情况复杂，人员与设备管理会出现很多干扰和突发情况，这些都是软硬件仿真实验或沙盘演示难以涉及的[6-7]。

2 基于问题导向学习的实验教学设计原则

问题导向学习[8-9](Problem Based Learning，PBL)是以学生为主体，通过问题或情景引导学生思考，并建立学习目标，使学生进行自我导向型学习及实验操作的一种教学方法。PBL能克服传统主题导向法仅强调理论、知识点分割、学生被动接受讲课内容等种种弊端，通过引入实际问题，引发学生分析问题，并鼓励学生主动通过各种途径搜集信息解决实际问题，从而借助整个过程，学生主动搜寻信息而学到知识[10-11]。在PBL模式下学生学到的知识印象深刻，在未来的工作中如果面临类似的问题，学生也可以模仿该方法解决实际问题，使得知识能迅速转化为实际应用。

为了解决“生产运作管理”课程教学存在的问题，我们将PBL应用到课程实验环节，情景模拟出实际车间生产线，并按照实际企业的建设过程及管理模式安排顺序，由教师提出导引问题，引导学生关注生产系统的设计、运行、管理到维护与改进的每一个环节，由学生自主设计实验内容，解决每一环节存在的问题。每一环节实验背景一致、衔接紧密，内容高度连贯统一，通过不断解决每一环节老师提出的问题，完成整个实验，培养学生成为活用理论的实践家，以及具备反思能力的决策者。

3 基于PBL的实验教学改革具体方案

3.1 问题导入式的工作现场布置

我们首先给学生设置的问题是:在一个10 m×7 m场地内，设计一条具有10个工位、包含分拣台和质检台的玩具装配流水线。由于场地面积限制与工作台尺寸要求，学生需结合已学的“人类工效学”及本课程生产布局设计方面的相关知识进行设计。布局结果可能有多种，最合理的应是一条U型流水线。

3.2 学生转变角色参与生产线现场运行管理

事实上，这里给出的尺寸就是实验室场地的尺寸，我们已经在实验室搭建好了这样的一个U型流水线。这里教师提出:学生自行分组完成装配由多个零部件构成的金属直升机玩具，目标是在固定的时间内装配完成最多数量合格产品。要达到这样的目标，一般15名学生一组，其中10名同学分别在10个工位上进行装配作业、2名同学进行分拣及质检作业、3名同学作为生产经理进行现场管理，15名学生共同讨论协作完成任务，涉及的实验内容有:

(1)通过拆装直升机完成BOM表，并熟练装配直升机每一个零部件;

(2)测试装配一个直升机所需的总时间，通过流程分析将动作尽量均匀分配到每一个工位上，给出产品装配的工艺流程图;

(3)试运行流水线，找出瓶颈工位，调整工序分配情况，消除瓶颈;

(4)对每个工位进行动作分析，利用MOD法消除冗余动作，制定标准作业;

(5)进行现场调度，结合操作人员的能力将适合的岗位分配给适当的人员;

(6)设定强制节拍，在固定时长内运行流水线，利用秒表测时法计算工位负荷、流水线平衡率及日产量，分析影响产能的主要因素;

(7)当管理者与各操作人员意见不统一时，管理人员要能及时处理并将设计与改善意图落实到每个操作人员的装配过程中。

整个实验过程完全模拟企业生产现场场景，实验内容步骤均可交给学生自行设计操作完成，教师仅布置任务、观察完成情况及总结点评，让学生担任决策者、生产管理者及装配人员的角色，充分运用已学生产线平衡设计、流程设计、MOD法、秒表测时法等知识，探索设计过程，及时发现和解决生产现场发生的各种问题，提高学生现场管理的能力。

3.3 利用仿真软件对流水线设计进行评价及优化

通过实验过程，学生对生产线装配已有了一定的感性认识，此时教师又提出:人工进行流水线平衡设计计算出的生产节拍是否是最优，能否使用仿真软件进行设计得到工位分配结果，寻找流水线进一步优化的途径呢?这里我们为学生提供了Proplanner仿真软件，其中的Line Balance模块可以对玩具直升机装配过程进行仿真设计，学生可以自主学习Proplanner仿真软件[12]，将实验过程中测试的动作时间、装配流程、工位数、设备要求等数据输入仿真软件，应用软件设计得到工位分配结果，并对比实验和软件仿真结果的优劣，最后使用Flexsim软件[13]对玩具装配过程进行3D模拟仿真。实验获得的实践经验归纳上升到理论，巩固了实验效果。

3.4 制定装配直升机玩具的生产计划

由装配直升机玩具过程，我们已经得到装配BOM表、生产节拍、日产量等信息，这样教师可以提出:将这些信息作为已知条件，能否制定出玩具加工的主生产计划、物料需求计划、外购件采购计划、安全库存等生产计划，以保证企业生产的有序完成。学生可以利用Excel软件进行列表计算，学习制作企业生产计划，巩固“生产运作管理”课程中的生产计划与控制内容。

3.5 编制整个实验过程的项目计划

整个实验过程内容较多，各个小实验之间联系紧密而又前后有序，因此我们可以将整个实验过程看作是一个项目，将每节实验课程作为一个活动，提出问题:能否应用本课程中项目管理的方法，讨论缩短实验周期的方法。这里学生可以手工绘制网络图或者用Project软件[14]做出WBS图及甘特图来解决，强化学生项目管理与优化的思想。

4 实践教学内容改革的实施效果

基于以上5个实验部分，我们构建了“生产运作管理”实验教学体系，如表1所示。

该实验体系已在南京工业大学工业工程及相关专业三届学生中进行应用，教学效果显著。

(1)在模拟企业现场场景下进行问题导向型学习，教师提出问题，让学生设计实验内容并操作解决问题，变被动接受为主动探索，调动学生学习主动性和积极性，学以致用，也提高了学生的学习兴趣和成就感，培养学生成为活用理论的实践家，以及具备反思能力的决策者。

(2)该实验变孤立的小实验为完整的实验体系。从生产线设计、运行到软件仿真，5个小实验完全在同一实验背景下展开，前后关联，环环相扣。将实验环境模拟成一个企业，实验涉及企业企划、生产、计划等多个部门[15]，有利于学生从多角度多角色了解真实企业的生产运作管理情况，以便走上工作岗位能迅速适应不同的岗位。

(3)完成实验需结合其他课程内容如“人类工效学”中的动作分析[16]、“基础工业工程”中的流程优化[17]、“物流系统设计”的选址布局[18]等，强化了本课程与其他课程内容的衔接和融会贯通。

(4)实验环境既有模拟企业现场的硬件设备，也有虚拟现实的仿真软件，需要学生既要动手装配操作又需要使用软件建模仿真，还需要团队沟通、齐心协力共同联合使用各种方法，解决企业出现的各种问题，全面提高了学生的综合素质和团队协作能力。

(5)实验内容较全面，与理论教学各章节内容联系紧密，一一对应，重点突出，有效的巩固了各章节的理论知识，强调应用。

表1 生产运作管理实验教学体系

5 结语

“生产运作管理”课程实验引入PBL法，以导引问题为切入点，以项目任务为目标，模拟企业实际建设及运营情况，启发学生对项目任务进行探索，在探索过程中学习并解决实际问题。实践证明，PBL法通过环环相扣的设置提问，让学生在真实的企业场景中理解和应用生产运作管理的基本概念、基本方法和基本原理，培养了学生动手能力、分析和解决问题的能力、探索能力、团队协作能力等综合素质，帮助学生更好地完成从学校到工作岗位的转换，提高我国制造企业竞争力。

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