工业工程专业《生产系统建模与仿真》课程实验教学探究

刘 云，龚小军，田 斌，王亚民

（西安电子科技大学 a.经济与管理学院；b.综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071）

工业工程专业《生产系统建模与仿真》课程实验教学探究

刘 云a，龚小军a，田 斌b，王亚民a

（西安电子科技大学 a.经济与管理学院；b.综合业务网国家重点实验室，陕西 西安 710071）

《生产系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业基础课。本文就该课程的实验教学部分结合笔者十多年的教学经验，给出了该课程实验教学的内容安排以及学生在实验中存在的问题，针对存在的具体问题给出了建议性的解决措施。

工业工程；系统建模；仿真实验

《生产系统建模与仿真》课程是我校工业工程专业的一门专业基础课，通过本课程的学习，使学生理解、掌握离散事件系统建模与仿真的基本原理以及基本方法，能够运用仿真软件对系统进行分析、设计、改善及优化。通过计算机仿真实验，巩固理论教学内容，增强对所学理论的感性认识。我校开设《生产系统建模与仿真》课程已有十多年，本文结合笔者多年的教学经验，针对学生在实验中存在的问题给出了建议性的解决措施。

一、实验目的

我校《生产系统建模与仿真》课程实验教学的目的为：根据生产系统建模与仿真的基本原理与思想，通过对仿真软件Witness及GPSSWorld的使用，使学生掌握对生产系统、服务系统、物流系统等进行建模与仿真的方法，培养学生理论与实践相结合的能力。通过本实验使学生能够运用仿真技术发现生产制造中的关键问题，并对仿真结果进行分析，通过对系统的改进与完善进一步提高系统的生产能力和流程绩效，从而培养学生在实际生产制造、服务加工、物流等方面分析问题和解决问题的能力。

二、实验内容

我校《生产系统建模与仿真》课程的实验内容共包括两部分：

1.Witness建模仿真实验。在Witness建模仿真实验中，主要学习完成关于生产、制造等方面的建模与仿真，包括单队列单服务台系统建模与仿真、流水线生产系统建模与仿真、组装作业工序建模与仿真、混流生产系统建模与仿真、钢材供应链系统建模与仿真等等。通过以上仿真实验，使学生掌握Witness建模与仿真的基本步骤及Witness仿真系统的工作模式，同时熟悉part、machine、buffer、conveyor、labor等元素的应用以及输入输出规则（如Pull规则、Push规则、sequence规则等）的使用，能够利用Witness仿真软件完成有关生产制造、物流等方面的建模与仿真。

2.GPSSWorld仿真实验。GPSSWorld是基于进程交互的仿真编程语言，由于GPSSWorld特别适用于排队系统的仿真，所以这部分的仿真实验主要是针对各种排队系统，内容包括单队列单服务台排队系统仿真、单队列多服务台排队系统仿真、多队列多服务台排队系统仿真、队长有限的排队系统仿真等。通过以上仿真实验使学生进一步理解和体会排队系统仿真的原理及排队系统特性指标的含义。目前我校的《生产系统建模与仿真》课程的实验部分为16机时，如果把Witness和GPSSworld软件的使用连同学生上机实验都放在这16机时完成，很显然时间是不够的，所以我们目前的做法是：在理论课的课堂讲授时，安排部分时间讲授软件，边讲解边演示（约6～8学时），同时将Witness和GPSSworld软件的学习版先拷贝给学生，这样学生就可以在自己的个人电脑上安装使用，课下学生自己先练习，具体上机时，教师主要是解决学生在练习或完成作业时遇到的困难和问题。所以我校建立了软件网络互联环境，学生也可以通过校园网在宿舍就可以使用正式版练习，满足了部分学生进一步学习的需要。

三、实验中存在的问题及解决措施

通过对多届学生的上机实验指导，笔者总结了学生在上机实验中存在的主要问题，如下：

1.上机实验时忘记采用半角输入模式。在Witness和GPSSWorld软件中，系统默认的输入模式都是半角（Witness的汉语输入除外），但学生在编写程序或设计时，往往忽视了这一点。如在使用GPSSWorld软件时，若采用全角输入模式，编译程序过程中系统往往会显示“无效的字符”这样的错误信息提示；而在Witness的详细设计的界面中，如设置零件到达系统的时间间隔服从的分布时，若采用全角模式，则系统显示“表达式有错”这样的错误信息提示。

2.对系统出现的英文错误提示往往不知所云。Witness、GPSSWorld系统出错的信息均以英文形式给出，但学生看到这些提示信息经常是一片茫然，不明白错误的内容。遇到英文的出错信息，总觉得自己解决不了，就去求助老师。

3.在学生提交的上机报告中，有时会发现个别同学的作业有雷同现象，由于布置的作业题全班都是一样的，所以有的同学就拷贝其他学生的源程序或仿真模型。

4.对实验的输出结果不太理解。Witness、GPSSWorld软件中的输出结果也是以英文的形式给出，有的结果的名称是简写形式，学生有时不明白输出结果的真正含义。

5.实验结果的分析。对于离散事件系统仿真系统，我们知道由于事件发生的随机性，所以一次仿真的结果只能看成是一次抽样值，特别是对终态仿真，仿真结果应该看作是服从某一分布的随机变量，而学生在提交上机报告时往往忽略了对仿真结果的统计分析，一次运行后，就认为万事大吉，将一次仿真的结果作为最终的分析结果。针对学生在上机实验中存在的上述问题，笔者建议可以从以下几个方面解决：（1）针对于全角输入模式出错的问题，在上机前就提醒学生需注意输入模式采用半角模式。（2）对系统出现的英文提示信息，引导他们首先仔细分析错误的信息内容，然后结合仿真程序或仿真模型进一步找出问题所在，鼓励学生尽可能自己解决软件运行中出现的错误提示信息，实践中，笔者发现经过几次成功的尝试后，学生的兴趣明显有所提高，同时对软件错误调试的技巧也有所提高。（3）针对上机作业中出现的雷同现象。我们采用了学生分组的方式来完成上机作业。具体做法是：由3名同学自行组成一个小组，每组的大作业内容有所差异（包括GPSSWorld、Witness），由小组成员共同完成作业并提交上机报告，写明每个人的具体分工和所做的工作，每个人写出自己在完成小组任务时遇到的困难以及解决的办法、自己的体会和收获等等。如时间允许，也可在上机辅导时让他们大概讲一下完成作业的思路，包括模型的建立、参数的设定、运行结果的分析方法等等；（4）对实验的输出结果在讲授仿真软件的使用时，结合实际的案例，解释有关输出结果的含义，同时引导学生养成自己充分利用系统的“帮助”功能，解决遇到的具体问题。（5）对于仿真结果的分析（主要是终态仿真），在实际的教学实验中，我们要求学生对同一问题的仿真至少做15次独立的实验，每次采取不同的随机数流，然后根据15次的仿真结果，利用统计学理论给出点估计和置信区间，最终得到更科学的结论，这些内容我们会在这门课的理论教学部分讲授。需要说明的是虽然需要进行15次独立的仿真，但在实际操作中并不会花费很多时间，如对GPSSWorld软件只要每次用一条Clear语句，就可以完成一次新的仿真，对于Witness软件，只需在有关的分布参数中设置不同的整数，就可以完成一次新的仿真。而对于仿真结果的分析，学生完全可采用Excel软件完成。经过上面的几项措施，在最近几年的课程实验教学中，学生存在的问题明显减少，收到了预期的效果。

《生产系统建模与仿真》课程的实验课不但有助于加深学生对仿真理论的认识，更重要的是可以使学生将仿真理论与实际问题相结合，达到了学以致用的目的，相信随着仿真技术的不断发展，建模与仿真将会在人类社会的各个领域发挥越来越重要的作用。

[1]刘云，龚小军，李华.我校工业工程专业实验室建设研究[J].西安电子科技大学学报（社科版），2005，（1）：101-104.

[2]严浩云.工业工程专业《系统建模与仿真》课程教学探讨[J].教育教学论坛，2013，（12）：162-263.

G642.4

A

1674-9324（2014）35-0237-02

本文受西安电子科技大学新实验开发或新实验设备研制项目资助（项目编号：SY1347）。

刘云（1973-），女，西安电子科技大学经济与管理学院副教授。