基于WITNESS仿真软件的《生产运作管理》课程实验教学

摘要：针对《生产运作管理》课程的特点，分析了传统教学方法的不足，指出了在《生产运作管理》课程教学过程中利用WITNESS仿真软件进行实验教学的必要性。设计了基于WITNESS仿真软件的《生产运作管理》课程实验教学方案，详细地介绍了多品种小批量生产系统仿真实验教学实例。实践证明，基于WITNESS仿真软件的实验教学在《生产运作管理》课程教学过程中取得了良好的教学效果。

关键词：实验教学;WITNESS仿真软件;生产运作管理

中图分类号：G642.4     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2014）42-0142-03

《生产运作管理》是一门是以制造业为背景的综合性和实践性较强的管理类专业基础课，与企业生产实践有着紧密的联系，是具有鲜明的工程与管理特色的多学科交叉课程。世界各国大学的管理学院（商学院）都将《生产运作管理》、《财务管理》和《市场营销》列为三大主要核心课程，由此可见本门课程在管理学科体系中占据非常重要的地位。

《生产运作管理》具有实践性较强、与企业的生产实际联系紧密的特点，因此对课程的教学内容，有一定实践经验的人会比较容易理解，而缺乏社会实践和工作实践的大学生却常常视其为空洞的教条。传统教学中没有考虑到大学生普遍缺乏对企业生产运作过程的感性认识和实践经验，另外由于教学条件的限制，使得该课程的学习效果受到一定的影响。显然仅仅通过课堂的理论介绍，学生很难体会到课程的重要性，很难达到课程的教学目标。因此，在这门课程的讲授过程中有必要通过引入WITNESS仿真实验教学来有效地提高学生的学习兴趣和学习效果，以达到课程的教学目标。

一、基于WITNESS软件的实验教学设计

WITNESS是由总部位于英国奥克斯的Lanner公司开发的仿真软件，采用面向对象的建模方法，用于制造业、服务业仿真领域。目前在全球范围内已成功应用于3500多家企业的业务流程的仿真与优化，如大众汽车、壳牌石油、福特汽车、通用汽车。国内的企业如中海油气电集团技术研发中心、北汽福田康明斯发动机有限公司、烟台通用东岳发动机有限公司、徐工集团徐工科技股份有限公司等也相继引进了WITNESS仿真软件进行企业业务流程的仿真与优化。与同类软件相比，WITNESS仿真软件的用户界面比较友好，且能够实时显示系统仿真的整个过程，用户可以清楚地了解到生产过程中可能发生的问题，能随时地对模型的参数进行调整，实现对系统的优化。

WITNESS软件为生产系统中各种类型的资源设计了相应的可视化元素，从而能够逼真地模拟实际的生产系统。利用WITNESS软件将《生产运作管理》课程涉及的各类生产系统制作成相应的WITNESS仿真模型，在教学过程中演示这些仿真模型可使学生能够非常直观地了解生产系统的运作过程、存在的问题以及应该如何解决出现的问题，从而激发学生学习的主动性和积极性，在学习的过程中能够深刻体会到生产运作管理的相关知识和理论。

因此在《生产运作管理》课程的教学过程中利用WITNESS仿真软件进行实验教学，有利于学生理解实际生产系统的运作规律，提高学习本课程理论知识的兴趣，同时可以使学到的理论能够有效地联系实际，提高学生规划生产系统的能力。目前国内已有上海交通大学工业工程系、北京理工大学管理学院、天津工业大学管理学院等数十所高校购买了WITNESS仿真软件用于相关课程的实验教学。

为了使基于WITNESS仿真软件的实验教学能够获得更好的教学效果，作者设计并完善了符合大学本科管理类专业培养要求的WITNESS仿真实验项目以及相应的实验教学大纲和实验指导书，供《生产运作管理》课程教学使用，具体的实验内容与要求如表1所示。本文提出的这些实验内容稍加调整之后也可以用于其他相关课程的实验教学。

二、WITNESS仿真软件实验教学实例

下面以多品种小批量生产系统仿真实验为例来说明WITNESS仿真软件在生产运作管理中的应用，该实例已用于本课程的实验教学，并取得了较好的教学效果。

（一）实验素材

有一个生产车间有5组机器组，加工三种不同类型的产品甲、乙、丙。第1、2、3、4、5组机器分别有3、2、4，3、1台相同的机器，三种待加工产品到达车间的间隔时间分别服从均值为35、25、45分钟的负指数分布。甲产品首先在第2组机器上加工，接着在第5组，然后在第3组机器上加工，最后在第1组机器上完成最后工序，加工时间分别服从均值为20、15、25、20分钟的二阶爱尔朗分布。乙产品首先在第4组机器上加工，接着在第5组，最后在第2组机器上完成最后工序，加工时间分别服从均值为48、34、31分钟的二阶爱尔朗分布。丙产品首先在第3组机器上加工，接着在第1组，最后在第4组机器上完成最后工序，加工时间分别服从均值为48、15、36分钟的二阶爱尔朗分布。

如果一项作业在特定时间到达车间，发现该组机器全都正在进行加工工作，该作业就在该组机器处进入一个先来先服务（First Come First Service，FCFS）规则的缓冲区队列等待加工。

要求建立该多品种小批量生产系统的仿真模型，进行365个工作日的仿真，并对实验数据进行分析，找出当前生产系统的瓶颈环节，并提出相应的改善方案。

（二）实验步骤

（1）建立多品种小批量生产系统仿真模型

首先，在WITNESS仿真软件的布局窗口定义3个part元素分别表示三种产品、5个machine元素分别表示5组机器组和5个buffers元素分别表示机器组前的缓冲区，接着利用WITNESS系统元素ROUTE定义三种产品的加工过程，最后确定模型中各个元素的工作参数以及元素之间的逻辑关系，从而得到多品种小批量生产系统的仿真模型如图1所示。

（2）仿真模型的运行及结果分析

运行多品种小批量生产系统仿真模型365个工作日，使用WITNESS的report工具，得到关于各组机器的利用率，如图2所示。

从图2中的仿真结果可看出，目前生产系统的各个生产环节的生产能力不平衡，第1组和第3组机器组的空闲率较高，生产能力过剩，而第2、4、5组机器组的空闲率较低，特别是第5组机器组的空闲率小于1%，生产能力严重不足，因此应适当调整各机器组中机器的数量使得各机器组的生产能力尽量一致。

（3）多品种小批量生产系统的改进

通过前面的分析，为了使该生产系统的各个生产环节的生产能力达到平衡，将第1、2、3、4、5组机器组的机器数量分别调整为1、2、2、3、2台。运行改进后的仿真模型，使用WITNESS的report工具，得到关于各机器组的生产能力利用率如图3所示。

从图3中的统计报表可看出调整了机器数量之后，生产系统中各机器组的繁忙率均在87%～88%左右，从而使得多品种小批量生产系统各机器组的生产能力得到了大致的平衡。

三、结束语

作者从2009年开始在《生产运作管理》课程教学中采用了基于WITNESS仿真软件的实验教学方案。实践证明，在生产运作管理课程的教学过程中运用WITNESS仿真软件开展实验教学可以使学生增加对生产运作课程的兴趣，对企业生产运作过程的计划、组织与控制机理有进一步的理解，能够进一步调动学生学习这门课程的积极性，使学到的理论能够有效地联系实际，从而提高学生的综合能力，满足社会对创新型、复合型人才的需求。

参考文献：

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[5]蒋洪伟.仿真软件WITNESS在《生产运作管理》课程实践教学中的应用[C].西安：第十一届全国经济管理院校工业技术学研究会论文集，2012.

基金项目：北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划项目（CIT&TCD201304118）;北京信息科技大学2012年度《生产运作管理》课程建设项目。

作者简介：蒋洪伟（1972-），男，锡伯族，辽宁省沈阳市人，工学博士，北京信息科技大学信息管理学院副教授，硕士生导师，研究方向：生产运作管理、物流与供应链管理。