基于体验学习的交互式生产管理实践教学平台

白朝阳， 胡子涵

(大连理工大学 管理与经济学部， 辽宁 大连 116024)



基于体验学习的交互式生产管理实践教学平台

白朝阳， 胡子涵

(大连理工大学 管理与经济学部， 辽宁 大连 116024)

为了加深学生对生产管理实践活动的理论原理、业务流程和角色特征的理解，以体验学习理论为指导，将专业知识、教育学知识和业务情境融合，研发了面向交互式体验学习的生产管理实践教学平台。该平台通过多角色业务交互协同，将知识传递过程整合到业务应用过程，学生通过扮演不同角色，参与到虚拟生产全过程的业务协作，体验企业经营、生产、物料、工艺、质量等管理环节的知识与业务关联，通过个体与个体、个体与系统之间的交互式体验学习，增强分析问题和解决问题的实践能力，激发学生创新性思维，改进教学效果。

生产管理； 体验学习理论； 交互协同； 实践教学平台

0 引 言

生产管理实践教学涉及运营管理、企业资源计划、采购与库存管理、机械制造以及物流自动化等多门课程内容，要求学生能够应用学科基本原理和相关科学方法，解决生产活动过程中的实际问题，具有很强的综合性实践教学要求[1]。此外，生产管理实践是对企业实际生产全过程的管理，而企业的生产活动需要企业内各类人员协同完成[2-3]。因此，生产管理实践教学具有技术整合型科目教学特征，将专业知识、教育学知识和业务情境融合，以标准化的生产管理实践业务流程为基础，体现生产管理业务过程的多角色交互协同特征[4]。在教学过程中，学生能够以不同角色(如系统管理员、厂级计划员、厂级材料员等)参与到企业生产实践中，在体验中明晰不同角色的目标、权限、生产活动等，模拟协同化的生产过程，增加学习兴趣，加深知识理解和掌握的深度和广度，增强学生分析问题和解决问题能力[5]。

基于生产管理实践教学特征，本文将体验式学习理论引入，并以此为指导构建了基于交互式体验学习理论的生产管理实践教学平台。该平台兼顾生产管理教学实践性和综合性需求，“将企业搬进课堂”，通过多角色业务交互协同，将知识传递过程整合到业务应用过程，学生通过扮演不同角色，参与到虚拟的生产全过程中，体验企业经营、生产、物料、工艺、质量等管理环节的知识与业务关联。通过个体与个体、个体与系统之间的交互式体验学习，深入理解不同产品生产特征、流程等知识，形成以生产实践为主线的各类知识相集成的知识体系，并将知识与实践活动一一对应，增强分析问题和解决问题的能力，使生产管理教学效果得以改进。

1 生产管理实践教学平台设计

体验式学习理论是20世纪80年代由美国人大卫.科尔博(David A. Kolb)完整提出的。他构建了一个体验式学习模型即“体验式学习圈”，提出有效的学习应从体验开始，进而发表看法，然后进行反思，再总结形成理论，最后将理论应用于实践当中[6]。在体验式学习过程中，个体间交互、个体与系统间交互贯穿整个过程，基于情景的交互模式合理性将直接影响学习的效率和效果，情景化交互模式[7-8]。因此，在生产管理体验式学习过程中，以情景化交互模式研究为核心，利用现代信息技术模拟标准化的生产管理业务过程，突出多角色业务交互特征，构建交互式生产管理实践教学平台[9]，其构建遵循体验式学习理论内涵。

1.1 生产管理实践教学平台设计原则

为满足体验式学习需求，本平台研究和设计遵循和实现如下原则[10]：

(1) 多角色交互协作化的生产管理体验学习。生产管理过程是面向目标的多个生产活动主体间的协作过程。基于体验式学习理论，本文认为生产管理的体验学习就是面向生产全过程的多角色参与的体验过程。通过梳理生产实践过程中的参与角色，明晰不同角色的目标、权限、生产活动等，学生通过扮演不同角色，参与到虚拟生产全过程中，实现个体与个体、个体与系统之间的交互式体验学习，进而加深理论知识理解和知识掌握的深度和广度，增强学生分析问题和解决问题能力。

(2) 面向生产活动全过程的体验学习。生产管理教学内容具有较强的关联性，要求学生必须要对整个生产管理活动有宏观的、完整的认识，在这种完整的感知条件下，有助于帮助学生理顺思路、加深对实际的理解[11]。

(3) 理论与实践之间映射关系的体验学习。在掌握理论知识点的基础上，要求学生形成知识流与知识网，并且将知识与实践活动一一对应。生产管理实践教学应对照教材中的理论内容进行功能设计，实现“教、学、用”的紧密衔接。

(4) 不同类型生产业务的体验学习。不同类型的生产业务之间有很大差异，对生产活动的完整的体验，也表现在对不同的业务类型的体验。生产管理实践教学应提供不同的生产类型的体验，使学生深入理解不同产品生产特征、流程等知识。

(5) 多课程知识集成的综合性体验学习。生产管理涉及多课程知识，要求学生以生产实践为主线，将各类知识集成，形成知识体系，有效分析和解决生产实践问题，从而实现知识创造。

1.2 生产管理实践教学平台的软件架构

对于一个好的分布式系统平台来讲，设计时应当考虑到异构性、开放性、安全性、可扩展性、故障处理、并发性以及透明性等问题[8]。“生产管理实践教学平台”采用“模型驱动、平台支撑”的思想[9]，构建可配置、可重构、可集成的技术服务体系和系统架构[12-13]；围绕生产管理教学的多层次实践需求，构建了基于行业知识的标准化生产管理实践平台，具体平台软件架构如图1所示。

图1 生产管理实践教学平台软件架构图

该平台基于SaaS(Software as a Service)理念，采用WCF技术，实现SOA模式，并支持多种数据库, 覆盖了生产管理全过程，技术特色主要体现在:

(1) 多角色交互系统。学生通过平台虚拟生产环境，扮演企业内部不同业务角色，体验参与各部门协同工作，按照工作流程，处理各类日常业务。

(2) 业务流程可配置。系统能够根据不同行业生产数据库要求，实现业务流程可配置，从而体现不同类型生产管理的差异和特征。

(3) 操作程的可监控及评价。作为面向教学的实践系统，系统能够对学生的操作过程进行记录，用来检测学生是否真正参与到系统实践中去，并对学生的实践成果进行评价。

(4) 系统功能的模块化设计。系统分析实际生产管理活动，按不同管理功能进行模块化设计并实现模块间的有效协同。

1.3 生产管理实践教学平台的硬件架构

基于该技术架构，构建了如图2所示的硬件拓扑结构图，包括读卡器、数据采集设备、现场触摸屏终端、客户端计算机、应用服务器、现场无线AP、网络交换机、现场看板等设备。整个系统应用射频条码技术采集信息，包括用户身份信息、物料流转信息、作业状态信息、质量信息，并以此为基础，实时反馈生产数据和生产工况异常状态。各角色用户持有各自的身份卡片，刷卡登录到系统中，系统根据用户角色信息，动态形成业务界面，支撑各自相应业务，通过多角色用户的业务协作，完成整个业务[14]。

图2 生产管理实践教学平台系统硬件拓扑结构图

1.4 生产管理实践教学平台的功能架构

生产管理实践教学平台覆盖生产管理全过程，通过完整的企业调研，将该教学平台分为八大系统：基础数据、系统配置、计划、现场作业、库存、车间质量、设备、辅助决策等管理[15]。

各系统间的层次关系和主要组成如图3所示。基于统一平台，信息能够可控、可跟踪，保证角色间良好的协同性，实现生产业务流程的价值增益。

图3 生产管理实践教学平台系统功能架构

1.5 生产管理实践多角色业务协作流程

生产管理实践教学平台覆盖生产管理全过程。涉及的所有参与角色包括系统管理员、厂级计划员、厂级材料员、车间计划员、现场调度员、车间材料员、车间工艺员、质检员、班组长、工人。各角色用户的功能和业务协作流程如图4所示。系统管理员负责系统组织机构、人员管理，权限分配及其它维护工作；厂级计划员下达厂计划；厂级材料员接收车间物料配送申请，负责厂级物料配送；车间计划员接收厂级计划，制定车间主生产计划；现场调度员接收车间日生产计划，制定班组作业任务；车间材料员根据日计划、定额进行物料发放；车间工艺员负责基础数据维护、更新；质检员负责现场质量检查、记录，不合格品判定；班组长负责作业任务接收、工作分配；工人负责作业任务开完工信息、互检数据录入。

2 多角色交互生产管理实践教学平台应用实例

本文以生产管理实践教学中的难点问题生产计划-调度-执行过程实验为例，阐释多角色交互的生产实践业务协同，增强学生对生产实践过程中主生产计划、零件计划、工序计划、物料计划、现场调度与任务反馈的概念、流程、参与角色、以及各业务相互间关系的深入理解。参与该过程的角色包括厂级计划员、车间计划员、车间调度员、班组长、车间物料员，生产线工人、质检员，整个过程可大致分为生产计划调度协同和生产现场作业协同两个阶段。生产计划调度协同阶段，为减少后续生产计划的变动，车间计划员进行人、

图4 生产管理实践教学平台多角色业务协作流程图

机、料、法等能力平衡和反馈；进而按台次对厂级计划拆解并发布主生产计划、零件计划、工序计划、物料计划；车间计划调度员根据工序计划进行作业调度，并反馈给车间计划管理人员。班组长根据工序计划进行派工，车间物料员根据配料计划进行物料齐套检查。生产现场作业协同阶段，生产线工人、质检员、物料员依据生产调度信息，协同实现工序计划。

2.1 生产计划调度业务协同

本生产管理实践教学平台，以物联网条码和RFID技术为支撑，实现业务活动与业务信息自动映射，生产计划调度业务协同管理具体过程如图5所示。该过程最终形成面向生产任务的工艺流转卡，其包括产品名称、物料名称、批次号、生产任务信息、工序信息、生产班组信息、生产设备信息，它是后续指导现场生产的依据，班组长根据工艺流转卡提供信息进行派工，车间物料员根据配料计划进行物料齐套检查。

图5 生产计划与调度业务流程

2.2 生产现场作业协同

基于交互式体验学习理论的生产管理实践教学平台支持模拟仿真生产现场作业过程。对应工艺流转卡的工序和工艺信息，学生分别扮演生产线工人、质检员、物料员的角色，模拟生产现场全过程，具体如图6，图7所示。现场工人利用条码枪扫描工艺流传卡获取工序加工信息，在模拟加工机台上操作完成后，通过机台触屏现场任务反馈，质检员根据工艺质量项点信息进行检查，质检信息由无线条码PDA发送至服务器，质检通过后继续进行生产模拟加工，加工完成后，物料员利用无线条码PDA扫描工艺流传卡中批次号信息，实现零件入库，并支持日后的批次信息追溯。

图6 机加现场作业管理

图7 触屏现场作业任务反馈

3 结 语

本文构建了面向交互式体验学习的生产管理实践教学平台，拓宽了学生实践实习渠道，探索了生产管理类专业工程实践教学。学生通过角色扮演参与制造企业生产全过程，通过标准化制造过程协同体验，能够深刻理解和掌握生产管理实践知识和流程。该平台已在大连理工大学、大连民族大学、大连海洋大学生产管理实践教学中应用，取得了良好效果。

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Study of Interactive Production Management Practice Teaching Platform based on Experiential Learning

BAIZhao-yang,HUZi-han

(Management and Economics Faculty of Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

To deepen the understand of the principles, processes and collaborative process among multi-role interaction for students, we developed an interactive production management practice teaching platform based on experiential learning theory. The platform fuses the professional knowledge, educational knowledge and operation context, and integrates knowledge transfer process to the operating and applying process by multi-role operation synergistic interaction. By playing different roles, students involved in the operation cooperation in the process of virtual production, and experienced the relationship among business, theory, production, materials, technology, quality and other aspects of management. Through interactive learning experience between person and person, the people and the system, the students’ abilities of analyzing and solving problems were enhanced. These activities stimulated students' creative thinking, and improved teaching effectiveness.

production management; experiential learning theory; synergistic interaction; practice teaching platform

2015-05-28

教育部本科教学质量与教学改革工程项目(教高厅201402);国家科技支撑计划项目(2013BAF02B03);教育部人文社会科学研究项目(14YJCZH001)

白朝阳(1978-)，男，辽宁大连人，博士，讲师，主要从事企业管理、制造信息化等研究。

Tel.:0411-84706207；E-mail：baizhaoyang@dlut.edu.cn

G 642.0； TP 14

A

1006-7167(2016)05-0187-05