工业工程仿真实验实践教学平台设计与构建研究

王文轲 张伟 张燕 魏芳 卓泽悦 熊梓言 徐梦颖

（四川师范大学 商学院，四川 成都 610101）

摘 要：随着制造强国战略“中国制造2025”的提出，国内制造企业飞速发展，对于工业工程专业人才的实践与创新能力有了更高的要求。文章以培养、提高学生的综合实践与创新能力为目标，为使专业理论知识与基础实践相结合，以规范性、综合性、开放性、延展性作为基本原则，设计与构建了工业工程仿真实验实践教学平台。

关键词：工业工程；实践教学；仿真实验；教学平台

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）15-0074-03

Abstract： "Made in China 2025" strategy promotes the development of domestic manufacturing enterprise and puts forward higher requirement of practical and innovative abilities for industrial engineering talents. Aiming at cultivating students' abilities of comprehensive practice and innovation， this paper designs and constructs simulation experiment practice platform for industrial engineering so as to integrate theory with practice in the light of principles of normativity， integrity， openness and malleability.

Keywords： industrial engineering； practice teaching； simulation experiment； teaching platform

引言

工业工程（Industrial Engineering，IE）是将管理与工程技术结合为一体的综合性、实践性的一门新兴学科[1]。企业的生产运作过程是工业工程的研究对象之一，通过工程技术与管理科学的原理及方法可提高生产系统的效率[2]。随着“中国制造2025”制造强国战略的提出与实施，国内诸多制造企业已设立工业工程部门，并取得了大量卓有成效的成果，由此推动了工业工程在制造业中的快速发展[3]。但随着市场竞争的日趋激烈，企业生产系统日益柔性化、数字化、智能化、集成化，因此对工業工程专业人才的综合实践能力以及创新能力有较高的要求。实践教学对于工业工程人才综合创新能力以及实践能力的培养是至关重要的，要使高校实践教学跟上实际生产企业的发展，对其的规划设计和运行管理也变得越来越复杂。因此，工业工程仿真实验实践教学平台的设计与构建研究，显得尤为重要。

一、工业工程仿真实验实践教学平台设计原则

面对国内高等教育以及企业对于学生创新能力的新要求，在理论教学基础之上应更重视开展开发创新能力的实践教学，引导学生发散思维，对多种方案进行决策以培养工业工程专业学生的学习能力、决策能力以及创新意识。为保证实践教学效果，工业工程仿真实验实践教学平台设计时应遵循以下原则：

（一）规范性

工业工程仿真实验实践教学平台的设计要以工业工程本科专业教学大纲为基础，并严格服务于教学大纲内容范畴[4]。在此基础上，充分考虑各种实验实例，进而延展和加深相关知识点的应用。

（二）综合性

工业工程仿真实验实践教学平台设计时应考虑将课堂中所学的专业知识（包括基础工业工程、运筹学、系统工程等）用于解决生产过程中出现的问题，实现各门专业课程的综合理解与应用。

（三）开放性

工业工程仿真实验实践教学平台的设计必须遵循开放性原则，平台需要具有快速吸收和容纳外界不断变化的新鲜事物的能力，以适应正在快速成长壮大的工业工程教育规模以及飞速发展的生产与管理技术。

（四）延展性

针对不同专业课程教学内容的侧重点与差异性，工业工程仿真实验实践教学平台应该自成体系，并建立相互独立的模块，使其可在后继开发中不断补充新的相关内容。

二、工业工程仿真实验实践教学平台框架

工业工程仿真实验实践教学平台主要由生产计划控制系统，生产制造系统，质量检测系统以及仓储系统组成，如图1所示。首先，由计算机进行随机的订单分配，学生根据以往市场需求或对市场的预测来制定生产计划。之后，按照生产计划对不同类别的产品进行生产，零部件通过加工为成品后通过质量检测进入仓储系统储存。仓储系统根据订单种类的要求进行交货，由于订单是有时间限制的且需要的产品类别是不同的，根据仓库是否按时交货将交货分为按时交货、延时交货和未交货。其中未交货反应了生产计划的制定不完善和生产效率不高等问题，学生需要通过调整生产计划以及改善作业中的不足来不断提高交货率，从而找到最佳的生产方式。

三、工业工程仿真实验实践教学平台设计

以乐高汽车玩具代替实际汽车，进行汽车的生产优化实验。设计实施方案如图2所示，包含5个步骤。

步骤一：结合《基础工业工程》的相关知识，向学生教授汽车生产的工艺流程。在该阶段中，认识生产工艺流程并且对每一个工艺的主要任务以及方法步骤进行初步的了解。汽车的生产工艺流程如图3所示，共包含6个工艺过程。首先，各生产车间在备置好工艺汽车生产所需的工艺零件后，车间一进行车身的组装。车身组装好之后，交由车间二进行车身模具机加工，该过程需要固定时间8s，且一次只能加工1辆。接着，车间三完成汽车总组装。然后，再交给车间四对汽车进行热加工，该车间一次性最多热处理4辆车，需固定时间80s。最后，车间五完成汽车的质检。

步骤二：组织学生进行汽车生产的模拟实验。实验将学生分为多组，每组包含A、B、C、D、E5位学生，分别充当汽车生产的5个工艺车间。另外，学生F进行汽车零件的拆卸和备置，为下一批汽车的生产做好准备。在组员之间分配工序后，将生产线进行试运行，熟悉整体的运行程序。在实验的过程中，每个生产车间配置高清摄像头，对整条生产线的工艺过程和工人的动作进行实时监控。

以便对每一工序进行视频的采集并统计相关数据资料。

步骤三：将摄像头拍摄到的生产过程导出并保存，进行各车间汽车加工时间的测定。利用Flexsim软件进行生产线的仿真和运行，确定瓶颈工序；同时，将视频导入达宝易软件，对各个车间中工人的动作进行分析。综合运用《系统仿真》、《设施规划与物流分析》等相关课程的理论知识和方法，对流水线的设计、各个车间设施的布置、机器性能（加工时间）等进行分析和优化。优化的思路从资源利用、生产线效率、质量水平、在线库存、生产现场管理等方面进行参考。

步骤四：根据Flexsim仿真和达宝易视频分析和优化改进结果，提出合理的设施布置方案，并运用改进方案对现场布置进行调整且对操作者的双手动作进行规范。重新模拟生产试验，搜集相关数据、视频资料，根据搜集的数据资料进行整理，反应存在的问题，对于存在的問题进行优化，提出改善方法，实现进一步的改进。如此反复循环，直至生产线达到最优。

步骤五：待各小组生产线达到最优化之后，进行小组间的实战对抗赛。实验最终成绩评价由各组在最终完成优化后现场测试成绩以及报告作为评价。现场实战对抗部分占70%，实习报告占30%。

其中，现场实战对抗的基本条件设定为：测试工作节拍（交货）：<= 15秒，工作时长：20分钟。评价因素如表1所示。实习报告包含3个，分别是：现场优化分析报告、达宝易分析报告和FlexSim报告。

四、结束语

工业工程仿真实验实践教学平台的构建实现了工业工程各门专业课程的综合理解与应用，使理论知识与社会实践相结合，完善了工业工程专业的实践教学环节。不仅能充分调动学生参与的积极性，同时也够满足学生基本实践技能的培养以及综合创新能力发展的需要，对于工业工程专业高质量人才的培养具有十分重要的现实意义。

参考文献：

[1]易树平，郭伏.基础工业工[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]秦字兴，郝南海.工业工程仿真实验教学方案[J].实验室研究与探索，2015，35（11）：114-119+136.

[3]郑玉巧，赵家黎，吴苍.基于制造业视角的工业工程实践教学研究[J].实验科学与技术，2016，14（3）：92-95.

[4]刘雪岭，王悦.流体力学课程虚拟仿真教学资源库平台开发[J].高教学刊，2017（4）：76-77.