《设施规划与物流分析》课程沙盘实验教学探索

吕瑞峰

摘要：《设施规划与物流分析》是物流工程和工业工程专业非常重要的一门专业基础课程，主要用于工厂设计、物流园区设计、搬运系统设计、物流网络设计、仓储中心设计等，实践性很强。但是目前这门课程的教学基本还是采用课堂上教师讲授、课后学生做作业的传统方式，另外附加一项十年不变的课程设计，学生普遍反映：学完课程还是不能够进行设计工作，理论和现实脱节严重。鉴于这种现象，笔者结合长期从事《设施规划与物流分析》课程教学的经验，分析了《设施规划与物流分析》课程的特点，设计了一套操作沙盘，并应用到实际的教学工作中，取得了良好的教学效果。

关键词：设施规划与物流分析；教学改革；沙盘

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）23-0261-02

一、引言

设施规划是工业工程的一项重要内容，涉及的对象包括工业企业、服务机构、物流中心、物流园区等，其重要性不言而喻。在物流工程和工业工程等专业中，这门课程作为一门专业基础课，受到师生的广泛重视，其应用前景十分广阔，而且设施规划与精益生产等先进的管理思想相配合，更可以发挥出巨大的经济和社会作用。

企业在改建、扩建或新建现有工厂或設施的时候都要用到设施规划的知识，专业的设施规划人员有着巨大的需求缺口。但是，根据物流工程和工业工程毕业生反馈：他们在面对设施规划的实际问题的时候总有无所适从的感觉，很难将书本知识和实际问题结合在一起。正在学习这门课程的学生因为缺乏工厂经验，更是凭借自己想象的工厂情况来学习这门课程，除了会做习题外，对实际的设施规划经验几乎一无所知。

鉴于此，为了给学生进行设施规划设计直观的印象，设计一个可以手工模拟生产系统，并让学生对设计进行布局，了解散乱布局和专业化布局的区别，体会设施布局的必要性，同时真正掌握生产系统布局的流程和方法。

二、模拟生产沙盘对象的设计

因为是在课堂上进行的小实验，所以沙盘的设计应该简单、操作时间短。笔者设计了一个简单的折纸飞机实验。如图1所示：

产品的具体要求有如下几条：（1）机翼上一侧印上中国或者美国的国旗；另一侧印上飞机的编号001或者002；（2）尾翼要求彩色：有红色、橙色、蓝色、绿色四种颜色；（3）具体交货的产品按照订单要求进行生产。

三、产品的加工工艺

产品的工艺如下：

1.下料：原材料采用白色和红、橙、蓝、绿五种颜色的A4纸。每架飞机需要白色A4纸裁出以宽为边长的正方形，每架飞机要求四张正方形，另外根据订单要求，裁出一张彩色正方形。

2.机头、机翼、机身、尾翼的折叠成型：机头、机翼、机身、尾翼生产的方法基本相同，其步骤如下：

第一步：对折。将正方形纸对折，如图2所示。

第二步：向内折角。将其中一角向内折，使边与对折痕迹重合对齐，其他各角也是如此，最后的样子如图3所示。

第三步：折大角。然后，再以对折折痕对基准，将纸再次折叠，让整个边与折痕重叠，如图4所示。

第四步：反折小角。再次，将折好的纸翻转，将未折的部分沿着直线向下折叠。

第五步：部件完成。最后，再以中线折痕为准，向内折叠，使两个边对齐，如图5所示。

第六步：准备更多部件。一样折叠其他的纸，每架飞机要有5个，其中4个白色，一个彩色。

3.尾翼的开口加工：从尾翼的尖端将尾翼剪开，剪开的长度为3厘米。

4.飞机的组装：将四个三角作为机头、机翼和机身，彩色的三角（已开口）作为机尾组装在一起。

5.标识：为了对产品进行个性化区分，要求在飞机的左右机翼上分别印上国旗和编号。国旗有两种，中国国旗和美国国旗；编号有两种，001和002。国旗和编号都用印章完成。

6.检验：检验员核对订单信息与产品信息是否一致，如果一致，交付客户；如果不一致，交给前道工序修改。

四、工序安排和实验角色安排

整个沙盘操作过程包括订单处理、下料、三角制作（5个）、尾翼加工、组装、标识、检验、发货8个环节。

完成该试验需要的角色包括：客户（下订单和收获）、计划员（负责订单处理）、下料员（裁剪）、三角制作工、尾翼制作工、组装工、标识工、检验员、发货员，还可以加入一个统计员，大概需要8-10个人可以完成一组实验。

五、实验所需物品

一组实验所需的物品包括：A4打印纸（白色）60张；正方形彩色纸红、黄、绿、蓝各8张（其他四色也可以）；剪刀1把；直尺1把；国旗印章（中国国旗、美国国旗各1个）；数字印章（001、002各1个）；秒表1个；大白纸3张（给学生进行方案设计）。

六、实验组织

本实验可以在课堂上用2个学时的时间完成。如果一个班级有30人，可以组织1组或者3组实验。如果组织1组实验，其他学生观摩实验即可。生产在桌面上进行，将桌子拼成3—4米×0.8—1米的模式，生产的学生围着桌子进行实验，扮演客户的学生游离在外。

实验时间和实验过程安排如下：

1.第一个学时45分钟：前15分钟由教师讲解产品结构和工艺过程，以及作业规则。然后将物料和工具下发给小组成员。接着8分钟，组织学生试生产，教师将试生产用的客户样订单交给扮演客户的学生，让他下发给生产方。要求8分钟内至少交付3架合格品，客户依据客户样订单验收产品，交付顺序必须和订单上的先后顺序一致。

接下来15分钟转入自组织正式生产。教师将客户订单和客户验收记录交给客户，让他下发给生产方。学生自己安排人员、自己组织生产方式、自己组织布局，必须按照订单要求的交付时间交付正确的产品，晚交按照误工处理。在生产进行到第5分钟的时候，下达订单变更通知，变更第10分钟要交付2件产品。

自组织生产往往会出很多问题，典型的问题是：①几乎都做不到准时交付；②交付的产品与订单要求的不一致；③人员忙闲不均、效率低下。

接下来引导学生思考为什么出现上述问题，重点讲述产品产量分析（PQ分析）、工艺路线设计（R分析）、生产能力分析（T分析）、生产计划的制定（T分析）等，讲述在生产线设计时如何应用所学的生产计划知识、基础工业工程知识、精益生产知识与设施规划知识结合在一起，设计生产模式、布置生产单元、安排生产人员。此次讲解时间约为7分钟。

下课后，让学生讨论改善方案，思考下一轮如何改变生产方式，能够做得更好。

2.第二课时开始，10分钟让学生设计新的布局和制造方案。发秒表给学生，让学生进行秒表测时，重新安排人员，尽量让产线平衡。

然后10分钟让学生讲解设计的方案（或者进行第二轮生产，让学生验证其方案的实施效果）。如果采用生产的方式验证，其操作方法与第一轮相同。

第三轮生产15分钟，采用教师设计好的布局方式和信息传递方式进行生产。这种设计是建立在工时测定、价值流程分析和设计的基础上的，教师可以将测时结果提前呈现出来。

在测时的基础上，考虑生产的工艺和作业顺序，设计价值流图，如图6所示。

根据价值流图设计精益布局，超市采用类双箱制的模式，因为相邻两个工位能够看得见，例如三角超市，标准最大在制品量为8个，上游采用补货生产，下游取走一个，上游生产一个。据此，布局方案如图7所示：

按照精益布局方式进行布局，并按照精益方式进行生产，采用拉式生产方式，改善的效果会非常明显。之前学生自组织生产15分钟能够交付5—7架，而且会出现交付的产品和订单要求不一致。精益布局方式组织生产，15分钟可以交付15—18件，效率提高200%左右。

最后10分钟，老师讲解精益布局生产线设计的要点：①根据订单和外部要求，以及有效生产时间计算生产节拍。②根据人数和测时结果进行线平衡设计，并进行工位划分。③设计每个工位的标准作业顺序、标准作业时间。④根据精益原则设计信息传递方式。⑤设计标准在制品量。⑥设计价值流图。⑦根据价值流图进行布局设计。⑧组织生产或者模拟组织生产验证布局的合理性。

七、结论

本文所述的教学方式通过两年的实践验证，可以得到如下結论：（1）进行实验教学学生的参与度和积极性都很高，学生首先对不同生产方式、不同布局方式、不同的生产效果产生感性认识，然后在上升到理论高度进行分析总结，这种方式的效果要远远好于仅仅采用理论教学的方式；（2）开展该试验教学，有利于学生区分“乱流”布局和“整流”布局不同，从根本上改变了学生一遇到布局问题就下意识采用SLP法的问题，从而让学生对设施布局理解得更深刻；（3）采用折纸飞机的方式组织课堂实验非常方便：实验材料和工具简单便宜，组织方便，采用教室里现有的桌椅板凳当作实验场地即可。而且不用转移场地，不用去实验室，时间安排方便，采用正常上课的2个课时即可完成；（4）折纸飞机实验灵活性强，教师可以根据需要增加或者减少实验环节，根据学生的知识水平灵活调整需要讲解的内容。

参考文献：

[1]张顺堂，张代芹.国内外工业工程本科人才培养课程体系比较[J].山东工商学院学报，2012，26（5）：115-119.

[2]钱吴永，王育红，曹文彬.工业工程课程体系设置优化研究[J].无锡商业职业技术学院学报，2014，14（2）：83-86.

[3]薛黎明，秦凤华，杨宝贵，杜莉莉.工业工程专业课程体系建设研究[J].时代教育，2012，（4）：37-38.

[4]郭位.工业工程课程的最新沿革[J].工业工程与管理，2005，（2）：1-4.

[5]李国彦，卢荣花.基于解释结构模型的工业工程专业课程体系研究[J].江苏教育学院学报：自然科学，2013，29（4）：28-30.

[6]吴斌，倪卫红，钱存华.“中国制造2025”背景下工业工程专业课程体系建设研究[J].科教文汇.