工业工程课程体系信息化改革研究

丁嘉 俞国阳

摘要：工业4.0是提升制造业效能的必要手段，也对高校工业工程人才培养提出了更高要求。作者以宁波财经学院为例，在分析工业工程人才培养现状的基础上，利用问卷调研对培养目标进行分析并优化了课程体系，大幅度增加信息化课程，并就工程学、信息化课程与传统工业工程的深度融合提出了建议。

关键词：工业4.0;工业工程;课程体系;信息化改革

中图分类号：TP311文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）30-0138-03

1背景

我国经济发展进入新常态，制造业发展面临新挑战。各种资源和环境约束不断强化，原有粗放发展模式难以为继，调整结构、转型升级、提质增效刻不容缓。各国为了保持本国制造业的竞争优势，相继提出了多个推进工业发展的行动计划，比如德国提出的“工业4.0”，我国提出的“中国制造2025”等（以下统称“工业4.0”）。在工业4.0时代，制造业将呈现高度数字化，利用高速网络搜集和传递各种信息，生产系统内部各设备间也具备一定的自主组织协同能力。从系统来看，通过建立具有更强适应性、更高资源效率的智能工厂，能将商业流和价值流中的整合生产、制造、销售等各环节，最终达到快速、高效、个性化的产品供应[1]。同时在未来相当长一段时期内，国内部分中低端产业中还将存在相对落后的生产方式。这样复杂的行业发展形势对工业工程师培养提出了更高的要求，既要了解传统工业工程的知识体系，还要具备一定的学习能力，对智能制造等信息技术有一定了解，能够在高度数字化时代中进行各种改进与创新活动。

2 人才培养现状

工业工程是对人、物料、设备、能源、和信息等所组成的集成系统，进行设计、改善和实施的一门学科，它综合运用数学、物理和社会科学的专门知识和技术，结合工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确认、预测和评价。

工业工程最早起源于20世纪的美国，美国工业工程专业注重定量分析，对学生数学基础要求较高，其核心课程是《运筹学》和《人因工程》，还包含大量工程学课程及计算机、管理学课程。日本和中国台湾地区的工业工程面向制造业和现代服务业，具有明显的工学和管理学复合特征。香港地区的工业工程则以信息科学为基础，针对香港本地产业，分设技术管理、物流工程与供应链管理两个方向。国内高校工业工程专业通常有两种定位，一种以工程能力为主，一种以管理学为主。宁波财经学院的工业工程专业是以机械学科为基础建立起来的，在人才培养实践中也发现存在以下问题：

1）人才定位模糊。原有的培养目标定位于既懂工程技术知识又懂管理学理论的复合型人才，但这也导致了与其他兄弟院校的培养模式和人才定位趋同，这种人才定位势必造成缺乏针对性的、模糊的培养目标。

2）工业工程涉及领域较多，课程体系不够系统。课程之间跨度较大，基础课程与专业课程衔接配合不够理想;实践体系与理论课程配套不佳;大部分课程侧重于工具课程而非工程课程。而在工业4.0背景下，信息技术、智能技术课程如何与传统工业工程课程进行交叉融合形成完整的课程体系有待探讨。

3）传统工业工程的部分课程设置较陈旧。传统工业工程课程更适合低技术水平条件下的制造业体系，比如作业时间测定在劳动密集型产业中非常适用，但在高度自动化的现代制造领域却不适用。同时随着现代生产系统改进，大量信息化、智能化、网络化新设备新技术开始在工业体系中开始普及，控制管理的理念与方式发生了较大变化，因此有必要对原有课程进行审查与改造[2]。

3明确培养目标

面对以上问题，我们期望在问卷调研和分析研判的基础上，结合本地区企业岗位需求，明确专业定位，将信息化课程融入现有课程体系，努力实现其主干课程之间的有效衔接，改善培養质量，适应未来制造信息化时代的工业工程人才需求。

在实施过程中，我们采用问卷调研、统计分析和个案分析手法，首先对浙江省以及宁波市的制造业发展现状的经济统计数据进行分析，选取当地优势产业——机电产品制造业——作为专业依托行业;其次利用问卷调查和SWOT分析法从地区行业发展及人才需求、学校办学条件、学生学习基础和学习心理等角度对专业方向进行分析筛选，确定专业人才定位和方向。

我们共调研了35家用人单位，遍及苏浙沪皖等省市，调研单位均有我校毕业生在从事工业工程相关工作，根据用人单位反馈信息确定“精益智能制造”和“质量与信息化工程”作为办学方向。调查显示，在精益智能制造领域最大聚焦能力为生产计划的调度与安排、精益生产实施;在质量与信息化工程方向，最大聚焦能力为质量问题的分析与处理、质量体系的管理、持续改进的推进、产品的质量检测与管理、供应链的质量管理。所有的聚焦能力认可度均在80%以上（如图1、图2所示）。

4 课程体系设计

根据前述调研结果和我校对应用型人才的定位，我们将工业工程主干课程划分成五大模块。

1）通识课程模块。主要包含国家和学校规定的通用基础课程如英语、体育、思修、毛概、高等数学等，还包括本专业特定需求的课程如大学物理、应用统计学、运筹学、管理学原理、系统工程、工程经济学等。其目的在于完成国家规定的大学通识教育，同时为后续专业课程开展奠定良好的数学、管理学基础。

2）工程学课程模块。该模块以机电产品生产制造为依托行业，主要包含机械和电子电气两部分教学内容，机械部分包括机械制图、机械设计基础、三维建模及相关课程设计;电子电气部分包含电工电子技术、电气工程与PLC、传感器与检测技术等课程;在高年级还设置了综合型课程比如智能制造技术、工业机器人及应用。与传统工程学课程不同的是，这些课程大都围绕计算机控制系统进行有针对性教学;部分工程学课程是作为方向课程存在与工业工程的课程紧密衔接;还有一部分课程比如PLC在教学时也会将部分工业工程实践问题转化为教学案例加以讲解，这些措施为学生学习营造了一个应用环境，使工程学课程信息化程度大幅度上升，与工业工程专业课程的结合更加紧密。

3）信息化课程模块。该模块包含计算机应用基础（Office）、程序设计基础（C语言）、管理信息系统，并在拓展课中设置了Python程序设计，数据库原理与应用，大数据分析等。需要注意的是工业工程中的信息化课程注重生产过程控制与生产管理，与普通计算机专业的同类课程相比带有更鲜明的工业工程属性。比如在《质量管理》《应用统计学》等课程中提及的计算方法不仅仅停留在理论计算上，还要求学生尝试以编程手法，改写成计算机语言，用程序来实现数据分析和测算，这样既锻炼了学生计算机应用能力，也巩固了相关理论知识，也给学生较强烈的启发，即作为应用型学校，知识不能仅停留在理论和公式中，也要想方设法用计算机等信息化工具来实现。这一课程模块也是未来重点建设的内容，我们期望未来的工业工程师能插上信息化翅膀，借助工业工程的基础知识，从自动化、数字化、智能化、网络化角度来审视未来的智能化生产系统，能进行必要分析并提出比较可行的信息化改造方案。

4）工业工程专业方向课程模块。该模块包含专业导论、基础工业工程、人因工程、生产计划与控制、生产系统建模与仿真、质量管理等必修课程，同时为精益智能制造方向设置了精益生产、企业资源计划、设施规划与物流分析课程;为质量与信息化工程设置了质量管理体系与认证、供应链管理等课程。

5）专业拓展模块。该模块主要包含项目管理、财务、法律、计算机网络、新材料等课程，作为专业课程的补充。

以上模块中的主干课程对专业核心能力的支撑度如表1所示。

5实施建议

在完成课程体系优化后，还需要从以下方面入手，采取一系列措施，以保证人才培养的目标能够实现。具体措施包括：

1）优化课程内容，强化课程之间联系。在专业内部对各课程的知识能力结构进行梳理，整合优化课程内容，避免内容重复或遗漏。根据生源现状和历史经验，对课程内容的难度也要适当把握。借鉴项目推进教学法，以课程模块为基础，校企合作企业为依托，选取若干个具有代表性的机电产品生产作为课程实例，将生产制造各环节按照知识归属分散到相关课程中讲解，这样有助于学生建立较为完整的工业工程知识架构。在课程教学过程中，尽可能多地采用案例教学法，通过完整案例分析，帮助学生了解生产过程中部分常见的问题、处理流程和处理手法，积累经验。同时还要有意识地引导学生关注智能制造、人工智能算法、物联网等新型信息化技术，在课程中大量利用计算机软件等信息化工具来建立模型和分析数据。

2）加强实践教学体系建设。工业工程的实践教学体系包含校内实验实习课程的设置和实施，校外实践基地建设，课外创新活动组织与参与，实践设施和实践师资队伍建设等几个方面。校内实验实习方面还是以计算机仿真模拟为主，同时将腾讯视频、抖音、Bilibili等短视频平台引入教学中，开展工业工程相关视频教学，通过视频帮助学生了解某些产品生产制造的过程。加大校外实践基地建设力度，依托本地优势产业适当安排企业参观实习、校外专家讲座交流等教学内容。同时注重师资队伍建设，定期选派教师到企业学习，邀请企业工业工程师来校参与教学研讨交流，提升教师对机电产品生产过程的认识，掌握一些常见问题的发现和分析方法，了解相应处理对策等。在课外创新实践领域，我們将创新能力培养划分成创新认知、创新体验和创新实践等三个环节，创新认知主要是在专业导论等基础课程中，利用ERP沙盘模拟实验、参观实习等帮助学生了解什么是工业工程？工业工程在企业中的基本运用等问题。创新体验主要依托专业课程的实验环节，利用实物模拟或者计算机仿真形式，帮助学生掌握工业工程基本原理、基本方法和基本流程。创新实践主要安排学生参与各种社团、学科竞赛、创新创业活动以及企业岗位实习，在这些活动中学生有充分机会将理论知识与各种信息化工具加以运用，发现和解决实际问题。

3）完善课程考核制度。根据课程实际需要适当改革现有课程的考试方式，将单一笔试模式转换成项目化考核，通过设置一些大作业，让学生了解从数据获取到分析研判再到总结改进的全过程。

6结束语

随着我国产业升级不断进行，工业4.0必将在越来越多的行业中得到广泛运用，随着人工智能的加入，未来的制造业从业人员将逐步减少，人均生产效率不断提高，这也对从业人员提出了越来越高的要求。面对上述机遇与挑战，我们在课程体系和教学组织过程中坚持“持续改进”的精益思想，不断优化课程体系，并对传统课程进行改革，对部分课程进行信息化改造，提升信息类课程与传统工业工程的结合程度，提升相关课程教学效能，培养产业转型升级所急需的工业工程人才。

参考文献：

[1] 张博维.工业4.0时代工程人才培养模式研究[J].中国设备工程，2019（16）：225-226.

[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] 庞可染.独立学院工业工程专业本科教学改革研究——以马鞍山学院为例[J].轻纺工业与技术，2020，49（5）：182-184.

【通联编辑：朱宝贵】