基于WITNESS仿真軟件的《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

蔣洪偉

（北京信息科技大學(xué) 信息管理學(xué)院，北京 100192）

基于WITNESS仿真軟件的《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

蔣洪偉

（北京信息科技大學(xué) 信息管理學(xué)院，北京 100192）

針對(duì)《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程的特點(diǎn)，分析了傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，指出了在《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程教學(xué)過程中利用WITNESS仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性。設(shè)計(jì)了基于WITNESS仿真軟件的《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，詳細(xì)地介紹了多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例。實(shí)踐證明，基于WITNESS仿真軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程教學(xué)過程中取得了良好的教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；WITNESS仿真軟件；生產(chǎn)運(yùn)作管理

《生產(chǎn)運(yùn)作管理》是一門是以制造業(yè)為背景的綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的管理類專業(yè)基礎(chǔ)課，與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐有著緊密的聯(lián)系，是具有鮮明的工程與管理特色的多學(xué)科交叉課程。世界各國大學(xué)的管理學(xué)院（商學(xué)院）都將《生產(chǎn)運(yùn)作管理》、《財(cái)務(wù)管理》和《市場(chǎng)營銷》列為三大主要核心課程，由此可見本門課程在管理學(xué)科體系中占據(jù)非常重要的地位。

《生產(chǎn)運(yùn)作管理》具有實(shí)踐性較強(qiáng)、與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，因此對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容，有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人會(huì)比較容易理解，而缺乏社會(huì)實(shí)踐和工作實(shí)踐的大學(xué)生卻常常視其為空洞的教條。傳統(tǒng)教學(xué)中沒有考慮到大學(xué)生普遍缺乏對(duì)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作過程的感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，另外由于教學(xué)條件的限制，使得該課程的學(xué)習(xí)效果受到一定的影響。顯然僅僅通過課堂的理論介紹，學(xué)生很難體會(huì)到課程的重要性，很難達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。因此，在這門課程的講授過程中有必要通過引入WITNESS仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)來有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，以達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

一、基于WITNESS軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

WITNESS是由總部位于英國奧克斯的Lanner公司開發(fā)的仿真軟件，采用面向?qū)ο蟮慕７椒ǎ糜谥圃鞓I(yè)、服務(wù)業(yè)仿真領(lǐng)域。目前在全球范圍內(nèi)已成功應(yīng)用于3500多家企業(yè)的業(yè)務(wù)流程的仿真與優(yōu)化，如大眾汽車、殼牌石油、福特汽車、通用汽車。國內(nèi)的企業(yè)如中海油氣電集團(tuán)技術(shù)研發(fā)中心、北汽福田康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司、煙臺(tái)通用東岳發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司、徐工集團(tuán)徐工科技股份有限公司等也相繼引進(jìn)了WITNESS仿真軟件進(jìn)行企業(yè)業(yè)務(wù)流程的仿真與優(yōu)化。與同類軟件相比，WITNESS仿真軟件的用戶界面比較友好，且能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)仿真的整個(gè)過程，用戶可以清楚地了解到生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的問題，能隨時(shí)地對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化。

WITNESS軟件為生產(chǎn)系統(tǒng)中各種類型的資源設(shè)計(jì)了相應(yīng)的可視化元素，從而能夠逼真地模擬實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)。利用WITNESS軟件將《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程涉及的各類生產(chǎn)系統(tǒng)制作成相應(yīng)的WITNESS仿真模型，在教學(xué)過程中演示這些仿真模型可使學(xué)生能夠非常直觀地了解生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)作過程、存在的問題以及應(yīng)該如何解決出現(xiàn)的問題，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，在學(xué)習(xí)的過程中能夠深刻體會(huì)到生產(chǎn)運(yùn)作管理的相關(guān)知識(shí)和理論。

因此在《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程的教學(xué)過程中利用WITNESS仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于學(xué)生理解實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)作規(guī)律，提高學(xué)習(xí)本課程理論知識(shí)的興趣，同時(shí)可以使學(xué)到的理論能夠有效地聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生規(guī)劃生產(chǎn)系統(tǒng)的能力。目前國內(nèi)已有上海交通大學(xué)工業(yè)工程系、北京理工大學(xué)管理學(xué)院、天津工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院等數(shù)十所高校購買了WITNESS仿真軟件用于相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

為了使基于WITNESS仿真軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠獲得更好的教學(xué)效果，作者設(shè)計(jì)并完善了符合大學(xué)本科管理類專業(yè)培養(yǎng)要求的WITNESS仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，供《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程教學(xué)使用，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求如表1所示。本文提出的這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容稍加調(diào)整之后也可以用于其他相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

二、WITNESS仿真軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

下面以多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)為例來說明WITNESS仿真軟件在生產(chǎn)運(yùn)作管理中的應(yīng)用，該實(shí)例已用于本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并取得了較好的教學(xué)效果。

表1 生產(chǎn)運(yùn)作管理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與要求

（一）實(shí)驗(yàn)素材

有一個(gè)生產(chǎn)車間有5組機(jī)器組，加工三種不同類型的產(chǎn)品甲、乙、丙。第1、2、3、4、5組機(jī)器分別有3、2、4，3、1臺(tái)相同的機(jī)器，三種待加工產(chǎn)品到達(dá)車間的間隔時(shí)間分別服從均值為35、25、45分鐘的負(fù)指數(shù)分布。甲產(chǎn)品首先在第2組機(jī)器上加工，接著在第5組，然后在第3組機(jī)器上加工，最后在第1組機(jī)器上完成最后工序，加工時(shí)間分別服從均值為20、15、25、20分鐘的二階愛爾朗分布。乙產(chǎn)品首先在第4組機(jī)器上加工，接著在第5組，最后在第2組機(jī)器上完成最后工序，加工時(shí)間分別服從均值為48、34、31分鐘的二階愛爾朗分布。丙產(chǎn)品首先在第3組機(jī)器上加工，接著在第1組，最后在第4組機(jī)器上完成最后工序，加工時(shí)間分別服從均值為48、15、36分鐘的二階愛爾朗分布。

如果一項(xiàng)作業(yè)在特定時(shí)間到達(dá)車間，發(fā)現(xiàn)該組機(jī)器全都正在進(jìn)行加工工作，該作業(yè)就在該組機(jī)器處進(jìn)入一個(gè)先來先服務(wù)（First Come First Service，F(xiàn)CFS）規(guī)則的緩沖區(qū)隊(duì)列等待加工。

要求建立該多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真模型，進(jìn)行365個(gè)工作日的仿真，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)，并提出相應(yīng)的改善方案。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

（1）建立多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型

首先，在WITNESS仿真軟件的布局窗口定義3個(gè)part元素分別表示三種產(chǎn)品、5個(gè)machine元素分別表示5組機(jī)器組和5個(gè)buffers元素分別表示機(jī)器組前的緩沖區(qū)，接著利用WITNESS系統(tǒng)元素ROUTE定義三種產(chǎn)品的加工過程，最后確定模型中各個(gè)元素的工作參數(shù)以及元素之間的邏輯關(guān)系，從而得到多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真模型如圖1所示。

（2）仿真模型的運(yùn)行及結(jié)果分析

運(yùn)行多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型365個(gè)工作日，使用WITNESS的report工具，得到關(guān)于各組機(jī)器的利用率，如圖2所示。

從圖2中的仿真結(jié)果可看出，目前生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力不平衡，第1組和第3組機(jī)器組的空閑率較高，生產(chǎn)能力過剩，而第2、4、5組機(jī)器組的空閑率較低，特別是第5組機(jī)器組的空閑率小于1%，生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，因此應(yīng)適當(dāng)調(diào)整各機(jī)器組中機(jī)器的數(shù)量使得各機(jī)器組的生產(chǎn)能力盡量一致。

圖1 多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型

圖2 機(jī)器組的利用率

（3）多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)的改進(jìn)

通過前面的分析，為了使該生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)能力達(dá)到平衡，將第1、2、3、4、5組機(jī)器組的機(jī)器數(shù)量分別調(diào)整為1、2、2、3、2臺(tái)。運(yùn)行改進(jìn)后的仿真模型，使用WITNESS的report工具，得到關(guān)于各機(jī)器組的生產(chǎn)能力利用率如圖3所示。

從圖3中的統(tǒng)計(jì)報(bào)表可看出調(diào)整了機(jī)器數(shù)量之后，生產(chǎn)系統(tǒng)中各機(jī)器組的繁忙率均在87%～88%左右，從而使得多品種小批量生產(chǎn)系統(tǒng)各機(jī)器組的生產(chǎn)能力得到了大致的平衡。

圖3 改進(jìn)后機(jī)器組的利用率

三、結(jié)束語

作者從2009年開始在《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程教學(xué)中采用了基于WITNESS仿真軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。實(shí)踐證明，在生產(chǎn)運(yùn)作管理課程的教學(xué)過程中運(yùn)用WITNESS仿真軟件開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使學(xué)生增加對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作課程的興趣，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作過程的計(jì)劃、組織與控制機(jī)理有進(jìn)一步的理解，能夠進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的積極性，使學(xué)到的理論能夠有效地聯(lián)系實(shí)際，從而提高學(xué)生的綜合能力，滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的需求。

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G642.4

A

1674-9324（2014）42-0142-03

北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進(jìn)與培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目（CIT&TCD201304118）；北京信息科技大學(xué)2012年度《生產(chǎn)運(yùn)作管理》課程建設(shè)項(xiàng)目。

蔣洪偉（1972-），男，錫伯族，遼寧省沈陽市人，工學(xué)博士，北京信息科技大學(xué)信息管理學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：生產(chǎn)運(yùn)作管理、物流與供應(yīng)鏈管理。