工業(yè)工程專業(yè)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

劉 云，龔小軍，田 斌，王亞民

（西安電子科技大學(xué) a.經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院；b.綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710071）

工業(yè)工程專業(yè)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

劉 云a，龔小軍a，田 斌b，王亞民a

（西安電子科技大學(xué) a.經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院；b.綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710071）

《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本文就該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分結(jié)合筆者十多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，給出了該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容安排以及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中存在的問題，針對(duì)存在的具體問題給出了建議性的解決措施。

工業(yè)工程；系統(tǒng)建模；仿真實(shí)驗(yàn)

《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程是我校工業(yè)工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解、掌握離散事件系統(tǒng)建模與仿真的基本原理以及基本方法，能夠運(yùn)用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、改善及優(yōu)化。通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，鞏固理論教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)對(duì)所學(xué)理論的感性認(rèn)識(shí)。我校開設(shè)《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程已有十多年，本文結(jié)合筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中存在的問題給出了建議性的解決措施。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

我校《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的為：根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真的基本原理與思想，通過對(duì)仿真軟件Witness及GPSSWorld的使用，使學(xué)生掌握對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等進(jìn)行建模與仿真的方法，培養(yǎng)學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。通過本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠運(yùn)用仿真技術(shù)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)制造中的關(guān)鍵問題，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，通過對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)與完善進(jìn)一步提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和流程績(jī)效，從而培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際生產(chǎn)制造、服務(wù)加工、物流等方面分析問題和解決問題的能力。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

我校《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共包括兩部分：

1.Witness建模仿真實(shí)驗(yàn)。在Witness建模仿真實(shí)驗(yàn)中，主要學(xué)習(xí)完成關(guān)于生產(chǎn)、制造等方面的建模與仿真，包括單隊(duì)列單服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)建模與仿真、流水線生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真、組裝作業(yè)工序建模與仿真、混流生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真、鋼材供應(yīng)鏈系統(tǒng)建模與仿真等等。通過以上仿真實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握Witness建模與仿真的基本步驟及Witness仿真系統(tǒng)的工作模式，同時(shí)熟悉part、machine、buffer、conveyor、labor等元素的應(yīng)用以及輸入輸出規(guī)則（如Pull規(guī)則、Push規(guī)則、sequence規(guī)則等）的使用，能夠利用Witness仿真軟件完成有關(guān)生產(chǎn)制造、物流等方面的建模與仿真。

2.GPSSWorld仿真實(shí)驗(yàn)。GPSSWorld是基于進(jìn)程交互的仿真編程語(yǔ)言，由于GPSSWorld特別適用于排隊(duì)系統(tǒng)的仿真，所以這部分的仿真實(shí)驗(yàn)主要是針對(duì)各種排隊(duì)系統(tǒng)，內(nèi)容包括單隊(duì)列單服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)仿真、單隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)仿真、多隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)仿真、隊(duì)長(zhǎng)有限的排隊(duì)系統(tǒng)仿真等。通過以上仿真實(shí)驗(yàn)使學(xué)生進(jìn)一步理解和體會(huì)排隊(duì)系統(tǒng)仿真的原理及排隊(duì)系統(tǒng)特性指標(biāo)的含義。目前我校的《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程的實(shí)驗(yàn)部分為16機(jī)時(shí)，如果把Witness和GPSSworld軟件的使用連同學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)都放在這16機(jī)時(shí)完成，很顯然時(shí)間是不夠的，所以我們目前的做法是：在理論課的課堂講授時(shí)，安排部分時(shí)間講授軟件，邊講解邊演示（約6～8學(xué)時(shí)），同時(shí)將Witness和GPSSworld軟件的學(xué)習(xí)版先拷貝給學(xué)生，這樣學(xué)生就可以在自己的個(gè)人電腦上安裝使用，課下學(xué)生自己先練習(xí)，具體上機(jī)時(shí)，教師主要是解決學(xué)生在練習(xí)或完成作業(yè)時(shí)遇到的困難和問題。所以我校建立了軟件網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)環(huán)境，學(xué)生也可以通過校園網(wǎng)在宿舍就可以使用正式版練習(xí)，滿足了部分學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的需要。

三、實(shí)驗(yàn)中存在的問題及解決措施

通過對(duì)多屆學(xué)生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，筆者總結(jié)了學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中存在的主要問題，如下：

1.上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)忘記采用半角輸入模式。在Witness和GPSSWorld軟件中，系統(tǒng)默認(rèn)的輸入模式都是半角（Witness的漢語(yǔ)輸入除外），但學(xué)生在編寫程序或設(shè)計(jì)時(shí)，往往忽視了這一點(diǎn)。如在使用GPSSWorld軟件時(shí)，若采用全角輸入模式，編譯程序過程中系統(tǒng)往往會(huì)顯示“無效的字符”這樣的錯(cuò)誤信息提示；而在Witness的詳細(xì)設(shè)計(jì)的界面中，如設(shè)置零件到達(dá)系統(tǒng)的時(shí)間間隔服從的分布時(shí)，若采用全角模式，則系統(tǒng)顯示“表達(dá)式有錯(cuò)”這樣的錯(cuò)誤信息提示。

2.對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的英文錯(cuò)誤提示往往不知所云。Witness、GPSSWorld系統(tǒng)出錯(cuò)的信息均以英文形式給出，但學(xué)生看到這些提示信息經(jīng)常是一片茫然，不明白錯(cuò)誤的內(nèi)容。遇到英文的出錯(cuò)信息，總覺得自己解決不了，就去求助老師。

3.在學(xué)生提交的上機(jī)報(bào)告中，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別同學(xué)的作業(yè)有雷同現(xiàn)象，由于布置的作業(yè)題全班都是一樣的，所以有的同學(xué)就拷貝其他學(xué)生的源程序或仿真模型。

4.對(duì)實(shí)驗(yàn)的輸出結(jié)果不太理解。Witness、GPSSWorld軟件中的輸出結(jié)果也是以英文的形式給出，有的結(jié)果的名稱是簡(jiǎn)寫形式，學(xué)生有時(shí)不明白輸出結(jié)果的真正含義。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。對(duì)于離散事件系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，我們知道由于事件發(fā)生的隨機(jī)性，所以一次仿真的結(jié)果只能看成是一次抽樣值，特別是對(duì)終態(tài)仿真，仿真結(jié)果應(yīng)該看作是服從某一分布的隨機(jī)變量，而學(xué)生在提交上機(jī)報(bào)告時(shí)往往忽略了對(duì)仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，一次運(yùn)行后，就認(rèn)為萬事大吉，將一次仿真的結(jié)果作為最終的分析結(jié)果。針對(duì)學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中存在的上述問題，筆者建議可以從以下幾個(gè)方面解決：（1）針對(duì)于全角輸入模式出錯(cuò)的問題，在上機(jī)前就提醒學(xué)生需注意輸入模式采用半角模式。（2）對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的英文提示信息，引導(dǎo)他們首先仔細(xì)分析錯(cuò)誤的信息內(nèi)容，然后結(jié)合仿真程序或仿真模型進(jìn)一步找出問題所在，鼓勵(lì)學(xué)生盡可能自己解決軟件運(yùn)行中出現(xiàn)的錯(cuò)誤提示信息，實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過幾次成功的嘗試后，學(xué)生的興趣明顯有所提高，同時(shí)對(duì)軟件錯(cuò)誤調(diào)試的技巧也有所提高。（3）針對(duì)上機(jī)作業(yè)中出現(xiàn)的雷同現(xiàn)象。我們采用了學(xué)生分組的方式來完成上機(jī)作業(yè)。具體做法是：由3名同學(xué)自行組成一個(gè)小組，每組的大作業(yè)內(nèi)容有所差異（包括GPSSWorld、Witness），由小組成員共同完成作業(yè)并提交上機(jī)報(bào)告，寫明每個(gè)人的具體分工和所做的工作，每個(gè)人寫出自己在完成小組任務(wù)時(shí)遇到的困難以及解決的辦法、自己的體會(huì)和收獲等等。如時(shí)間允許，也可在上機(jī)輔導(dǎo)時(shí)讓他們大概講一下完成作業(yè)的思路，包括模型的建立、參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)行結(jié)果的分析方法等等；（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)的輸出結(jié)果在講授仿真軟件的使用時(shí)，結(jié)合實(shí)際的案例，解釋有關(guān)輸出結(jié)果的含義，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自己充分利用系統(tǒng)的“幫助”功能，解決遇到的具體問題。（5）對(duì)于仿真結(jié)果的分析（主要是終態(tài)仿真），在實(shí)際的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們要求學(xué)生對(duì)同一問題的仿真至少做15次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，每次采取不同的隨機(jī)數(shù)流，然后根據(jù)15次的仿真結(jié)果，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論給出點(diǎn)估計(jì)和置信區(qū)間，最終得到更科學(xué)的結(jié)論，這些內(nèi)容我們會(huì)在這門課的理論教學(xué)部分講授。需要說明的是雖然需要進(jìn)行15次獨(dú)立的仿真，但在實(shí)際操作中并不會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間，如對(duì)GPSSWorld軟件只要每次用一條Clear語(yǔ)句，就可以完成一次新的仿真，對(duì)于Witness軟件，只需在有關(guān)的分布參數(shù)中設(shè)置不同的整數(shù)，就可以完成一次新的仿真。而對(duì)于仿真結(jié)果的分析，學(xué)生完全可采用Excel軟件完成。經(jīng)過上面的幾項(xiàng)措施，在最近幾年的課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生存在的問題明顯減少，收到了預(yù)期的效果。

《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程的實(shí)驗(yàn)課不但有助于加深學(xué)生對(duì)仿真理論的認(rèn)識(shí)，更重要的是可以使學(xué)生將仿真理論與實(shí)際問題相結(jié)合，達(dá)到了學(xué)以致用的目的，相信隨著仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，建模與仿真將會(huì)在人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

[1]劉云，龔小軍，李華.我校工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版），2005，（1）：101-104.

[2]嚴(yán)浩云.工業(yè)工程專業(yè)《系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)探討[J].教育教學(xué)論壇，2013，（12）：162-263.

G642.4

A

1674-9324（2014）35-0237-02

本文受西安電子科技大學(xué)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)或新實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：SY1347）。

劉云（1973-），女，西安電子科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院副教授。