虛擬工廠環境下基于培養目標的工業工程專業實踐教學體系改革

王雅君 金海華 時君麗 樊雙蛟 程金石 王德權

摘要：針對高校應用型人才培養目標，根據工業工程專業實踐教學中的特點，研究如何在虛擬工廠環境下，培養學生對復雜的生產系統進行管理的實踐能力，滿足相關的教學需求。建立了基于虛擬化工廠環境實驗室的工業工程實踐教學體系，包括物流系統仿真實踐體系，基礎工業工程實習體系，模擬企業組織實踐體系，質量與成本管理實驗體系，最后總結了虛擬化工廠環境實驗室布局規劃和工業工程實踐教學體系改革實施方案。

關鍵詞：虛擬工廠；培養目標；工業工程；實踐教學體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0247-02

我國對高校應用型人才培養提出明確目標和要求，即“要注重增強學生的實踐能力、創造能力、就業能力和創業能力”，而實踐教學正是大學階段培養這些能力的關鍵環節，本文通過對虛擬化工廠環境實驗室的研究，希望探索出一條適合高校工業工程專業的實踐教學新模式。

一、工業工程實踐教學體系改革需求

虛擬化工廠環境的實驗室模擬現代工業企業生產環境，類似一個微型智能化工廠，模擬企業內部物流，兼具商業物流，具有綜合性、現代性和開放性的特點。該實驗室的作用在于在虛擬工廠環境下，培養學生對復雜的生產系統進行生產工藝程序分析、生產計劃與控制、質量分析與控制、設施規劃設計、過程優化以及流程管理的實際能力，滿足相關的教學和科研的需求。利用計算機網絡技術，虛擬現實技術、系統仿真技術、信息管理與決策技術等多種技術手段，使實驗室能充分體現和展示現代工業工程技術。本文將充分調研社會和企業對工業工程人才培養的需求，進而確定工業工程人才需必備的能力，在以能力為本位的基礎上，在虛擬工廠環境下進行實踐教學內容和方法的調整，通過綜合實踐訓練，真正提高工業工程專業畢業生的實踐能力、創新能力，滿足企業需求，促進工業工程專業整體教學水平的提高，為社會發展輸送更多優秀的人才。

二、基于虛擬化工廠環境實驗室的工業工程實踐教學體系改革

1.改革現代工業工程綜合實踐教學體系。結合現代工業工程實驗室虛擬現代化工業企業，立足本學科特點、面向管理工程實際，注重對學生操作能力、綜合素質的提升，培養創造力，結合工業工程專業特點，建立如圖1所示的實驗教學體系框架，在此基礎上建立和完善各項與本專業相關的實驗教學體系。對引導型的工業工程學科前沿實驗，總結經驗，進一步修訂和完善課程設置、教學大綱等。進一步凝練實驗項目，強化實驗與科研、工程實踐的結合和銜接，進一步突出對知識的綜合運用能力、系統設計能力、創新能力與工程實踐能力的培養。

在該體系框架下，設計具體實驗/實習/課程設計的主要內容包括：①物流系統仿真實驗：通過混流組裝生產線、自動化立體倉庫、電子分揀中心和自主開發的教學實驗軟件平臺四大模塊，將實物系統與虛擬現實相結合，覆蓋生產與物流系統的全部重要環節。使學生充分體驗物流系統中物料流、服務流、信息流互相影響、互相制約的關系。實驗內容主要有：a.通過對各實驗工位的動作采集，結合作業動作分析的基本理論與方法，實現作業動作的科學制定；b.通過對生產作業工序的動態調整，實現對工序流程的分析與優化；c.通過對各實驗工位工時分析整理，找出實驗環節中的“瓶頸”工位，通過對“瓶頸”工位的優化調整，實現生產線平衡與優化；d.通過對生產線速度的調整，使各工位的負荷保持相對穩定，避免發生時緊時松現象，均衡高效地完成生產操作。②基礎工業工程實習：學生真實或模擬一種產品的需求調研、設計、加工、銷售等環節的運作過程，從中了解產品生產運作的全過程，進而完成基礎工業工程實習。實習步驟：a.組織學生實習，為期3周，組織形式為將學生分組，每組約6到8人，每組學生可自行組織；b.實驗產品主要以手工布藝制品為主，使實習具有可操作性；c.產品生產可以模擬簡單機械制品的裝配、測量等工作。③模擬企業組織實驗：將生產車間及主要生產設備、裝配車間及裝配線分別虛擬構成小型化企業系統，以小型機電產品如機械傳動件、齒輪箱等為生產實驗對象，進行現代制造系統實驗、質量可靠性（工序能力調查、質量控制、抽樣檢驗）實驗、生產計劃與控制（開發與試制、多品種小批量生產）實驗以及工業工程和ERP等實驗。通過此實驗完成一部分產品管理課程設計和畢業設計實踐教學。④質量管理實驗：學生通過實驗充分理解SPC控制和MSA過程；學生制作或裝配某種產品，對每道工序采用專用的數據采集設備進行質量數據的采集，記錄質量數據，利用軟件畫出SPC控制圖并進行過程能力指數CPK的計算；對測量系統進行分析，學會使用常見測量儀器，對測量系統進行MSA分析，包括位置變差（線性、偏倚、穩定性）、寬度變差（重復性、再現性）。具體實現：對測量對象（試件）進行數據測量，記錄在相應表格，計數型及計量型數據分析（位置變差、寬度變差），通過此實驗也可完成一部分產品管理課程設計和畢業設計實踐教學。⑤成本管理實驗：以成本核算實驗為主，實驗過程以現代生產物流與工業工程實驗室虛擬生產的實驗產品為成本計算對象，記錄各工序使用的各種原材料、輔助材料、生產工時、人工費用、消耗的動力費用、廢品情況，按照費用歸集分配方法，計算所生產實驗產品的成本，編制相關成本報表，并能夠進行相關分析。要求學生掌握成本核算的基本技巧，理解成本核算的基本原理，能夠熟練進行各種費用的歸集和分配，在此基礎上掌握成本計算的三種基本方法和相應的輔助方法，并能較好地完成相關成本報表的編制和分析工作，掌握從事成本核算和成本管理工作的基本技能。通過此實驗也可完成一部分產品管理課程設計和畢業設計實踐教學。

2.虛擬化工廠環境實驗室布局規劃。實驗室按企業運營模式組織學生進行相關實驗和課程設計。實驗室旨在完成《基礎工業工業工程》、《人因工程》、《設施規劃與物流分析》、《生產計劃與控制》、《先進制造系統》、《管理信息系統》和《質量管理和可靠性分析》等專業核心課程的實踐教學。擬建實驗室布局結構如圖2所示，實驗室建設按照軟硬件并重的思想，研究并建立硬件環境和軟件環境配置實施方案。

工業工程學科教育的發展要結合社會實際情況和各高校的現有條件，通過不斷改革使其課程和實踐環節設置更加合理，使學生具備較強的實踐能力，因此本研究適應我國社會對工業工程人才的需求，并為工業工程學科的發展起到良好的推動作用。

參考文獻：

[1]殷復鵬，孫家坤，劉吉場.現代工業工程實驗室規劃與建設[J].高校實驗室工作研究，2008，98（4）：91-93.

[2]汪應洛.工業工程導論[M].北京：中國科學技術出版社，2001.

[3]孫林巖.人因工程[M].北京：中國科學技術出版社，2001.

[4]朱伏平.工業工程實驗體系建設問題研究[J].實驗科學與技術，2006，（1）：73-74.

[8]吳愛華，崔如光，張毅偉，等.工業工程教學實驗體系的研究與實驗方法的改革[J].實驗室研究與探索，2001，20（2）：46-49.