“輪班制”下工程實訓教學的設備利用優化研究

谷良田+顏世周+賓凱+曾江黎

隨著應用型技術大學建設的潮流到來，不少高校進行了轉型或對培養方案進行了調整，為了普及學生的工程素養，學校將工程訓練課程向全校學生推開。盡管可以通過“輪班制”的安排來達到增加人機比的目的，但是，學生與實訓設備數量比例失調的問題接踵而至。然而“輪班制”在工程訓練教學過程中的實施有很大的盲目性，缺乏該項制度對教學效果和實訓設備利用優化的科學論證與探究，無法得到最優化的輪班安排。因此，研究“輪班制”對實訓教學效果與實訓設備利用優化有著重要的現實意義。

一、工程實訓教學的“輪班制”實施方案

每個高校的工程實訓內容根據每個學校的培養目標不同而略有差異，但大致基本包含了機械制造和電子電工技術兩個大類，由車工、焊工、鉗工、銑工、特種加工、電工工藝、電子工藝等組成。傳統的理論課程的授課方式一般是按照教學大綱順序逐一開展，每周每個課程只能進行40人次/40學時，這難以適應工程實訓教學任務（每個年級若有3000人，則每周通常要完成500人次/40學時），因此采取“輪班制”如下。

1.多個工種同時進行

不同于其他理論課的前后章節內容聯系緊密的特點，工程實訓課程里包含的工種所培訓的技能的關聯度不大，因此可以同時安排多個教學班進行不同的工種訓練，然后通過輪換的方式，保證每個人都保質保量訓練到每一個工種。通過此方式輪換，能將該課程每周的學生容量和設備利用率成倍提升，但設備負荷損失成本提高。

2.每天分成早、晚兩班

為了進一步擴大工程訓練每周的學生容量，除了使多個工種同時進行輪班的形式，還可以將兩個作息班形式的教學結合起來。工程實訓是以技能訓練為主的課程，練習的時間最好相對連續，有利于學生技能的獲得。將早上8：00～14：00作為早班，14：30～20：30作為晚班，每個班折算成8學時，因此又在原來的基礎上將學生容量擴大一倍。

這兩種制度結合就構成本文所討論的“輪班制”，這種制度保證了學校能用少數的設備開展大量的實訓課程，大大提升了設備利用率，但是，這樣長時間使設備處于工作狀態，會使設備故障率也大大提升，縮短了設備壽命。

二、典型工程訓練設備的故障率與使用時長分析

為了研究設備故障率與工作時間關系，便于找到設備的最佳工作時間以指導輪班制教學，筆者通過對幾個典型工種的設備進行隨機抽樣，進行多次實驗，加以統計分析，得出下圖所示結果。

圖中橫軸表示每天連續工作的時間，縱軸表示實驗半年后統計出設備的故障率，反映不同設備分別進行不同的連續工作實驗測試，得到的故障率各有不同。每天連續工作5～8小時設備的故障率普遍較低，超過8小時后，每種設備的故障率上升的趨勢明顯增大，還可以知道涉及精密電子元件的設備的故障率要比車床設備高，但故障維修成本較車床低，恢復速度也較快。

三、設備利用優化措施

“輪班制”下設備的故障率與設備利用率是相互制約的關系，每天的使用時間越長，使用率越高，故障率也會越高。根據圖中所示結果可以知道幾種典型工種的設備在“輪班制”教學中設備較優工作時長。在實驗中，還發現設備的故障率與使用者的操作和保養水平也有很大關系：初學者使用普通車床和普通銑床產生故障的概率要比熟練操作工使用所產生的故障率高出很多，車床上潤滑油是否及時和是否進行必要的清掃也影響機器的故障率；電子電工設備故障率與實驗的項目內容存在一定的關聯，復雜、操作難度大、大電流、大電壓的實驗項目中使用的設備的故障率要比一般的實驗項目高出許多，3D打印設備故障率與設備所處的工作環境的溫濕度、空氣清潔度關聯較大。

因此，在“輪班制”的工程訓練教學模式下，優化設備的利用率，可以根據不同設備的維修成本和恢復速度著手，分配“輪班制”的設備工作時間，以成本代價為導向，制訂合理的作息時間。同時，應注重對使用者的使用技能培訓，強調安全細節，注重保養，共同作用使設備利用率和故障率達到較優化的比值。經過長時間的經驗總結，得到幾種常見的實訓設備的維修成本、恢復時間以及故障率的關系，如上表所示。

表中顯示普通車床和普通銑床故障率每升高0.1%，則對應維修成本需要增加3000元，維修時間增加36小時；電工實訓臺和ABS型打印機故障率每增加1.0%，則對應維修成本增加600元，恢復時間增加5小時。根據工程訓練課程幾種工種并行進行輪班的特點，需要找出一個都比較合適的工作時長。以此數據為例，綜合分析可知，在8～10小時工作時長區間內，電工實訓臺和ABS型打印機的維修成本以及恢復時間與普通車床與普通銑床基本持平，可選此時間區域為設備的工作時間，保證“輪班制”開展的時長最大，故障維護成本和利用率比值較小。若工程訓練課程有其他工種或不同的組合，應該根據實際情況進行分析統計，按照此法需要合理的設備連續工作時間區域。

本文分析了“輪班制”的模式帶來的設備工作時間比普通教學時間過長所導致設備故障率上升的問題，并通過實驗得到產生問題的各因素之間的簡單曲線，以其結果指導工程訓練教學輪班制的時長制訂，以及分析其他制約故障率的相關因素，綜合處理以得到優化的使用率。

參考文獻：

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