工业工程教学体系构建探索

工业工程教学体系构建探索工业工程(IndustrialEngineering,简称 IE)在国外已经有一百多年的历史,是美国七大工程学科之一,其融工程和管理于一体,对工业发达国家的经济与社会发展起了巨大的推动作用。

工业工程是关于复杂系统有效运作的科学,其将工程技术与管理科学相结合,从系统的角度对制造业、服务业等或组织中的实际工程与管理问题进行定量的分析、优化与设计,是一门以系统效率和效益为目标的、独立的工程学科。

1 工业工程教学现状工业工程是一门多学科交叉、实践性很强的边缘学科,具有工程性、社会性和创新性等特征。

本专业培养具备现代工业工程和系统管理等方面的知识、素质和能力,能在工商从事生产、经营、服务等管理系统的规划、设计、评价和创新工作的高级专门人才。

根据目前工业工程专业的课程设置,需要教学实验的专业主干课程有:基础工业工程、人因工程、物流工程、管理信息系统、生产计划与控制、资源计划、质量工程、工程经济学、项目管理、供应链管理和现代制造系统等。

现代工业工程是和整个产业经济摆脱困境、赢得竞争优势的有效武器,工业工程学科的发展是决定产业成功与否的重要因素之一,能因应时代变迁的工业工程技术更能提升国家整体竞争力,因此如何有效地发展现代化之工业工程技术,以提升国家竞争力,为当务之急。

发展工业工程的一项重要工作是人才培养,我国最早于 1993 年招收工业工程专业的本科生,目前已有 100 余所院校设有工业工程专业。

与国外相比,我国工业工程教学体系中实验课程的设置相对较少,手段较为单一,这容易导致学生理论知识充实而实践能力差的情况,不利于推动实用型和创新型工业工程的培养。

因此,如何建设工业工程专业实验室、开设实验以及完善教学实践体系,更好地将工业工程教育与社会需求紧密衔接,培育出确实能够将理论与实践相结合的工业工程专业化人才,已成为现代工业工程教育所面临的亟待探讨和解决的问题[2~3]。

2 专业教学实验体系构建的思路工业工程的特征(1)IE 是一门集自然科学、社会科学、工程学和管理学等的综合、交叉型科学,其善于兼收并蓄,不断扩展所涉及的领域,因而工业工程师是一种复合型人才。

(2)IE 将技术与管理有机结合,特别强调综合性和整体性。

追求由人、物料、设备、能源、信息等生产要素所组成的综合系统各因素的合理配置、协调运行,充分发挥各自的效能,达到提高生产率、降低成本、实现最佳的整体效益。

(3)IE 的工程属性很强,其工作原理是采用工程分析与设计的原理和方法,强调定性分析与定量研究相结合。

(4)现代 IE 不仅是一种工程技术,而且还是一种哲理,特别强调发挥系统中人的作用,在研究组织设计与重构、人员评价、激励手段等时往往采用工业工程的方法。

教学实验体系的建设原则(1)强调基础技能,面向现代化。

从 IE 发展历程和国外应用经验来看,基础 IE 是发展的起点,是现代 IE 的基础和组成部分,其应用是最普遍的。

同时注重与时俱进引入现代技术,包括无线射频识别系统(RFID)、红外传感器、激光扫描器件等在内的各种信息传感设备和包括全自动立库、电子价格标签、电子看板、可编程序控制器(PLC)等在内的各种自动化、可视化的监控设备相融合,形成基于物联技术的现代工业工程教学实验系统。

(2)实验体系硬件与软件并重。

现代 IE 要求工程技术人员必须具备很强的实践和工程分析与设计能力,因此 IE 实验体系建设要软硬两手抓,即购置相关实验设备,提供真实的人机操作环境,同时配备相关实验软件,利用虚拟仿真平台,借助络信息技术开展内容丰富的络模拟实验,为学生提供实践、诊断、设计的完整场所[4~5]。

(3)注重实验体系的开放性和拓展性。

工业工程的研究领域从其传统的制造业拓展到了服务业,在实验室所营造的模拟环境中开展以系统化、集成化、信息化、实时化、自动化、透明化、敏捷化为标志的工业管理实践活动,包括对为此而采用的所有现代化管理手段的操作实践活动;并以精益生产、看板管理、敏捷制造、全面质量管理等充分体现现代工业工程思维方式和理念的管理技术,作为实验教学系统的主要内容。

(4)前瞻性的,可重组的工业工程实验教学体系。

现代工业工程学科教学的目标,已不再单单是希望通过理论讲授、教学演示和动手操作,让学生了解和掌握工业工程学科的有关知识、概念和技术,而是要求通过学习先进的现代工程管理技术,能培养学生的工程分析、规划、设计和方案优化的能力以及创新意识。

因此,开展现代工业工程学科教学,必须配合建设前瞻性的、可重组的现代工业工程实验教学研究系统,这其中不仅应该包括柔性的生产制造实验模块、仓储管理模块、生产信息管理软件等,还必须具有能够支持有关现代工业工程学科教学和课题研究的实验作业对象以及现代化的实验信息采集与分析工具等。

3 教学实验体系的构建南京航空航天大学是我国“工业工程”专业的发起学校之一。

长期以来,以综合素质教育为基础,以高技能和创造力培养为主导,深入进行教学改革,培养既懂技术又懂管理的复合型人才,使“工业工程”专业已成为一个创新型、开放型、国际化的专业人才培养基地。

南京航空航天大学的工业工程专业实验体系建设以“教育要面向现代化,面向世界,面向未来”为指导思想,以培养创新型和实用型经济管理类人才为目的,以建设满足“厚基础、宽口径、强能力、高素质”培养要求的实验实践教学体系为手段,合理配置教学资源,整体规划、精心设计、突出基础、强化特色,将系统理论知识传授和专业技能培养相互融合,构建集情境依赖、模拟仿真、实战体验为一体的满足学生基本实践技能培养与个性化创新发展需要的实验教学基础平台,为培养满足新世纪社会经济发展需要的工业工程人才创造条件。

具体包括以下方面的内容:教学实验层次为了更好地实现工业工程实验室的功能和目标,针对工业工程专业的特点,设计了 3 个实验层次(基础型实验,综合型实验,创新型实验,如图 1),在提供基础型实验、积极开发综合型实验、满足专业培养目标基本要求的基础上,鼓励和提倡创新型实验,通过整合、共享、发展、创新,实现了从验证模仿型实验向设计创新型实验的转变。

(1)基础型实验(包含认知型实验和验证型实验)。

这一层次的实验是工业工程专业学生应知应会的基本实验,与基础课程紧密,主要夯实学生的理论基础。

认知性实验通过录像和去实地参观,给学生以直观的认识;验证性实验,如:秒表测时实验、人的疲劳实验、动作研究、时间研究、工作测定、学习曲线等,主要是与特定专业课程和核心技能有关的实验,重在提高学生的专业能力和素养。

(2)综合型实验(包含设计型实验和综合型实验)。

设计性实验通常是结合特定课程所开设的实验,如物流系统设计、装配流水线设计、方法设计,流程分析与作业分析等,这类实验需要应用相关课程的多个知识点,需要一定的技巧和灵活性。

综合实验则是综合运用多种专业知识的实验,通常需要学生综合运用多门课程的知识解决实际问题,如生产设施布局、生产能力校核、生产系统仿真等。

(3)创新型实验(包含研究性实验和创新性实验)。

第三层次属于研究创新性实验,其中研究性实验,主要是针对部分参与教师科研课题的优秀学生根据课题需要所进行的实验,如排序问题的优化算法、综合应用的混流生产线的平衡、项目进度计划编制、工作结构分解、基础数据的收集、数学模型的构建,以及生产与物流系统模拟仿真实验等。

创新性实验,学生可以根据自己的自主创新项目,选择实验平台进行设计和验证等,如科技项目可行性研究、创业计划研究、形象设计等。

该层次实验是瞄准进一步提高学生能力,特别是创新能力的实验,与学生参与实际课题以及学生课外创新活动密切相关,重在提高学生综合运用各种专业知识的能力和创新能力。

教学实验方法遵循“管理以实践为本,依托实践开展经济管理教育”的基本原则,将系统理论知识传授、专业技能培养和综合素质提高相互融合,构建了集情境依赖、模拟仿真、实战体验为一体,分层次、分阶段、分类别满足学生基本技能培养与自主化、个性化创新发展要求的实验教学体系。

随着科技的发展使得新的教学手段不断出现,实验教学手段也趋于多样化、现代化。

(1)参观。

在实践过程中,通过组织学生去苏果公司物流配送中心、南京中萃食品公司、南京金城公司等实地参观,让学生观察车间布局、生产流程、生产计划、现场管理、质量控制、设备管理等基层运作管理。

(2)实际操作。

学生能身临其境地在针对岗位、流程、任务的实践中,利用实验室提供的各种软硬件资源,如:管理信息系统、RFID、条码扫描设备、手持RF信息采集终端、工位信息采集播放器和生产流水线、立体仓库、自动出货分类线、功率车、模拟驾驶仪等在内的各种生产、物流、人因工程设施来完成实验指定的作业任务,解决工业工程实践中各种问题。

(3)模拟与决策。

引入沙盘模拟、BOSS 决策软件、生产模拟等模拟教学方式,通过让学生进行角色扮演,引导学生变换角色。

例如在啤酒游戏(BeerGam e)、生产决策模拟游戏、生产排程游戏(TOC)等教学环节中,通过角色扮演,让学生扮演成现实世界中的不同角色,如公司经理、财务主管、采购主管、生产主管等,对遇到的生产运作问题进行讨论与决策,使学生在提高了学习兴趣的同时加深对概念的理解。

(5)计算机建模与仿真。

利用 W itness仿真软件、Flexsim 软件、ERP 软件、工业工程分析软件、SPC 软件,可进行流程改进、工厂物流模拟与规划、供应链建模与优化、操作分析与优化、质量控制等实验项目,按照现实生产或物流系统,甚至是供应链系统运行,在计算机营造的虚拟环境中模拟出与现实相应系统中的设施、设备具有相同属性的实体,使其按照实际中的步骤从事特定的活动,然后,根据待选方案的不同,改变此系统的参数,比较系统运行效果,进而选择选择合适的方案。

(6)案例分析。

有针对性地根据不同的知识点,分析国内外实施工业工程的案例,包括沃尔玛、惠普 H P、戴尔电脑、丰田汽车、IBM 、苏宁电器、南方航空、海尔等公司的案例,通过这些经典案例的分析,使得学生能够深入快速地理解和掌握工业工程的有关知识点。

(7)科学研究。

根据老师科研课题和项目(精益生产、流程优化、工时定额等),学生组成科研兴趣小组,小组成员根据项目内容进行分工,小组讨论决定如何采集数据、采用何种方法进行分析、用什么样的工具进行优化等等,进行资料收集,通过实地考察、调研、决策与分析,最后提交研究报告,培养学生的科研能力和团队协作精神。

实验教师培养努力建设一支高水平的实验教学师资队伍,进一步完善课程负责人制度,并以此制度为平台,培养更多的中青年教师,使职称结构、学历结构、年龄结构更加合理,进一步提高实验教学师资队伍水平。

通过进修、业务培训等手段,加强对实验教学技术人员队伍的岗位技术培训,特别是加强现代实验手段、信息技术、材料技术及新型仪器设备的学习与培训,全面提升其业务素质。