数字化工业工程实验与实践课程体系改革研究

数字化工业工程实验与理论课程体系改革研究〔〕:

摘要：针对目前工业工程专业实验与理论教育存在的实验内容无法覆盖、缺乏先进制造系统的实验与理论问题、实验室无法柔性晋级改造问题，提出了数字化实验与理论教学思路。包括数字化实验室建立方案和实验平台设计。由传统IE实验平台、数字化消费制造系统实验平台、现代经营管理系统实验平台，以及设施规划与虚拟运作实验平台共同构成实验平台。

关键词：工业工程；数字化；实验；理论；课程

文引用格式：廖世龙等.数字化工业工程实验与理论课程体系改革研究[J].教育现代化，2022，6〔14〕：81-

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与其它专业相比，工业工程专业人才培养的主要特征就是较多的实验学时及理论环节。目前，我国已开设工业工程专业的高校虽然对理论环节的教学都很重视和支持，并不断加大对相关设备的购置，增强实验室建立的力度，但仅有少数几所院校建有专门的工业工程实验室,而这些现存实验室的实验设备条件仍然缺乏。其它相当一局部院校的工业工程专业实验室还只是处于在建甚至是规划状态。作为一门强理论性学科，学科本身的特殊性以及学科理论环节条件缺乏的客观现状，使难以自成体系的工业工程专业理论教学环节制约了人才培养目的的达成。因此，基于学科特点和开展现状，以及工业工程专业的办学形式和专业依托工程背景存在差异的前提下，如何建立IE实验室，特别是对实验体系、实验室构成等方面进展研究；以及如何将专业实际办学条件与实验教学课程体系、实验形式等内容有机结合，都是工业工程学科建立与人才培养亟待认真考虑和解决的问题。

一工业工程实验与理论教育现存问题

20世纪90年代，工业工程专业在我国设立。专业办学历史短，决定了该专业的本科教育照旧处于不断完善的过程，特别是对工业工程实验室建立，因为没有足够的实例可以借鉴，存在以下几个缺乏方面：

(1)工程实验课程内容无法完全覆盖专业课程知识。工业工程专业课程体系中专业课程都具有理论性，需要在理论学习阶段结合实验以加深学生对知识的掌握。许多能表达现代企业运营的实验由于条件的限制不可以进展，造成学生不能很好地吸收专业知识甚至与现实消费的需求产生宏大差距。

(2)缺乏面向先进制造系统的教学与实验。现有的实验侧重于根底IE。开设的实验总体还停留在传统的大规模消费根底之上。随着多品种小批量消费、定制化消费、敏捷制造的在企业中广泛的推广，以及协作机器人的广泛的普及，员工重复性劳动会被大面积的机器人替代时代的降临。传统IE的工作内容已不能适应先进制造系统，导致所培养的毕业生的理论才能无法满足现代企业对工业工程专业人才才能的需求。

(3)实验室柔性化晋级改造潜力的缺乏。先进的企业硬件设备由于投资高、操作复杂、占地空间大等特点造成现有工业工程系无法购置系列设备模拟工厂实际消费过程，致使实验室局部的设备操作模拟无法复原消费过程中的系统复杂性，从而造成实验室的效用较低，无法满足不断变化的市场需求对于高技能型人才的需求。

二数字化实验与理论专业对策

〔一〕数字化实验室建立方案

(1)实验室总体设计方案。信息技术的迅速普及以及专业软件、行业软件市场的快速开展，为制造企业从产品设计、产品工艺信息管理、资源管理、消费方案、消费控制、消费系统设计、销售管理、供给链管理、客户关系管理等大制造环境提供了全方位信息化、数字化的解决方案。随着人工智能的开展和信息技术的深化研究，可以确定只要是程序性流程、只要是有模型有规律的学科知识都可以被软件化和信息化，需要设计和创意性的工作也会借助虚拟仿真平台事半功倍的进步效率。以?根底工业工程?课程为例，市场上提供高速影像动作分析仪包含了动素分析、程序分析、动作经济性原那么等，涵盖了课程内的多数的内容。因此，如何有机、全面、系统将工业工程课程的所有专业课采用数字化的实验平台进展实验，构建实验室总体设计方案是本工程需要解决的首要问题之一。

〔2〕实验室系统构成与设计。工业工程专业实验系统由两个局部构成，分别为硬件系统和软件系统。其中，硬件系统主要包括三局部。①制造与装配系统，离散型数控机床制造区〔JobShop,FlowShop〕;流水线装配区；单元化装配区；。②消费现场控制系统，例如，精益消费的看板系统、安腾系统、目视管理系统等。③物流与仓储系统，例如RFID系统、AGV系统、传送机器人系统、自动堆垛机器人等。软件系统主要包括两局部。①管理控制软件:企业资源方案(ERP)、高级方案排程系统〔APS〕、产品数据管理系统〔PDM〕、客户关系管理系统〔CRMs〕等。②系统仿真软件：LAYOUT工厂布局设计仿真平台-FactoryCAD、供给链与物流仿真平台-Witness、消费系统仿真平台-Plant-Simulation。这些软件的使用和实验室微型工厂结合，即可从车间设施布置、消费方案制定到车间作业管理和库存管理对工厂进展模拟实验。

〔3〕硬件系统功能的实现设计。①在制造与装配过程中，原材料经过JobShop布局〔或采用：单元化布局Cellularmanufacturing〕下的数控机床的加工成为半成品并进入半成品库，半成品经过组装流水线(或采用：单元化消费CellProduction)加工成成品并进入成品库。在此过程中可以完成传统IE的动素分析、时间分析、物流途径分析、业务流程分析、装配线分析、消费系统仿真等专业实验。②物流管理方面的实验，包括立体仓库的建立，物料、半成品及产品的仓储管理，通过物流仿真模拟平台模拟立体仓库的物流运动，并可以设计物料编码系统。③基于射频技术实现物料、半成品、成品的全过程的信息的自动采集。包括入库、出库、盘点、移库等的管理。并通过数据库实现运营系统的相关数据的共享。

〔二〕实验平台设计方案

实验平台开设了涵盖工业工程专业的重要知识点的实验，一方面理论了工业工程专业的知识框架总体，另一方面加强了各知识点的理解与应用。这样，将学生所学到的分散的知识点有机联络起来，最终形成一个互为联络，逻辑明晰的知识框架网络，实现了对学生理论才能和综合分析才能进步的目的。

传统工业工程实验平台。传统工业工程实验平台开设的实验涵盖根底IE的主要内容，包括：动素分析、流程分析、作业时间测定、记忆曲线测定等。这些实验构成了现代工业工程活动研究的前提。作为数字工业工程实验室的子系统根底工业工程仿真模拟平台可以进展各种动作研究、时间研究的参数控制与模拟。数字化的工具使学生更为直观和便捷地对根底工业工程实验的主要内容进展操作和时间，从而更好地掌握方法研究和作业测定等根本方法，培养学生的不断置疑和持续创新的专业素养。

数字化消费制造系统实验平台。现代工业工程是在计算机系统技术的根底上开展集成消费和相应的现代制造技术。该实验平台可开设基于Minitab质量管理软件的质量与可靠性分析实验，通过制造、装配中产品、效劳数据的采集进展面向6西格玛管理的质量管理和面向设备维护的可靠性管理实验。使学生全面掌握统计分析方法，系统运用质量管理方法、工具以及相关技术。基于微型工厂对制造、装配过程进展全局的理解，使学生理解企业中常见的消费组织方式和先进企业采用的消费组织方式，到达熟悉现代制造系统的实验目的。

现代经营管理系统实验平台。企业信息化的普及使得企业借助信息化软件实现了管理才能的进步。自CAX、PDM、APS、ERP、SCM、CRM、MES等系统在制造企业的逐步的普及，掌握企业信息管理系统成为工业工程专业学生必须具备的技能。该实验平台可开设的实验:ERP系统的应用实验。包括基于ERP系统的人力资源管理模块、财务管理模块、消费方案模块、物料管理模块实验等。结合供给链管理开展SCM系统的实验，结合销售和采购开展CRM系统实验。可以开展APS系统与ERP系统集成实验等。信息系统的集成是企业信息化开展的方向之一，通过理解和掌握各种信息系统，为学生掌握企业信息流管理理念、方法和手段提供了全面的实验平台。

设施规划与虚拟运作实验平台。该实验平台基于witness、flexsim、plantsimulation等仿真模拟软件，可以开展的实验有：设施布局与规划实验、消费系统物流分析实验、消费系统产能评估实验等。通过仿真模拟平台使学生掌握借助实验平台进展设计方案的验证工作。通过仿真软件提供的优化算法、优化器得到系统的最优解。同时从宏观层面进展企业层面的主动的决策。借助仿真平台和系统，可以对工厂布局及内部物流的合理性、设备布置的有效性以及特种作业设备进展模拟实验并加以论证。通过系统建模与模拟仿真实验课程的学习，学生使用计算机建模与仿真平台对现代企业实际消费运作管理流程进展学习和理解，不但可以掌握现代企业消费系统(包括物流系统)的建模方法，还可通过建模拟真软件等进展仿真验证实验，并使用ERP系统熟悉企业各项业务流程，进步综合运用专业知识对现代企业消费运营系统设计与运行的模拟。

三结语

工业工程专业数字化实验室建立可以形成制造企业微观、中观、宏观层面的系统、有机的实验内容。使学生可以从系统高度进展企业实际问题的解决，降低了试错本钱。建立数字化工业工程主动决策计算与仿真软件集合，由传统的持续改善工作方法向主动规划、先期设计转变，产生系统设计效应。通过数字化的工业工程实验平台，为学生解决企业实际问题提供全面系统的验证平台。

参考文献:

【1】刘红军,胡发刚,杨亚柳.创新创业才能培养为主导的电子商务专业理论教学体系的构建[J].郑州航空工业管理学院学报(社会科学版),2022(6):182-184.

【2】柴春锋.工业工程专业理论教学体系分析与改善以太原科技大学为例[J].教育教学论坛,2022(10):124-126.

【3】郭景霞,兰建义,闫艳燕.工业工程综合实验室建立的研究与施行[J].实验技术与管理,2022(11):260-264.

【4】王雅君,金海华,时君丽,樊双蛟,程金石,王德权.虚拟工厂环境下基于培养目的的工业工程专业理论教