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工業工程（IndustrialEngineering，簡稱IE）在國外已經有一百多年的歷史，是美國七大工程學科之一，其融工程和管理于一體，對工業發達國家的經濟與社會發展起了巨大的推動作用。工業工程是關于復雜系統有效運作的科學，其將工程技術與管理科學相結合，從系統的角度對制造業、服務業等企業或組織中的實際工程與管理問題進行定量的分析、優化與設計，是一門以系統效率和效益為目標的、獨立的工程學科。

1工業工程教學現狀

工業工程是一門多學科交叉、實踐性很強的邊緣學科,具有工程性、社會性和創新性等特征。本專業培養具備現代工業工程和系統管理等方面的知識、素質和能力，能在工商企業從事生產、經營、服務等管理系統的規劃、設計、評價和創新工作的高級專門人才。根據目前工業工程專業的課程設置，需要教學實驗的專業主干課程有：基礎工業工程、人因工程、物流工程、管理信息系統、生產計劃與控制、企業資源計劃、質量工程、工程經濟學、項目管理、供應鏈管理和現代制造系統等。現代工業工程是企業和整個產業經濟擺脫困境、贏得競爭優勢的有效武器，工業工程學科的發展是決定產業成功與否的重要因素之一，能因應時代變遷的工業工程技術更能提升國家整體競爭力，因此如何有效地發展現代化之工業工程技術，以提升國家競爭力，為當務之急。發展工業工程的一項重要工作是人才培養，我國最早于1993年招收工業工程專業的本科生，目前已有100余所院校設有工業工程專業[1]。與國外相比,我國工業工程教學體系中實驗課程的設置相對較少，手段較為單一,這容易導致學生理論知識充實而實踐能力差的情況，不利于推動實用型和創新型工業工程的培養。因此，如何建設工業工程專業實驗室、開設實驗以及完善教學實踐體系，更好地將工業工程教育與社會需求緊密銜接，培育出確實能夠將理論與實踐相結合的工業工程專業化人才，已成為現代工業工程教育所面臨的亟待探討和解決的問題[2~3]。

2專業教學實驗體系構建的思路

2.1工業工程的特征

（1）IE是一門集自然科學、社會科學、工程學和管理學等的綜合、交叉型科學，其善于兼收并蓄，不斷擴展所涉及的領域，因而工業工程師是一種復合型人才。

（2）IE將技術與管理有機結合，特別強調綜合性和整體性。追求由人、物料、設備、能源、信息等生產要素所組成的綜合系統各因素的合理配置、協調運行，充分發揮各自的效能，達到提高生產率、降低成本、實現最佳的整體效益。

（3）IE的工程屬性很強，其工作原理是采用工程分析與設計的原理和方法，強調定性分析與定量研究相結合。

（4）現代IE不僅是一種工程技術，而且還是一種哲理，特別強調發揮系統中人的作用，在研究組織設計與重構、人員評價、激勵手段等時往往采用工業工程的方法。

2.2教學實驗體系的建設原則

（1）強調基礎技能，面向現代化。從IE發展歷程和國外應用經驗來看，基礎IE是發展的起點，是現代IE的基礎和組成部分，其應用是最普遍的。同時注重與時俱進引入現代技術，包括無線射頻識別系統（RFID）、紅外傳感器、激光掃描器件等在內的各種信息傳感設備和包括全自動立庫、電子價格標簽、電子看板、可編程序控制器（PLC）等在內的各種自動化、可視化的監控設備相融合，形成基于物聯網技術的現代工業工程教學實驗系統。

（2）實驗體系硬件與軟件并重。現代IE要求工程技術人員必須具備很強的實踐和工程分析與設計能力，因此IE實驗體系建設要軟硬兩手抓，即購置相關實驗設備，提供真實的人機操作環境，同時配備相關實驗軟件，利用虛擬仿真平臺，借助網絡信息技術開展內容豐富的網絡模擬實驗，為學生提供實踐、診斷、設計的完整場所[4~5]。

（3）注重實驗體系的開放性和拓展性。工業工程的研究領域從其傳統的制造業拓展到了服務業，在實驗室所營造的模擬環境中開展以系統化、集成化、信息化、實時化、自動化、透明化、敏捷化為標志的工業管理實踐活動，包括對為此而采用的所有現代化管理手段的操作實踐活動；并以精益生產、看板管理、敏捷制造、全面質量管理等充分體現現代工業工程思維方式和理念的管理技術，作為實驗教學系統的主要內容。

（4）前瞻性的，可重組的工業工程實驗教學體系。現代工業工程學科教學的目標，已不再單單是希望通過理論講授、教學演示和動手操作，讓學生了解和掌握工業工程學科的有關知識、概念和技術，而是要求通過學習先進的現代工程管理技術，能培養學生的工程分析、規劃、設計和方案優化的能力以及創新意識。因此，開展現代工業工程學科教學，必須配合建設前瞻性的、可重組的現代工業工程實驗教學研究系統，這其中不僅應該包括柔性的生產制造實驗模塊、倉儲管理模塊、企業生產信息管理軟件等，還必須具有能夠支持有關現代工業工程學科教學和課題研究的實驗作業對象以及現代化的實驗信息采集與分析工具等。

3教學實驗體系的構建

南京航空航天大學是我國“工業工程”專業的發起學校之一。長期以來，以綜合素質教育為基礎，以高技能和創造力培養為主導，深入進行教學改革，培養既懂技術又懂管理的復合型人才，使“工業工程”專業已成為一個創新型、開放型、國際化的專業人才培養基地。南京航空航天大學的工業工程專業實驗體系建設以“教育要面向現代化，面向世界，面向未來”為指導思想，以培養創新型和實用型經濟管理類人才為目的，以建設滿足“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”培養要求的實驗實踐教學體系為手段，合理配置教學資源，整體規劃、精心設計、突出基礎、強化特色，將系統理論知識傳授和專業技能培養相互融合，構建集情境依賴、模擬仿真、實戰體驗為一體的滿足學生基本實踐技能培養與個性化創新發展需要的實驗教學基礎平臺，為培養滿足新世紀社會經濟發展需要的工業工程人才創造條件。具體包括以下方面的內容：

3.1教學實驗層次

為了更好地實現工業工程實驗室的功能和目標，針對工業工程專業的特點，設計了3個實驗層次（基礎型實驗，綜合型實驗，創新型實驗，如圖1），在提供基礎型實驗、積極開發綜合型實驗、滿足專業培養目標基本要求的基礎上，鼓勵和提倡創新型實驗，通過整合、共享、發展、創新，實現了從驗證模仿型實驗向設計創新型實驗的轉變。

（1）基礎型實驗（包含認知型實驗和驗證型實驗）。這一層次的實驗是工業工程專業學生應知應會的基本實驗，與基礎課程緊密聯系，主要夯實學生的理論基礎。認知性實驗通過錄像和去企業實地參觀，給學生以直觀的認識；驗證性實驗，如：秒表測時實驗、人的疲勞實驗、動作研究、時間研究、工作測定、學習曲線等，主要是與特定專業課程和核心技能有關的實驗，重在提高學生的專業能力和素養。

（2）綜合型實驗（包含設計型實驗和綜合型實驗）。設計性實驗通常是結合特定課程所開設的實驗，如物流系統設計、裝配流水線設計、方法設計，流程分析與作業分析等，這類實驗需要應用相關課程的多個知識點，需要一定的技巧和靈活性。綜合實驗則是綜合運用多種專業知識的實驗，通常需要學生綜合運用多門課程的知識解決實際問題，如生產設施布局、生產能力校核、生產系統仿真等。

（3）創新型實驗（包含研究性實驗和創新性實驗）。第三層次屬于研究創新性實驗，其中研究性實驗，主要是針對部分參與教師科研課題的優秀學生根據課題需要所進行的實驗，如排序問題的優化算法、綜合應用的混流生產線的平衡、項目進度計劃編制、工作結構分解、基礎數據的收集、數學模型的構建，以及生產與物流系統模擬仿真實驗等。創新性實驗，學生可以根據自己的自主創新項目，選擇實驗平臺進行設計和驗證等，如科技項目可行性研究、創業計劃研究、企業形象設計等。該層次實驗是瞄準進一步提高學生能力，特別是創新能力的實驗，與學生參與實際課題以及學生課外創新活動密切相關，重在提高學生綜合運用各種專業知識的能力和創新能力。

3.2教學實驗方法

遵循“管理以實踐為本，依托實踐開展經濟管理教育”的基本原則，將系統理論知識傳授、專業技能培養和綜合素質提高相互融合，構建了集情境依賴、模擬仿真、實戰體驗為一體，分層次、分階段、分類別滿足學生基本技能培養與自主化、個性化創新發展要求的實驗教學體系。隨著科技的發展使得新的教學手段不斷出現，實驗教學手段也趨于多樣化、現代化。

（1）企業參觀。在實踐過程中，通過組織學生去蘇果公司物流配送中心、南京中萃食品公司、南京金城公司等企業實地參觀，讓學生觀察企業車間布局、生產流程、生產計劃、現場管理、質量控制、設備管理等基層運作管理。

（2）實際操作。學生能身臨其境地在針對崗位、流程、任務的實踐中，利用實驗室提供的各種軟硬件資源，如：管理信息系統、RFID、條碼掃描設備、手持RF信息采集終端、工位信息采集播放器和生產流水線、立體倉庫、自動出貨分類線、功率車、模擬駕駛儀等在內的各種生產、物流、人因工程設施來完成實驗指定的作業任務，解決企業工業工程實踐中各種問題。

（3）模擬與決策。引入沙盤模擬、BOSS決策軟件、企業生產模擬等模擬教學方式，通過讓學生進行角色扮演，引導學生變換角色。例如在啤酒游戲（BeerGame）、生產決策模擬游戲、生產排程游戲（TOC）等教學環節中，通過角色扮演，讓學生扮演成現實世界中的不同角色，如公司經理、財務主管、采購主管、生產主管等，對遇到的生產運作問題進行討論與決策，使學生在提高了學習興趣的同時加深對概念的理解。

（5）計算機建模與仿真。利用Witness仿真軟件、Flexsim軟件、ERP軟件、工業工程分析軟件、SPC軟件，可進行流程改進、工廠物流模擬與規劃、供應鏈建模與優化、操作分析與優化、質量控制等實驗項目，按照現實生產或物流系統，甚至是供應鏈系統運行，在計算機營造的虛擬環境中模擬出與現實相應系統中的設施、設備具有相同屬性的實體，使其按照實際中的步驟從事特定的活動，然后，根據待選方案的不同，改變此系統的參數，比較系統運行效果，進而選擇選擇合適的方案。

（6）案例分析。有針對性地根據不同的知識點，分析國內外企業實施工業工程的案例，包括沃爾瑪、惠普HP、戴爾電腦、豐田汽車、IBM、蘇寧電器、南方航空、海爾等公司的案例，通過這些經典案例的分析，使得學生能夠深入快速地理解和掌握工業工程的有關知識點。

（7）科學研究。根據老師科研課題和企業項目（精益生產、流程優化、工時定額等），學生組成科研興趣小組，小組成員根據項目內容進行分工，小組討論決定如何采集數據、采用何種方法進行分析、用什么樣的工具進行優化等等，進行資料收集，通過實地考察、調研、決策與分析，最后提交研究報告，培養學生的科研能力和團隊協作精神。

3.3實驗教師培養

努力建設一支高水平的實驗教學師資隊伍，進一步完善課程負責人制度，并以此制度為平臺，培養更多的中青年教師，使職稱結構、學歷結構、年齡結構更加合理，進一步提高實驗教學師資隊伍水平。通過進修、業務培訓等手段，加強對實驗教學技術人員隊伍的崗位技術培訓，特別是加強現代實驗手段、信息技術、材料技術及新型儀器設備的學習與培訓，全面提升其業務素質。支持教師開展實驗教學研究與改革，鼓勵和支持教師將學科發展前沿、最新科研成果和最新技術融入實驗教學內容中，不斷更新實驗教學內容，開出新的實驗項目。

3.4實驗教材規劃

加強實驗教學體系和實驗課程內容的研究與創新。結合航空、航天、民航的“三航”特色，以及現代企業發展對高素質人才的需要，科學地評估現行教學體系和課程內容，進一步完善實驗教學計劃及實驗課程大綱，使教學體系和課程建設為培養高水平工業工程人才服務。以實驗教學體系構建和培養學生能力為導向，不斷創新教學內容，積極體現現代實驗技術的新手段，力求做到科學性、系統性、實用性和創新性。對所有承擔的實驗課程、實驗項目均編寫實驗指導書以及實驗教材，包括：工效學實驗指導書、人機系統設計實驗指導書、工業工程實驗指導書、流水線規劃設計指導書、物流規劃與布局設計指導書、質量檢驗指導書、系統建模與仿真實驗教材等。

3.5教學實驗室構成

南京航空航天大學工業工程實驗室在“江蘇省高等學校基礎課實驗教學示范中心”的基礎上，配有多樣先進的實驗儀器設備、豐富的可供選擇的實驗內容以及科學的實驗管理體系，力爭建設成國內一流工業工程專業教學實驗中心。工業工程綜合實驗室由6個實驗室構成（如圖2）。

（1）基礎工業工程實驗室。培養學生運用工業工程的理論與方法，結合企業的具體情況，創造性地解決各種工業工程實際問題的能力。主要包括程序分析、操作分析、動作研究、模特法應用、工時評價與秒表測時、流程分析、學習曲線、人機操作分析等實驗，先對操作過程進行一般性地分析，然后運用專門的軟件對錄像過程進行分析，發現問題并進行改善。從而培養學生掌握基礎工業工程技術和方法，樹立工業工程意識，為后續課程的學習奠定實踐基礎，并為日后應用IE技術與方法解決生產實際問題提供支持。

（2）人因工程實驗室。具體包含6個實驗內容：

一是微氣候環境測定與評價實驗，學習掌握微氣候條件的測量方法，根據測量結果綜合評價微氣候條件；

二是環境照明與生產效率關系測定實驗，掌握照明的測量方法，繪制照明———工作效率曲線；

三是環境噪聲測定與評價實驗，掌握噪聲的測量規范和評價方法，評價噪聲的性質和對人的危害程度并提出改善建議；

四是勞動強度測定實驗，運用“心率—耗氧”相關關系曲線確定勞動強等級，為制定勞動定額提供科學合理的疲勞寬放標準；

五是人體心理與生理反應測定實驗，通過視覺和左右手反應時測定，掌握反應時作為測定疲勞程度間接手段的機理和意義；

六是人體基本測量實驗實驗，學習掌握使用人體測量儀器，并能靈活地將測量參數、統計參數用于人因工程設計。

學生通過實驗，可以掌握基本的人因學測量手段和測量概念，能在今后的實際工作中自覺地考慮“人－機－環境”的互動關系，提高工業生產中人性化水平。

（3）生產運作實驗室。實驗內容包括：裝配流水線控制、項目計劃編制、生產計劃甘特圖與網絡圖、單件小批生產周期計劃、編制外協計劃與合同書、生產計劃平衡表、生產能力校核等，通過本環節的設計鍛煉，讓學生加深對本課程理論與方法的掌握，同時具備分析和解決生產運作系統問題的能力，改變傳統的理論教學與生產實際脫節的現象。

（4）現代物流實驗室。包括RFID、條碼掃描設備、手持RF信息采集終端、工位信息采集播放器、自動供料、在線檢測、多工位加工、自動運輸、成品分揀、自動化立體庫等物流實驗系統，物流教學軟件系統、物流運作案例等整套方案，基于現代物流的核心理論和核心流程，以真正發揮物流實驗室的功效，為老師提供全面、系統的輔助材料，為學生提供實訓平臺，深化學生對現代物流理論的理解，提高學生的操作能力。

（5）質量工程實驗室。包括：工序能力調查、工序質量控制、抽樣檢驗等實驗項目，通過實驗教學讓學生了解工序能力評價和過程控制的工具和方法，以及應用GB2828進行抽樣檢驗的方法和步驟。通過實驗加深對課堂教學內容的理解和掌握，全面了解質量管理的內容和方法體系并正確掌握質量管理學的基本規律和一般方法，具有應用所學質量管理知識和其他相關管理課程的基本原理對實際問題進行分析和處理的能力，并進一步提高學生的動手能力。

（6）系統建模與仿真實驗室。包括：Boss決策軟件、Witness仿真軟件、Flexsim軟件、ERP軟件、Spot-light生產排程軟件等專業軟件。通過對上述軟件的應用，可以進行生產和流程系統運營管理與優化、流程改進、工廠物流模擬與規劃、供應鏈建模與優化等，掌握系統建模與仿真的基本方法，提高生產系統建模和仿真分析的能力，使學生能夠運用仿真技術來發現生產系統里存在的問題，通過改進措施的實施，提高生產生產能力和生產效率，培養學生理論與實踐相結合的能力。

4結束語

通過工業工程實驗體系的設計與建設，搭建一座理論與實踐的橋梁，為高校師生提供工業工程的各項理論研究與實踐探索的實驗平臺，深化學生對工業工程學科的理解，提高師生對現代工業工程管理手段的駕馭和操作能力，推進學生自主學習、合作學習、研究性學習的主動性和積極性，使學生對課程內容的認識加深，實驗技能（實驗理論、實驗方法和動手能力）顯著提高。學生不僅能學到有關專業知識和技能，還能培養獨立工作能力、決策和判斷能力的個人能力，以及協作能力、交往能力和強烈的責任心的社會能力，適應現代企業發展的實用型工業工程人才的需要。