工業(yè)工程專業(yè)課程教學的探究

1、工業(yè)工程專業(yè)課程教學的探究 一、課程教學體系結構 生產系統(tǒng)建模與仿真課程的教學體系結構分為三大部分:理論教學、實驗教學、實踐環(huán)節(jié)。 (一)理論教學 理論教學是生產系統(tǒng)建模與仿真這門課的基礎。我校該課程的理論教學為40學時,理論教學部分的內容包括以下九大部分: 1.概述。主要介紹有關系統(tǒng)仿真的基本概念、系統(tǒng)仿真的分類、離散事件系統(tǒng)仿真的基本概念,如仿真鐘、時間、活動、進程等。 2.仿真輸入數據的收集與分析。主要介紹系統(tǒng)仿真輸入數據的收集方法、分布的識別、參數估計方法、擬合度的檢驗等。 3.偽隨機數的產生及其統(tǒng)計檢驗。主要介紹偽隨機數及其產生方法、偽隨機數的統(tǒng)計檢驗(包括均勻性檢驗、獨立性檢驗、數

2、字特征檢驗等)。 4.隨機變量與隨機過程的仿真。包括離散型隨機變量的仿真方法、連續(xù)型隨機變量的仿真方法并介紹隨機過程中關于泊松過程的仿真。 5.離散事件系統(tǒng)的建模方法。包括實體流圖法及其應用舉例、活動周期法及其應用舉例以及petri網建模方法。 6.離散事件系統(tǒng)的計算機仿真策略。主要介紹事件調度法、活動掃描法、進程交互法以及三種仿真策略的比較。7.排隊系統(tǒng)的計算機仿真。介紹排隊系統(tǒng)的基本概念、分類、排隊系統(tǒng)仿真舉例。 8.庫存系統(tǒng)的計算機仿真。介紹庫存系統(tǒng)的基本概念及庫存系統(tǒng)仿真舉例。 9.仿真結果分析。主要介紹終態(tài)仿真、穩(wěn)態(tài)仿真的基本概念,終態(tài)仿真的結果分析,穩(wěn)態(tài)仿真的結果分析,多個系統(tǒng)性能

3、的比較分析以及方差縮減技術等。但理論部分涉及的概率論與數理統(tǒng)計的內容較多,如何將枯燥的仿真理論與實際問題聯(lián)系起來,以提高學生的學習興趣呢?筆者認為可以從以下兩個方面入手:首先,在每次有新的理論介紹之前先以一個背景問題引入,從而提出解決該問題的理論知識。例如生產系統(tǒng)常常會受到市場需求、原料供應、生產環(huán)境、生產狀態(tài)等多方面隨機因素的影響,那么在具體仿真時,這些隨機因素如何體現(xiàn)出來?從而引入隨機數的產生、隨機變量的產生、隨機過程的仿真等內容。又如在對一個系統(tǒng)具體仿真時,提問:當采用不同的隨機數流,仿真結果會隨之發(fā)生變化,那么實際中如何對仿真結果進行分析,從而得到科學的結論?從而引入數理統(tǒng)計的內容,將

4、其應用于仿真結果的分析。其次,鑒于工業(yè)工程專業(yè)的性質,有些復雜的數學推導過程可以適當刪減,力求學生理解原理,達到能夠靈活應用相應理論的目的即可。這里有一點需要強調的是,在多年的教學中,筆者認為第一次課尤為重要,其實這不僅僅是對生產系統(tǒng)建模與仿真這門課,對任何一門專業(yè)課都是如此。在第一次課中雖然不能涉及太多的課程內容,但在第一次課首先要告訴學生這門課是研究什么問題的,在什么情況下我們可以借助這門課的理論來解決問題,最好舉與實際問題相關聯(lián)的例子。例如,我在第一次上課時會介紹什么是系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)仿真的應用領域、應用系統(tǒng)仿真時應注意的一些問題等等,同時課堂上演示幾個可視化的仿真模型,如流水生產線加工系

5、統(tǒng)仿真、服務系統(tǒng)仿真等,通過一些感性認識,使學生對這門課有一個初步的了解,以提高學生對該門課程的興趣。 (二)實驗教學 實驗教學是對理論知識進一步理解和深化的有效方式,通過實驗教學,一方面可以加深學生對理論知識的理解,另一方面有利于培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的綜合能力。目前關于離散事件系統(tǒng)仿真的流行軟件也有很多,比如:extend、flexsim、gpss、arena、witness、em-plant、auto-mod等等。我們在教學過程中采用了witness和gpssworld軟件。這兩款軟件在使用上有較大區(qū)別。gpssworld屬于第二代仿真語言,是基于進程交互的仿真編程語言,特別適用于排

6、隊系統(tǒng)的仿真。當然這里的排隊系統(tǒng)范圍也很廣泛,比如,訂單的到達可以抽象為排隊系統(tǒng)的顧客,訂單的處理過程可以抽象為排隊等待過程,訂單處理完成可以抽象為顧客服務完后離開系統(tǒng)等等。通過此軟件的學習,一方面可以加深對離散事件系統(tǒng)仿真的理解,另一方面也可以提高學生調試程序的能力。因為目前即使是可視化的仿真軟件要仿真一些復雜的系統(tǒng),有時也需要編制相應的程序才可以完成,所以通過gpssworld仿真軟件的學習和應用,對于應用其他的仿真軟件也有幫助。witness是由英國lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統(tǒng)。它既可用于離散事件系統(tǒng)的仿真,又可用于連續(xù)流體(如液壓、化工、水力)系統(tǒng)的仿真,可視化效果好,

7、通過witness開發(fā)的系統(tǒng)仿真模型易于理解和控制,為加強學生在學習期間深入理解實際運作系統(tǒng)提供了直觀的、可行的實驗場景。目前在國內有近60所設有ie專業(yè)的高校引進了witness仿真平臺。我校的生產系統(tǒng)建模與仿真課程的實驗部分為16機時,如果把witness和gpssworld軟件的使用連同學生上機實驗都放在這16機時完成,很顯然時間是不夠的,所以我們目前的做法是:在理論課的40學時課堂講授時,安排部分時間講授軟件,邊講解邊演示(約8學時),同時將witness和gpssworld軟件的學習版先拷貝給學生,這樣學生就可以在自己的個人電腦上安裝使用,課下學生自己先練習,同時給學生布置相關的上機

8、大作業(yè),具體上機時,教師主要是解決學生在練習或完成作業(yè)時遇到的困難和問題。由于學習版的部分軟件功能受限(其實對大多數的仿真已夠用),所以我校建立了軟件網絡互聯(lián)環(huán)境,學生也可以通過校園網在宿舍就可以使用正式版練習,滿足了部分學生進一步學習的需要。 (三)實踐環(huán)節(jié) 生產系統(tǒng)建模與仿真這門課的教學目標就是培養(yǎng)學生將仿真技術應用于實踐,并解決生產、管理等領域的實際問題。因此,實踐環(huán)節(jié)我們主要從三方面入手: 1.在1周的課程設計中,提供有關生產加工、物流、服務管理等方面的素材,啟發(fā)學生利用仿真技術完成系統(tǒng)的分析和改善; 2.在大四的畢業(yè)設計題目中,設計一些應用仿真技術的相關題目,如關于企業(yè)生產流水線的改

9、善; 3.鼓勵學生積極參加校 大學生創(chuàng)業(yè)大賽、工業(yè)工程改善大賽等競賽活動,利用仿真技術結合具體的問題進行分析,我校在這一方面已取得了一些成績,達到了學以致用的目的。 二、課程教學方法設計與教學手段 本課程采用以課堂講授為主,其他方法為輔的教學方法。通過課堂講授,可以使學生理解掌握系統(tǒng)仿真的基本原理和基本方法。但純粹采用課堂講授對于理論教學有時會顯得有些枯燥,因此在教學過程中適當增加了實驗法、演示法、討論法等。如在介紹系統(tǒng)仿真軟件時,一邊講解軟件一邊進行演示,同時將相關的仿真理論穿插于仿真軟件的介紹之中,這樣更便于學生理解和體會仿真的基本理論和原理,也便于學生掌握仿真軟件的使用和操作方法。課程的

10、教學手段采用以多媒體教學為主,板書為輔(個別時用到的數學理論)的方式。另外,教師在第一次上課時就將聯(lián)系方式包括e-mail、qq號、電話等告訴學生,學生可以通過以上方式隨時咨詢學習中遇到的問題。 三、課程考核 本課程的考核方式采用“期末閉卷考試+大作業(yè)”模式,其中大作業(yè)包括上機報告和英文文獻翻譯兩部分。上機報告是關于witness和gpssworld仿真軟件布置的上機大作業(yè),要求對具體問題建立適當的仿真模型,運行后對結果進行分析,必要時進一步提出改進措施或建議。英文文獻翻譯要求查找一篇關于仿真技術發(fā)展或應用的英文資料,將其翻譯成中文,這樣做的目的有兩個:一方面可以使學生進一步了解仿真技術的發(fā)展

11、動態(tài)及應用領域,另一方面也可以適當的加深、熟悉一些關于仿真的專業(yè)英語詞匯,便于以后工作和科研的需要。目前期末閉卷考試成績占80%,大作業(yè)占20%,可考慮加大平時作業(yè)成績的比例到30%,以加強學生對實驗環(huán)節(jié)的重視程度及仿真技術動態(tài)的關注程度。 四、課程教材的選取 關于生產系統(tǒng)建模與仿真這門課,目前還沒有非常適合我校工業(yè)工程專業(yè)實際情況的教材,原因是有的教材中所介紹的軟件不是witness和gpssworld,而介紹witness和gpssworld的教材關于仿真理論部分又介紹得較少,所以筆者給學生推薦的兩本關于理論部分的教材為:肖田元等主編的離散事件系統(tǒng)建模與仿真以及周泓等主編的生產系統(tǒng)建模與仿真;關于仿真軟件部分的教材為:王亞超