融入綠色制造的工業工程教學實踐體系研究

江志剛，張 華，周 敏，蔣國璋 (武漢科技大學機械自動化學院工業工程系，湖北 武漢 430081)

融入綠色制造的工業工程教學實踐體系研究

江志剛，張 華，周 敏，蔣國璋 (武漢科技大學機械自動化學院工業工程系，湖北 武漢 430081)

工業工程的應用推動了現代工業生產的高速發展，但沒有解決現代工業高速發展中產業的大量自然資源消耗和環境影響問題。綠色制造是一種綜合考慮資源消耗和環境影響的現代制造業可持續發展模式。闡述了將綠色制造理論與工業工程教學相融合的實施原則，構建了融合綠色制造的工業工程教學實踐體系，旨在為培養符合可持續發展需要的工業工程人才提供創新平臺。

工業工程；綠色制造；教學實踐體系

工業工程形成和發展的演變過程，實際上就是各種用于提高效率、降低成本的知識、原理和方法產生和應用的歷史[1]。工業工程以提高勞動生產率、降低生產成本、保證產品質量為目標，極大地促進了現代工業的發展?，F代工業生產高速發展的同時也消耗了大量有限的資源和能源，產生了嚴重的環境影響。為了實現現代工業生產的可持續發展，只考慮生產率、成本和質量這3個目標顯然是不夠的，應該把環境影響和資源消耗作為重要因素加以考慮。

綠色制造是一種解決工業生產資源消耗和環境污染問題，實現生態環境惡化源頭控制的根本方法和關鍵途徑之一[2]。綠色制造與傳統的大量投入、大量生產、大量廢棄的線性經濟模式不同，是實現資源利用最大化、廢棄物排放最小化的循環經濟模式。它涉及新的系統觀、新的經濟觀、新的價值觀、新的生產觀、新的消費觀一系列新理念。綠色制造理論融入到工業工程的發展中，將有效彌補現有工業工程理論和方法的不足，推動工業生產的可持續發展。

融入綠色制造的工業工程已經成為現代工業工程理論研究的重要內容之一，并引起了國內外的廣泛關注。歐美一些發達國家高校、企業已將綠色制造理論與方法納入到工業工程人才培養的教學內容中，并以不同方式付諸于生產實踐，取得了明顯的經濟效益和環境效益。如美國普渡大學、伯克利加州大學等已為工業工程專業學生準備了一整套融入綠色制造理論與方法的教學課程體系；西門子、飛利浦公司等已經形成了比較完整的融合綠色制造的工程師培訓教學體系。在國內，綠色制造理論與技術引起了國家、企業的高度重視。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020年)》將“綠色制造”列為制造業領域發展3大思路之一。很多企業，如重慶機床集團、海爾等在綠色設計與制造領域開展了廣泛的應用研究。但是，國內綠色制造無論是在應用上還是在理論方法的教學上都要落后于歐美一些發達國家，只有部分高校開設了涉及綠色制造的課程，且未將綠色制造的理論與方法和專業教學有效融合。鑒于綠色制造是一種先進的制造模式，在促進工業生產優化方面與工業工程有著共同的學科基礎，因此，有必要在工業工程專業教學體系融入綠色制造的教學實踐進行研究和探討，為企業可持續發展戰略的實施培養具有創新性思維的工業工程人才*武漢科技大學教學研究項目(2009090)。。

1 融入綠色制造的工業工程教學實踐原則

1) 教學內容柔性化原則 教學內容柔性化原則是指針對工業工程專業不同的課程選擇不同的綠色制造融入點。這一原則在實際教學實踐中非常重要，因為綠色制造是一個比較龐大又復雜的理論方法體系，而不是單一的學科內容，因此，在選擇教學內容時，一定要根據不同的課程有所偏重。比如針對系統工程的教學，就可以融入綠色制造中全生命周期的思想和分析方法；在物流管理教學方面，就應該傳授更多的綠色供應鏈管理和逆向物流管理方面的知識；在制造工藝規劃方面，可以講授綠色制造中的多目標決策技術，將資源消耗和環境影響目標與加工時間、加工成本和加工質量等目標相結合。

2) 教學手段多樣化原則 融入綠色制造的教學方式不能拘泥單一的形式，應通過課堂教學和課外實踐相結合，使綠色制造的思想方法與具體工業工程專業知識有效結合。除了在正常的課堂教學中，有針對性的引入綠色制造理論和方法外，還可以邀請綠色制造方面的專家和企業中從事綠色制造研究的工程人員開展相關內容的系列講座。這些教學方式不僅能提高學生對綠色制造發展趨勢的認識水平，同時，還可以理解綠色制造的理論方法在生產實踐中的應用過程。此外，還可以利用現代化的信息技術來豐富教學手段，如網絡教學、社會宣傳等。

3) 教學內容更新性原則 綠色制造的理論方法體系還在不斷地豐富和發展，所以融入綠色制造的教學內容一定要遵循即時性原則。雖然綠色制造的基本思想不變，但所涉及到的一些具體實現方法會隨著相關領域技術的提高而不斷改進更新[3-4]。因此，應在教學實踐過程中及時給學生展現最新的理論成果和方法，使教學內容與綠色制造的發展步伐保持一致。

2 教學實踐體系的構成

圖1 融入綠色制造的工業工程教學實踐體系

緊密結合工業工程系列課程與教學內容的改革，將綠色制造作為實施工業工程專業人才培養與課程體系改革的重要組成部分，是將綠色制造的最新科研成果轉化為教學實踐重要體現，是適應新世紀經濟建設和社會發展對高素質工業工程創新性人才培養的需求。

近年來，武漢科技大學機械自動化學院工業工程系緊緊圍繞國家和湖北省提出的建立和諧社會和發展循環經濟的戰略目標，按照以培養學生工程應用能力、管理能力、創新能力為核心，增設了融合綠色制造理論與技術的工業工程實驗教學，積極依托學科建設的研究成果，不斷更新和豐富實驗教學內容, 建成了融入綠色制造的產品創新設計、人因工程、生產管控系統、系統建模與仿真、先進制造系統等5個主題的教學實踐體系，精心設計包括基礎型、設計綜合型和研究創新型3個層次的實驗，如圖1所示。

1)綠色制造的技術體系 綠色制造的技術體系與工業工程的產品創新設計、人因工程等5個主題相結合，將促使工業工程從注重生產系統的生產效率、高質量和低成本這3個經濟效益目標向經濟效益目標(生產率、質量、成本)與社會效益目標(資源消耗和環境影響)協調優化的轉變；系統地從產品本身及產品設計、制造、使用、報廢及回收處理的整個生命周期考慮產品的資源環境特性，形成綠色設計、綠色工藝、綠色供應鏈等一系列以綠色化為核心的現代工業工程。

2)實驗設計 ①基礎型實驗。基礎型實驗主要是在程序分析、操作分析、動作分析和作業測定等工業工程基礎實驗的基礎上，增設噪聲測試、微氣候測試實驗，增加材料利用率和資源消耗率的分析實驗，引導認識融入綠色制造思想的重要性，加深對融入綠色制造的工業工程基礎理論和方法的理解。②設計綜合型實驗。設計綜合型實驗以培養學生綜合運用綠色制造理論和工業工程方法進行生產系統綠色化設計的能力。這種綜合是多種綠色制造技術在工業工程同一門課程或多門課之間的結合，如將綠色制造中環境友好性材料選擇技術、綠色設計技術與工業工程中產品創新系統設計方法結合，進行綠色產品開發。該類型實驗具體包括工作地布置分析實驗、綠色生產系統仿真實驗、生產線平衡實驗、車間環境測試與分析實驗等, 旨在增強學生綜合運用綠色制造與工業工程技術分析和解決生產系統中的工程問題的能力。③研究創新型實驗。研究創新型實驗將充分體現綠色制造的最新研究理論和成果，采用先進的工業工程實驗設備，進行生產系統中產品綠色設計與加工、綠色ERP系統設計、制造過程綠色規劃等實驗。如運用綠色制造工藝技術、系統工程和信息技術對先進制造系統主題中的少無冷卻液集成加工裝置進行設計研究。該類型實驗主要是培養學生創造性運用綠色制造與工業工程技術解決工業生產中關鍵技術問題的能力。

3 融入綠色制造的工業工程教學實踐的保障措施

1) 以科研成果促教學改革 融入綠色制造的工業工程教學實踐體系有利于大學生創新實踐能力的培養，但需要以改革教學管理作為前提條件?，F有工業工程的教學注重生產系統生產率、產品質量和成本方法，尚未涉及綠色制造的理念，因此，需要對現有教學內容進行適當的改革，將綠色制造最新科研成果引入到課程學習中。如現有生產過程管理中對加工設備、加工工藝、刀具選用等的選擇，主要考慮加工時間、加工成本和加工質量，沒有考慮加工過程的綠色化。在進行這部分內容教學時，可以引入綠色制造的最新研究成果，如面向綠色制造的生產過程多目標決策[5]、面向綠色制造的刀具選擇[6]和面向綠色制造的切削液選擇[7]等內容。因此，綠色制造方面科研成果的引入可以使教學內容與時代發展要求一致，且有利于學生從本質上掌握綠色制造與工業工程的融合點。

2)加強教師隊伍建設 為了適應新的教學實踐體系，加強工業工程教師隊伍的建設，是實現綠色制造和工業工程教學實踐相融合的基本條件。綠色制造研究涉及面廣，包括綠色設計、綠色制造工藝、綠色管理等一系列關鍵技術。這也對工業工程專業教師提出了新的要求，工業工程教師應該了解和掌握綠色制造的國內外研究現狀和發展趨勢，學習綠色制造方面的理論和技術，不斷提高自身科研和教學水平，實現自我提高；此外，工業工程教師還要加強與實施綠色制造的企業的聯系，通過邀請企業專家授課或去企業實習等方式提高教學水平。

3)積極參加節能減排競賽等創新實踐活動 創新實踐活動是一種增強大學生應用所學知識、培養科技創新意識和團隊協作精神、提高大學生創新設計能力以及工程實踐能力的重要形式。通過參加創新實踐活動，學生可以更深層次地將融入綠色制造的工業工程知識體系進行創新性的應用。如我系學生在第四屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽“哈電杯”中的獲獎作品“少無冷卻液切削集成應用系統的研究”就是工業工程學生綜合應用綠色制造工藝技術、系統工程和信息技術進行創新研究的成果。學生在這樣的實踐活動中，熟悉并掌握了產品的材料選擇、工藝設計和加工等一系列流程，對綠色制造技術融入到工業工程知識中進行了深入實踐，取得了良好的效果。可見，創新實踐活動是一個應用融入綠色制造的工業工程理論與方法的有效途徑，應該引導和鼓勵工業工程專業學生積極參加這類創新實踐活動。

[1]趙濤，齊二石.工業工程發展歷程與趨勢淺析[J].機械設計，1997，14(9)：40-42.

[2]劉飛，曹華軍，張華.綠色制造理論與技術[M].北京：科學出版社，2005.

[3]李碩,孫立鵬.將“綠色制造”的概念帶進機械專業課程的課堂[J].機械管理開發,2011(2):144-145.

[4]李凱揚，趙濤. 現代工業工程與可持續發展[J].工業工程，2005, 8(6):43-47.

[5]江志剛，張華，肖明.面向綠色制造的生產過程多目標集成決策模型及應用[J].機械工程學報，2008，44(4), 41-46.

[6] 譚顯春,劉飛,曹華軍,等. 面向綠色制造的刀具選擇決策模型及其應用[J]. 重慶大學學報，2003，26(3)：117-121.

[7] 王章勇,張華,江志剛,等. 面向綠色制造切削液的選擇[J].機械與電子,2009(5):16-19.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.02.050

N4

A

1673-1409(2012)02-N145-03

2011-10-17

江志剛(1978-)，男，2001年大學畢業，博士，副教授，現主要從事綠色制造與再制造方面的教學與研究工作。