精益生產綜合實訓體系建設研究

曹陽華 陳彥海 王曉燕

摘 ?要 通過構建貼近企業真實情境的離散制造精益生產綜合實訓體系，培養學生系統應用工業工程知識實現精益生產綜合實訓的目的。設計設施規劃模塊、生產計劃模塊、基礎工業工程模塊等共九大模塊，并通過總成本最小化將這些模塊有機結合起來。通過綜合實訓，培養學生應用工業工程知識系統解決問題的能力。

關鍵詞 工業工程;綜合實訓;精益生產;實驗室

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）18-0130-03

Research on Construction of Integrated Training System for Lean Production//CAO Yanghua， CHEN Yanhai， WANG Xiaoyan

Abstract An integrated training system of lean production for dis-

crete manufacturing is constructed which is close to the real situa-

tion of enterprises. The purpose of lean production training can be

achieved by applying industrial engineering knowledge systemati-cally in this system. Nine modules including layout planning module，

production planning module， basic industrial engineering module etc.

are designed， and these modules are organically combined by mini-

mizing the total cost. Students ability to solve problems systemati-cally with industrial engineering knowledge can be trained by app-lying this system.

Key words industrial engineering; integrated training; lean produc-tion; lab

1 引言

新中國成立以來，尤其是改革開放以來，我國制造業持續快速發展，但與世界先進水平相比，仍然大而不強。精益生產是從管理上提高制造企業競爭力的一個有效途徑。然而，隨著精益生產這種生產方式的逐漸推行，我國越發缺乏精益生產方面的人才，尤其是東北老工業基地更缺乏相關人才[1]。

工業工程強調改善，精益思想是工業工程的核心思想。因此，為幫助企業培養開展精益生產所需的人才，為使學生能夠更有效地將理論與實際結合起來，走向工作崗位后能夠靈活自如地運用所學知識為企業精益生產服務，有必要建立更加貼合工廠實際、能夠幫助學生有效掌握精益生產的核心理念與方法的一套實訓體系。

2 精益生產綜合實訓體系建設現狀分析

通過對國內工業工程專業排名靠前的高校實驗室建設進行研究，發現很多大學的工業工程實驗室依然是傳統的分課程單獨建立實驗室，比如人因實驗室、物流實驗室、生產工程實驗室、仿真實驗室等[2]。也有一些學校基于系統優化思想對工業工程學生的綜合能力進行培養，如清華大學與麥肯錫公司合作建立了模范工廠實驗室（中國卓越運營學院），該實驗室包括工業4.0狀態下的各種生產模式，涉及工業工程專業多課程知識的綜合應用。然而該實驗室建設對于一般學校來講投入太高，不僅涉及多種設備投入，還涉及昂貴的知識產權投入。吉林大學在學生生產實習過程中，組織學生基于工業工程思想進行改善研究，這也是綜合應用工業工程知識的過程;但其只局限于改善研究，并且受限于固定的場景。國內還有一些咨詢公司在做類似于清華大學模范工廠的精益培訓項目，比如愛博瑞、英杰四達等，但其更多是面向企業的培訓。

綜上所述，開發出一套低成本、高效率的工業工程學生多課程綜合應用實訓體系是有必要的。

3 綜合實訓體系建設目的

在工業工程課程體系中增加精益生產綜合實訓這一實踐環節，設計出一套有效的工業工程綜合實訓教學體系，通過類工廠體驗式（learning by doing）學習，達到以下教學目的。

1）使得學生能夠理論聯系實際，為系統化、分步驟的生產運作能力的培養提供體驗式學習平臺。

2）使學生能夠正確運用所學知識，解決生產過程中出現的問題，進而鍛煉學生對現場問題的改善能力，便于在畢業后的工作中迅速進入角色，為提高企業生產效率、降低企業生產成本服務。

3）培養學生系統思考能力。生產運作的各方面的改善往往并不是孤立的，而是牽一發而動全身。通過實際運營的模擬，以總成本的優化為目標，學生能夠樹立系統觀念，深刻認識到系統優化的重要性，將各個環節作為一個有機的整體來對待，有效掌握精益運營的核心理念與方法，培養利用多種工業工程知識系統解決實際生產優化問題的能力。

4）為工業工程系列實驗和實踐類課程，為專業課程設計、學生研究訓練項目和本科畢業設計提供一個能實踐創造性思維的實驗基地。

5）為教師的教學和科研提供一個密切聯系智能制造、精益生產實際的先進的、創新的理想平臺，并把教師的科研新成果不斷補充到實驗中。

如果條件允許，該套系統也可以為培養制造企業精益生產相關人才服務，以便有效提高我國制造企業競爭力。

4 需要解決的關鍵問題

要鍛煉學生系統思考能力以及解決問題的能力，綜合實訓體系就必須對實際生產運作進行盡可能貼近真實的有效模擬，在模擬過程中必須體現生產運作的系統性，同時應該模擬出生產運作中經常出現的問題，這兩點是綜合實訓體系設計中需要解決的兩個關鍵問題。

各環節教學內容設計以及多課程教學體系的有機結合 ?以前實驗教學的主要弊端就是各課程實踐環節孤立，沒有聯系到一起。如果綜合實訓還是如此的話，則失去了這門實訓課程存在的意義。因此，工業工程綜合實訓必須解決各課程實踐有機結合的問題，而這在模擬工廠當中是有可能實現的。

生產運作中常見問題的設置 ?為了培養學生應用各門課程的專業知識解決生產運作中常見問題的能力，應考慮在生產模擬過程中設置各種各樣的企業比較常見的意外隨機情況。這些情況應符合企業生產實際，同時根據所給定的資源約束又能夠合理解決。這些意外情況以及處理這些意外情況往往需要進行系統思考，追求整體優化。因此，處理這些問題可以培養學生解決問題以及系統思考的能力。

5 綜合實訓體系模塊及可以開出的實驗內容

本項目高度還原了真實的航空裝備制造生產環境，相當于一個微型工廠。在模型工廠中精心選擇和設計離散產線，體現出航空企業生產工藝特色。為體現出綜合實訓體系的綜合性和系統性，本文設計了如下模塊。

訂單需求模塊 ?滿足訂單需求是學生應用綜合實訓體系設計并組織生產的目標。訂單需求設置成壓力大、中、小三種形式，培養學生綜合應用各種工業工程知識來組織生產，滿足訂單需求。可以開出的實驗內容主要為生產計劃與控制課程中的訂單排程實驗。

設施規劃模塊 ?根據給定訂單需求，應用設施規劃知識，初步進行能力平衡，確定各設施數量，明確搬運方法并進行初步布置。可以開出的實驗內容包括設施規劃與物流分析課程中的生產線平衡以及車間布置設計實驗。

生產計劃模塊 ?配備人員，給出詳細的生產計劃，組織生產。可以開出的實驗內容為生產計劃與控制課程中的離散制造車間生產計劃編制實驗。

基礎工業工程模塊 ?應用流程分析、作業分析等工具設計生產流程以及作業順序。可以開出的實驗內容主要包括基礎工業工程課程中的動作分析、標準工時測定以及流程程序分析實驗。

試生產模塊 ?根據以上設計內容，安排試生產，發現生產中存在的問題，讓學生進行改善方案的設計，會涉及設施規劃、生產運作、基礎工業工程、人因工程、質量控制等各方面的知識。

質量控制模塊 ?讓學生找出關鍵工序，應用統計過程控制方法進行關鍵工序質量控制。可以開出的實驗內容為質量管理與可靠性課程中的離散制造中的工序質量控制以及過程能力分析實驗。

庫存模塊 ?主要考查基于物流供貨速度以及生產需求確定最優庫存的能力，以及生產現場在制品數量確定的能力。可以開出的實驗內容為生產系統建模與仿真課程中的庫存系統建模與仿真實驗。

生產調度模塊 ?生產調度模塊主要考查學生對各種意外情況的處理能力，主要包括對質量問題、人員缺勤以及臨時訂單生產的組織。

正式生產方案評價模塊 ?以總成本最低為目標，評價學生設計方案質量。總成本主要包括人力成本、庫存成本、訂單超期成本、質量損失成本等。可以開出的實驗內容主要是系統工程課程中的系統評價實驗。

綜上所述，本實訓體系不僅可以進行綜合實訓，還可以至少開出覆蓋工業工程專業主干課程的10項以上實驗內容。通過以上模塊設計，在滿足訂單需求總目標的引導下，還可以將各模塊的內容有效串聯起來，鍛煉學生系統思考能力以及解決問題的能力。整個綜合實訓體系所涉及的專業課程串聯情況為生產運作管理、設施規劃與物流分析、質量控制與可靠性、基礎工業工程、人因工程學，覆蓋了工業工程專業的常見專業課程;此外，還涉及運籌學、統計學、系統工程等專業基礎課程。

6 綜合實訓體系建設實施方案

綜合實訓體系建設的實施如果預算充足，可以采取一步到位的實施方案，主要需要采購的設備或產品有：機床，用于模擬生產瓶頸以及實現加工過程的質量控制，只需要能夠實現簡單的加工，如車外圓、車端面等，加工操作也不應太復雜;工作臺及流水線，用于實現產品的裝配過程;電子看板系統，用于拉式生產模擬以及生產信息的實施監控及反饋;物流設施，主要包括貨架及物流車，確保在需要時

間、需要地點得到需要的物料;所生產的產品及零部件，學生通過加工及組裝來模擬滿足需求的過程，實訓環節產品應該是不易損壞、易組裝、易維護的，且應具有多道裝配工序，不同零組件的組合應該能夠形成多種產品，這樣更符合當前多品種柔性生產的生產趨勢;在線質量監控系統，實現產品加工的在線檢測、在線監控。

如果預算不是十分充足，可以采取分步實施、穩步推進的建設方案。

1）初步的采購方案只需包括工作臺、貨架、物流車以及組裝的產品，這樣就能夠實現綜合實訓體系的絕大部分功能;而生產過程的控制可以采用紙質看板進行，質量控制的模擬可以通過手工測量進行。

2）在實施第一步的基礎上可以采購機床以及在線質量監控系統，滿足在線質量控制功能的需求。

3）在實施第二步的基礎上可以采購電子看板模塊，培養學生應用現代工具進行生產過程的控制。

7 結語

綜上所述，綜合實訓體系硬件設施的購置可以相對比較容易地實施，關鍵是實訓體系的設計。通過本文設置的培訓模塊的有效設計，能夠培養學生利用多種工業工程知識系統解決實際生產優化問題的能力，使得學生理論聯系實際，便于在畢業后的工作中迅速進入角色，為提高企業生產效率、降低企業生產成本服務，為提高我國制造業資源利用效率以及質量效益方面的競爭力做出貢獻。

此外，該項目不僅可以供工業工程專業、物流管理專業、信息管理專業實訓使用，還可以供機械制造專業產品質量控制和安全工程專業工人作業安全實驗或相關實訓使用，能夠將精益思想擴展到多個學科專業，因此具有較高的應用價值。

參考文獻

[1]荀志遠，李堯，吳秋霖.工程管理類專業工作坊實訓體系建設[J].實驗室研究與探索，2018，37（10）：247-250.

[2]朱伏平.工業工程實驗體系建設問題研究[J].實驗科學與技術，2006，4（1）：73-74，78.