支持動態考核的生產管理實驗教學系統設計

石宇玲 楊靜萍 李雪萌 方超 金遠東

摘 要：文章針對工業工程專業對于生產管理教學實驗系統的需求，在一般制造執行系統研究基礎上，面向高校生產管理實訓對過程考核的要求，設計了適合高等院校生產管理實驗教學，支持生產管理技術和實驗考核管理的雙流程支持的生產管理實驗教學系統功能模型，描述了各角色用戶與系統功能的關系，進行了系統具體的流程設計、動態考核指標體系設計和實現架構設計。通過層次清晰定義的架構模式，使該系統的開發和應用不僅能夠支持學生對行業生產管理系統流程的學習，而且有助于對學生進行信息系統設計和開發能力的培養。

關鍵詞：生產管理；實驗系統；動態考核；功能模型；架構設計

工業工程（Industrial Engineering，IE）專業，是從科學管理的基礎上發展起來的一門應用性工程專業技術。著重培養學生應用機械制造技術、優化技術和信息技術等對工業生產與服務過程進行科學管理，減能增效，致力于制造業信息化人才的輸送。在各高校的工業工程教學活動中，實踐教育平臺極其重要，它既是鞏固理論知識的有效途徑，也是培養具有創新意識，解決實際問題的高素質工程技術人員的重要環節。本文面向工業工程及相關專業對于生產管理信息系統實驗教學的需求，參考標準MES的功能要求，結合教學系統的個性化需求，設計了生產管理教學系統的功能模型，并且基于JSF技術提出了該系統的實現架構。該系統的設計不僅能夠為教學實驗平臺建設提供一定的參考，同時，設計系統過程本身也使學生從中受益，得到一定的項目設計開發經驗鍛煉。

1 生產管理教學實驗系統現狀

對于教學領域的生產管理系統，大部分與企業使用的版本相似，雖然能夠通過這些系統使學生熟悉產業生產管理信息系統的應用，但難免缺乏針對性和學習與實訓效果的評價機制。針對這些問題，本文分析了教學領域對生產管理教學實驗系統的需求，設計了適用于實踐教學的、具有多角色協同工作的、操作精煉的生產管理教學實驗系統。一方面方便教師分配實驗任務和對學生操作過程與結果進行考核。另一方面，使學生能夠模擬訂單接收、產品管理、工藝管理、生產計劃管理、質量管理、物料管理、出入庫管理等多種系統角色。通過實際任務操作，了解企業生產管理運作過程，以團隊合作的方式將所學知識應用于實踐，提高學生的學習積極性以及創新與團隊合作意識[1]。

2 生產管理教學實驗系統功能

現有的生產管理教學實驗系統普遍存在著與高校教學目標不匹配的問題，比如產品和工藝流程過于復雜，系統功能不完全，可操作的內容有限，無法進行更深入的互動操作，由于購買商業化軟件，導致學生很難參與到系統實現層面的學習和訓練等。因此，如果能夠以簡單高效的信息系統架構設計出一套由學生能夠參與開發與維護的生產管理教學實驗系統，則可以有效地解決上述問題。因此，系統應滿足以下需求。

（1）滿足標準化MES系統的功能結構，同時融入精益生產等先進生產管理理念。系統做到小而全，這樣易于使學生的學習集中在MES的整體結構、流程，以及先進生產管理理念上。

（2）對于學生應用系統的深度應能分出層次，同時有對應的成績評價方案，使掌握程度不同的學生能夠得到不同的學習評價結果，以支持教師對學生學習情況的掌握。

（3）系統實現框架應清晰易學，使有一定的信息技術基礎的學生能夠對系統進行一定的維護和升級擴展工作，以便使系統能夠不斷適應產業發展對人才的多方面需求。

綜合考慮以上的基本需求，本文提出了支持業務流程和實驗管理流程的雙平臺生產管理教學實驗系統功能模型，如圖1所示。該系統主要由兩大部分組成。

（1）建立生產管理教學實驗系統任務平臺，實現傳統生產管理系統的基本功能：生產計劃管理、工藝技術管理、產品質量管理、物料庫存管理、調度管理、設備管理、成本管理、報表管理等生產管理業務功能。

（2）建立生產管理教學實驗管理平臺，支持教學過程的管理與教學結果的評價，具體功能包括：角色管理、任務管理、評價管理和系統管理。

系統的操作用戶涉及4個角色類型，各角色的具體應用功能如下。

（1）系統管理員：負責系統所有用戶的管理，可支持的用戶類型包括系統管理員、教師、學生，以及教學過程督導專家。系統管理員也可以由教師或學生來擔任，注冊學生用戶時可以采用批量表格導入的方式快速實現。系統管理員可以定期進行備份和還原工作，以便保存各批次參加實驗學生的數據，同時可以使系統快速恢復到初始狀態，減少由于多批次學生先后使用系統后形成生產數據沖突、混亂等問題。

（2）教師用戶：教師主要負責實驗任務的設計和發布、評價體系的維護，以及實驗成績的評定。預先指定系統角色與生產管理教學實驗系統各業務功能的聯系，教師通過設定學生用戶的角色可以將學生與業務功能進行綁定。可以為學生分配一個或多個角色，當不同的學生分到不同的角色時，學生之間可以根據業務流程要求進行工作流程協作完成系統任務。教師可以在學生完成任務的過程中隨時查看學生的操作進展情況。教師用戶可以對根據任務發布結構生成的評價體系進行權重的設定，對學生操作的結果進行主觀評價，根據任務完成進度等客觀評價結果，形成學生的總體考核結果。

（3）學生用戶：學生也可以通過自己綁定角色申請一項或多項任務進行實踐練習，當選擇角色數量不足時，如果需要相關角色數據配合，除了請其他同學綁定角色配合外，還可以利用系統的角色配套功能，從現有數據庫中生成相關業務功能的數據信息，以配合學上進行部分功能的訓練。例如，當學生想進行生產計劃管理的訓練時，可以選擇計劃員的角色，勾選角色配套自動提取相關的產品信息、工藝技術等前序業務功能的配套信息。當學生獲得任務后，可以按照系統工作流程，完成任務的各項操作，最后提交任務等待教師評分。在任務的整個執行過程中都可以查看任務的執行進度，在教師評分后可以查看自己的成績。

（4）專家督導用戶：為了滿足目前高校對教學質量的評估要求，設置專家督導用戶類型，可以從第三方的角度觀察教師任務發布和評分合理性，從外部角度對教學實驗過程給出客觀的監督和評價。督導用戶可以在任務發布到成績評定的全過程進行相關進度的跟蹤查詢和結果的評價結果的查詢[2]。

3 實驗系統流程與成績考核方法

本文所設計的生產管理教學實驗系統涉及多用戶協同操作，設計為一個可以按照需求靈活定制的實訓系統，其操作流程也根據不同的定制結果動態形成。

系統的主要流程從教師分配角色、生成任務，并將任務分配給多個學生協同完成生產管理的各主要任務流程，如：生產計劃管理、工藝技術管理、物料管理、庫存管理、質量管理等。也可由學生自行申請角色，并通過系統配套生成流程需要的數據，完成邏輯可行的任務流程。

根據新工科建設、專業工程認證需要，專業課程及實踐環節對畢業要求指標點應有所支撐。生產管理實驗系統作為重要的實踐資源，可支持工業工程類專業的生產計劃與控制、質量管理與控制、物流工程等專業理論課程的實驗環節，以及單獨設置的專業綜合課程設計、生產實習等實踐環節。令課程向量為：C=[c1，c2，…，ci，…，cn]，系統功能向量為F=[f1，f2，…，fj，…，fm]T。為了使實踐環節的考核結果能有效體現對畢業能力達成度的支撐，動態設置實驗或實踐過程中各系統功能完成對課程的支撐度矩陣W支撐，然后由教師根據任務完成的效果給出各分項的評分M分項。總分P總分計算方法如式1所示。

4 生產管理教學實驗系統架構設計

本文所設計的生產管理教學實驗系統不僅可用于生產管理相關理論與應用流程的實訓，也可作為學生認識和學習企業信息系統的有利平臺。因此，對于本系統架構的要求，首先要滿足系統功能性、可靠性、穩定性、可擴展性等方面的常規需求以外，還應具備支持快速的二次開發的能力。基于上述需求，本文所設計系統開發過程由數據驅動，采用基于JSF（Java Server Faces）的輕量級JavaEE快速開發平臺。如圖2所示，為了提高系統的邏輯性和可維護性，本文提出了由兩條主線組織的分層系統結構：表現層、應用服務層、持久化層和數據庫層[3]。

4.1 表現層

表現層是用戶和系統之間交流的橋梁，它一方面為用戶提供了交互的工具，另一方面也為顯示和提交數據實現了一定的邏輯，以便協調用戶和系統的操作。本文采用JSF技術實現角色、任務、評價管理和生產管理系統相關業務操作兩類用戶界面，收集用戶的輸入、展示數據，控制頁面導航并將用戶的輸入傳遞給業務邏輯層。

4.2 應用服務層

應用服務層由業務邏輯層和數據訪問對象（Data Access Object，DAO）層組成。業務邏輯層使用在JSF配置文件中聲明的JavaBean來實現教學實驗管理和生產管理流程相關的邏輯功能。DAO層負責與持久化對象交互，封裝數據的CRUD（增、刪、查、改）操作，避免了業務邏輯組件與持久化訪問的耦合。

4.3 持久化層

持久化是將程序數據在持久狀態和瞬時狀態間轉換的機制。該系統的持久化層采用JPA（Java Persistence API）完成持久化操作，將實體映射成數據庫里的教學實驗管理和生產管理流程相關的數據表。

4.4 數據層

數據層由中心數據庫構成，用于存儲教學實驗管理和生產管理流程相關的數據表。考慮到系統的可擴展性和遷移能力，本文采用支持B/S系統架構、分布式存儲，和具有較強云部署能力的oracle數據庫。

5 結語

本文所設計的生產管理教學實驗系統涵蓋了生產管理信息系統應用的主要內容，從功能和流程上滿足學生了解行業應用需求，以及對行業實際系統操作的要求。同時，兼顧教學用實驗系統對于實驗環節設計、評分標準制定，以及客觀、主觀評分的要求。系統架構設計清晰，也能給學生提供在信息系統方面的學習和二次開發的案例和訓練平臺。因此，該系統的開發具有較好的實用價值。

[參考文獻]

[1]齊曉莉，陳偉平，阿健.信息化生產管理系統研究[J].河南科技，2018（9）：9-10.

[2]文賢鶴.融合制造執行系統技術的云制造模式及其若干關鍵技術研究[D].杭州：浙江大學，2016.

[3]程紀元.中小型企業生產管理系統的研發[D].西安：西安理工大學，2007.