《設施規劃與物流分析》課程沙盤實驗教學探索

呂瑞峰

摘要：《設施規劃與物流分析》是物流工程和工業工程專業非常重要的一門專業基礎課程，主要用于工廠設計、物流園區設計、搬運系統設計、物流網絡設計、倉儲中心設計等，實踐性很強。但是目前這門課程的教學基本還是采用課堂上教師講授、課后學生做作業的傳統方式，另外附加一項十年不變的課程設計，學生普遍反映：學完課程還是不能夠進行設計工作，理論和現實脫節嚴重。鑒于這種現象，筆者結合長期從事《設施規劃與物流分析》課程教學的經驗，分析了《設施規劃與物流分析》課程的特點，設計了一套操作沙盤，并應用到實際的教學工作中，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：設施規劃與物流分析；教學改革；沙盤

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）23-0261-02

一、引言

設施規劃是工業工程的一項重要內容，涉及的對象包括工業企業、服務機構、物流中心、物流園區等，其重要性不言而喻。在物流工程和工業工程等專業中，這門課程作為一門專業基礎課，受到師生的廣泛重視，其應用前景十分廣闊，而且設施規劃與精益生產等先進的管理思想相配合，更可以發揮出巨大的經濟和社會作用。

企業在改建、擴建或新建現有工廠或設施的時候都要用到設施規劃的知識，專業的設施規劃人員有著巨大的需求缺口。但是，根據物流工程和工業工程畢業生反饋：他們在面對設施規劃的實際問題的時候總有無所適從的感覺，很難將書本知識和實際問題結合在一起。正在學習這門課程的學生因為缺乏工廠經驗，更是憑借自己想象的工廠情況來學習這門課程，除了會做習題外，對實際的設施規劃經驗幾乎一無所知。

鑒于此，為了給學生進行設施規劃設計直觀的印象，設計一個可以手工模擬生產系統，并讓學生對設計進行布局，了解散亂布局和專業化布局的區別，體會設施布局的必要性，同時真正掌握生產系統布局的流程和方法。

二、模擬生產沙盤對象的設計

因為是在課堂上進行的小實驗，所以沙盤的設計應該簡單、操作時間短。筆者設計了一個簡單的折紙飛機實驗。如圖1所示：

產品的具體要求有如下幾條：（1）機翼上一側印上中國或者美國的國旗；另一側印上飛機的編號001或者002；（2）尾翼要求彩色：有紅色、橙色、藍色、綠色四種顏色；（3）具體交貨的產品按照訂單要求進行生產。

三、產品的加工工藝

產品的工藝如下：

1.下料：原材料采用白色和紅、橙、藍、綠五種顏色的A4紙。每架飛機需要白色A4紙裁出以寬為邊長的正方形，每架飛機要求四張正方形，另外根據訂單要求，裁出一張彩色正方形。

2.機頭、機翼、機身、尾翼的折疊成型：機頭、機翼、機身、尾翼生產的方法基本相同，其步驟如下：

第一步：對折。將正方形紙對折，如圖2所示。

第二步：向內折角。將其中一角向內折，使邊與對折痕跡重合對齊，其他各角也是如此，最后的樣子如圖3所示。

第三步：折大角。然后，再以對折折痕對基準，將紙再次折疊，讓整個邊與折痕重疊，如圖4所示。

第四步：反折小角。再次，將折好的紙翻轉，將未折的部分沿著直線向下折疊。

第五步：部件完成。最后，再以中線折痕為準，向內折疊，使兩個邊對齊，如圖5所示。

第六步：準備更多部件。一樣折疊其他的紙，每架飛機要有5個，其中4個白色，一個彩色。

3.尾翼的開口加工：從尾翼的尖端將尾翼剪開，剪開的長度為3厘米。

4.飛機的組裝：將四個三角作為機頭、機翼和機身，彩色的三角（已開口）作為機尾組裝在一起。

5.標識：為了對產品進行個性化區分，要求在飛機的左右機翼上分別印上國旗和編號。國旗有兩種，中國國旗和美國國旗；編號有兩種，001和002。國旗和編號都用印章完成。

6.檢驗：檢驗員核對訂單信息與產品信息是否一致，如果一致，交付客戶；如果不一致，交給前道工序修改。

四、工序安排和實驗角色安排

整個沙盤操作過程包括訂單處理、下料、三角制作（5個）、尾翼加工、組裝、標識、檢驗、發貨8個環節。

完成該試驗需要的角色包括：客戶（下訂單和收獲）、計劃員（負責訂單處理）、下料員（裁剪）、三角制作工、尾翼制作工、組裝工、標識工、檢驗員、發貨員，還可以加入一個統計員，大概需要8-10個人可以完成一組實驗。

五、實驗所需物品

一組實驗所需的物品包括：A4打印紙（白色）60張；正方形彩色紙紅、黃、綠、藍各8張（其他四色也可以）；剪刀1把；直尺1把；國旗印章（中國國旗、美國國旗各1個）；數字印章（001、002各1個）；秒表1個；大白紙3張（給學生進行方案設計）。

六、實驗組織

本實驗可以在課堂上用2個學時的時間完成。如果一個班級有30人，可以組織1組或者3組實驗。如果組織1組實驗，其他學生觀摩實驗即可。生產在桌面上進行，將桌子拼成3—4米×0.8—1米的模式，生產的學生圍著桌子進行實驗，扮演客戶的學生游離在外。

實驗時間和實驗過程安排如下：

1.第一個學時45分鐘：前15分鐘由教師講解產品結構和工藝過程，以及作業規則。然后將物料和工具下發給小組成員。接著8分鐘，組織學生試生產，教師將試生產用的客戶樣訂單交給扮演客戶的學生，讓他下發給生產方。要求8分鐘內至少交付3架合格品，客戶依據客戶樣訂單驗收產品，交付順序必須和訂單上的先后順序一致。

接下來15分鐘轉入自組織正式生產。教師將客戶訂單和客戶驗收記錄交給客戶，讓他下發給生產方。學生自己安排人員、自己組織生產方式、自己組織布局，必須按照訂單要求的交付時間交付正確的產品，晚交按照誤工處理。在生產進行到第5分鐘的時候，下達訂單變更通知，變更第10分鐘要交付2件產品。

自組織生產往往會出很多問題，典型的問題是：①幾乎都做不到準時交付；②交付的產品與訂單要求的不一致；③人員忙閑不均、效率低下。

接下來引導學生思考為什么出現上述問題，重點講述產品產量分析（PQ分析）、工藝路線設計（R分析）、生產能力分析（T分析）、生產計劃的制定（T分析）等，講述在生產線設計時如何應用所學的生產計劃知識、基礎工業工程知識、精益生產知識與設施規劃知識結合在一起，設計生產模式、布置生產單元、安排生產人員。此次講解時間約為7分鐘。

下課后，讓學生討論改善方案，思考下一輪如何改變生產方式，能夠做得更好。

2.第二課時開始，10分鐘讓學生設計新的布局和制造方案。發秒表給學生，讓學生進行秒表測時，重新安排人員，盡量讓產線平衡。

然后10分鐘讓學生講解設計的方案（或者進行第二輪生產，讓學生驗證其方案的實施效果）。如果采用生產的方式驗證，其操作方法與第一輪相同。

第三輪生產15分鐘，采用教師設計好的布局方式和信息傳遞方式進行生產。這種設計是建立在工時測定、價值流程分析和設計的基礎上的，教師可以將測時結果提前呈現出來。

在測時的基礎上，考慮生產的工藝和作業順序，設計價值流圖，如圖6所示。

根據價值流圖設計精益布局，超市采用類雙箱制的模式，因為相鄰兩個工位能夠看得見，例如三角超市，標準最大在制品量為8個，上游采用補貨生產，下游取走一個，上游生產一個。據此，布局方案如圖7所示：

按照精益布局方式進行布局，并按照精益方式進行生產，采用拉式生產方式，改善的效果會非常明顯。之前學生自組織生產15分鐘能夠交付5—7架，而且會出現交付的產品和訂單要求不一致。精益布局方式組織生產，15分鐘可以交付15—18件，效率提高200%左右。

最后10分鐘，老師講解精益布局生產線設計的要點：①根據訂單和外部要求，以及有效生產時間計算生產節拍。②根據人數和測時結果進行線平衡設計，并進行工位劃分。③設計每個工位的標準作業順序、標準作業時間。④根據精益原則設計信息傳遞方式。⑤設計標準在制品量。⑥設計價值流圖。⑦根據價值流圖進行布局設計。⑧組織生產或者模擬組織生產驗證布局的合理性。

七、結論

本文所述的教學方式通過兩年的實踐驗證，可以得到如下結論：（1）進行實驗教學學生的參與度和積極性都很高，學生首先對不同生產方式、不同布局方式、不同的生產效果產生感性認識，然后在上升到理論高度進行分析總結，這種方式的效果要遠遠好于僅僅采用理論教學的方式；（2）開展該試驗教學，有利于學生區分“亂流”布局和“整流”布局不同，從根本上改變了學生一遇到布局問題就下意識采用SLP法的問題，從而讓學生對設施布局理解得更深刻；（3）采用折紙飛機的方式組織課堂實驗非常方便：實驗材料和工具簡單便宜，組織方便，采用教室里現有的桌椅板凳當作實驗場地即可。而且不用轉移場地，不用去實驗室，時間安排方便，采用正常上課的2個課時即可完成；（4）折紙飛機實驗靈活性強，教師可以根據需要增加或者減少實驗環節，根據學生的知識水平靈活調整需要講解的內容。

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