精益生产综合实训体系建设研究

    曹阳华 陈彦海 王晓燕

    摘 ?要 通过构建贴近企业真实情境的离散制造精益生产综合实训体系，培养学生系统应用工业工程知识实现精益生产综合实训的目的。设计设施规划模块、生产计划模块、基础工业工程模块等共九大模块，并通过总成本最小化将这些模块有机结合起来。通过综合实训，培养学生应用工业工程知识系统解决问题的能力。

    关键词 工业工程;综合实训;精益生产;实验室

    中图分类号：G642.0 ? ?文獻标识码：B

    文章编号：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

    新中国成立以来，尤其是改革开放以来，我国制造业持续快速发展，但与世界先进水平相比，仍然大而不强。精益生产是从管理上提高制造企业竞争力的一个有效途径。然而，随着精益生产这种生产方式的逐渐推行，我国越发缺乏精益生产方面的人才，尤其是东北老工业基地更缺乏相关人才[1]。

    工业工程强调改善，精益思想是工业工程的核心思想。因此，为帮助企业培养开展精益生产所需的人才，为使学生能够更有效地将理论与实际结合起来，走向工作岗位后能够灵活自如地运用所学知识为企业精益生产服务，有必要建立更加贴合工厂实际、能够帮助学生有效掌握精益生产的核心理念与方法的一套实训体系。

    2 精益生产综合实训体系建设现状分析

    通过对国内工业工程专业排名靠前的高校实验室建设进行研究，发现很多大学的工业工程实验室依然是传统的分课程单独建立实验室，比如人因实验室、物流实验室、生产工程实验室、仿真实验室等[2]。也有一些学校基于系统优化思想对工业工程学生的综合能力进行培养，如清华大学与麦肯锡公司合作建立了模范工厂实验室（中国卓越运营学院），该实验室包括工业4.0状态下的各种生产模式，涉及工业工程专业多课程知识的综合应用。然而该实验室建设对于一般学校来讲投入太高，不仅涉及多种设备投入，还涉及昂贵的知识产权投入。吉林大学在学生生产实习过程中，组织学生基于工业工程思想进行改善研究，这也是综合应用工业工程知识的过程;但其只局限于改善研究，并且受限于固定的场景。国内还有一些咨询公司在做类似于清华大学模范工厂的精益培训项目，比如爱博瑞、英杰四达等，但其更多是面向企业的培训。

    综上所述，开发出一套低成本、高效率的工业工程学生多课程综合应用实训体系是有必要的。

    3 综合实训体系建设目的

    在工业工程课程体系中增加精益生产综合实训这一实践环节，设计出一套有效的工业工程综合实训教学体系，通过类工厂体验式（learning by doing）学习，达到以下教学目的。

    1）使得学生能够理论联系实际，为系统化、分步骤的生产运作能力的培养提供体验式学习平台。

    2）使学生能够正确运用所学知识，解决生产过程中出现的问题，进而锻炼学生对现场问题的改善能力，便于在毕业后的工作中迅速进入角色，为提高企业生产效率、降低企业生产成本服务。

    3）培养学生系统思考能力。生产运作的各方面的改善往往并不是孤立的，而是牵一发而动全身。通过实际运营的模拟，以总成本的优化为目标，学生能够树立系统观念，深刻认识到系统优化的重要性，将各个环节作为一个有机的整体来对待，有效掌握精益运营的核心理念与方法，培养利用多种工业工程知识系统解决实际生产优化问题的能力。

    4）为工业工程系列实验和实践类课程，为专业课程设计、学生研究训练项目和本科毕业设计提供一个能实践创造性思维的实验基地。

    5）为教师的教学和科研提供一个密切联系智能制造、精益生产实际的先进的、创新的理想平台，并把教师的科研新成果不断补充到实验中。

    如果条件允许，该套系统也可以为培养制造企业精益生产相关人才服务，以便有效提高我国制造企业竞争力。

    4 需要解决的关键问题

    要锻炼学生系统思考能力以及解决问题的能力，综合实训体系就必须对实际生产运作进行尽可能贴近真实的有效模拟，在模拟过程中必须体现生产运作的系统性，同时应该模拟出生产运作中经常出现的问题，这两点是综合实训体系设计中需要解决的两个关键问题。

    各环节教学内容设计以及多课程教学体系的有机结合 ?以前实验教学的主要弊端就是各课程实践环节孤立，没有联系到一起。如果综合实训还是如此的话，则失去了这门实训课程存在的意義。因此，工业工程综合实训必须解决各课程实践有机结合的问题，而这在模拟工厂当中是有可能实现的。

    生产运作中常见问题的设置 ?为了培养学生应用各门课程的专业知识解决生产运作中常见问题的能力，应考虑在生产模拟过程中设置各种各样的企业比较常见的意外随机情况。这些情况应符合企业生产实际，同时根据所给定的资源约束又能够合理解决。这些意外情况以及处理这些意外情况往往需要进行系统思考，追求整体优化。因此，处理这些问题可以培养学生解决问题以及系统思考的能力。

    5 综合实训体系模块及可以开出的实验内容

    本项目高度还原了真实的航空装备制造生产环境，相当于一个微型工厂。在模型工厂中精心选择和设计离散产线，体现出航空企业生产工艺特色。为体现出综合实训体系的综合性和系统性，本文设计了如下模块。

    订单需求模块 ?满足订单需求是学生应用综合实训体系设计并组织生产的目标。订单需求设置成压力大、中、小三种形式，培养学生综合应用各种工业工程知识来组织生产，满足订单需求。可以开出的实验内容主要为生产计划与控制课程中的订单排程实验。

    设施规划模块 ?根据给定订单需求，应用设施规划知识，初步进行能力平衡，确定各设施数量，明确搬运方法并进行初步布置。可以开出的实验内容包括设施规划与物流分析课程中的生产线平衡以及车间布置设计实验。

    生产计划模块 ?配备人员，给出详细的生产计划，组织生产。可以开出的实验内容为生产计划与控制课程中的离散制造车间生产计划编制实验。

    基础工业工程模块 ?应用流程分析、作业分析等工具设计生产流程以及作业顺序。可以开出的实验内容主要包括基础工业工程课程中的动作分析、标准工时测定以及流程程序分析实验。

    试生产模块 ?根据以上设计内容，安排试生产，发现生产中存在的问题，让学生进行改善方案的设计，会涉及设施规划、生产运作、基础工业工程、人因工程、质量控制等各方面的知识。

    质量控制模块 ?让学生找出关键工序，应用统计过程控制方法进行关键工序质量控制。可以开出的实验内容为质量管理与可靠性课程中的离散制造中的工序质量控制以及过程能力分析实验。

    库存模块 ?主要考查基于物流供货速度以及生产需求确定最优库存的能力，以及生产现场在制品数量确定的能力。可以开出的实验内容为生产系统建模与仿真课程中的库存系统建模与仿真实验。

    生产调度模块 ?生产调度模块主要考查学生对各种意外情况的处理能力，主要包括对质量问题、人员缺勤以及临时订单生产的组织。

    正式生产方案评价模块 ?以总成本最低为目标，评价学生设计方案质量。总成本主要包括人力成本、库存成本、订单超期成本、质量损失成本等。可以开出的实验内容主要是系统工程课程中的系统评价实验。

    综上所述，本实训体系不仅可以进行综合实训，还可以至少开出覆盖工业工程专业主干课程的10项以上实验内容。通过以上模块设计，在满足订单需求总目标的引导下，还可以将各模块的内容有效串联起来，锻炼学生系统思考能力以及解决问题的能力。整个综合实训体系所涉及的专业课程串联情况为生产运作管理、设施规划与物流分析、质量控制与可靠性、基础工业工程、人因工程学，覆盖了工业工程专业的常见专业课程;此外，还涉及运筹学、统计学、系统工程等专业基础课程。

    6 综合实训体系建设实施方案

    综合实训体系建设的实施如果预算充足，可以采取一步到位的实施方案，主要需要采购的设备或产品有：机床，用于模拟生产瓶颈以及实现加工过程的质量控制，只需要能够实现简单的加工，如车外圆、车端面等，加工操作也不应太复杂;工作台及流水线，用于实现产品的装配过程;电子看板系统，用于拉式生产模拟以及生产信息的实施监控及反馈;物流设施，主要包括货架及物流车，确保在需要时

    间、需要地点得到需要的物料;所生产的产品及零部件，学生通过加工及组装来模拟满足需求的过程，实训环节产品应该是不易损坏、易组装、易维护的，且应具有多道装配工序，不同零组件的组合应该能够形成多种产品，这样更符合当前多品种柔性生产的生产趋势;在线质量监控系统，实现产品加工的在线检测、在线监控。

    如果预算不是十分充足，可以采取分步实施、稳步推进的建设方案。

    1）初步的采购方案只需包括工作台、货架、物流车以及组装的产品，这样就能够实现综合实训体系的绝大部分功能;而生产过程的控制可以采用纸质看板进行，质量控制的模拟可以通过手工测量进行。

    2）在实施第一步的基础上可以采购机床以及在线质量监控系统，满足在线质量控制功能的需求。

    3）在实施第二步的基础上可以采购电子看板模块，培养学生应用现代工具进行生产过程的控制。

    7 结语

    综上所述，综合实训体系硬件设施的购置可以相对比较容易地实施，关键是实训体系的设计。通过本文设置的培训模块的有效设计，能够培养学生利用多种工业工程知识系统解决实际生产优化问题的能力，使得学生理论联系实际，便于在毕业后的工作中迅速进入角色，为提高企业生产效率、降低企业生产成本服务，为提高我国制造业资源利用效率以及质量效益方面的竞争力做出贡献。

    此外，该项目不仅可以供工业工程专业、物流管理专业、信息管理专业实训使用，还可以供机械制造专业产品质量控制和安全工程专业工人作业安全实验或相关实训使用，能够将精益思想扩展到多个学科专业，因此具有较高的应用价值。

    参考文献

    [1]荀志远，李尧，吴秋霖.工程管理类专业工作坊实训体系建设[J].实验室研究与探索，2018，37（10）：247-250.

    [2]朱伏平.工业工程实验体系建设问题研究[J].实验科学与技术，2006，4（1）：73-74，78.