[工业工程自动化生产系统教学改革研究]工业工程自动化

工业工程自动化生产系统教学改革研究

［关键词］工业工程专业;自动化生产系统;教学改革 引言 “中国制造2025”战略的提出，带动了中国制造业的转 型与发展［1］。制造业作为福建省经济产业中的主要构成 部分，在如何应对转型与发展的问题上，面临巨大的危机与 挑战。从规模上看，福建制造企业中小型企业所占比重较大， 其中又以台资、民营企业为主要构成主体。该类型企业产业 规模小，关键核心技术与高端装备匮乏。面对发展机遇与转 型挑战，企业除了需要实现生产工艺流程与装备技术创新之 外，更重要的是从企业综合管理素质提升，以及生产系统综 合效率、效益的提高等方面着手，致力于增强企业在开放经 济体制下的市场竞争能力。工业工程是以提升工业制造企业 综合效益及效率为研究方向，将制造工程学与管理科学有机 结合并进行综合应用，并最终实现对传统工业产业进行深化 改造的工程学科［2］。就福建省而言，工业工程专业人才的市场需求正不断快速的增长，且成为了制造企业不可或缺 的生产要素。因此，培养具备实际工程与生产管理素养的工 业工程综合应用型本科人才势在必行。作为工业工程专业的 一门专业综合课程，自动化生产系统主要作用在于使学生能 够更加有效地将所学到的专业理论应用于实际生产过程，掌 握更加贴合实践与现代技术的知识技能，全面提升学生的综 合应用能力。自动化生产系统课程有以下特点:①课程内容 综合性强，所涉及到的知识面较广，不仅涵盖了工程技术学， 还包含了系统管理科学方面的内容;②课程教学应用性与实 践性强，需要学生对课程内容进行融会贯通，突出产教结合， 强调学以致用。目前针对自动化生产系统的教学研究已取得 一些成果，但仍然存在一定的探讨空间，主要体现在:①部 分教学改革研究主要是针对课程大纲内容，而对于课程内容 组织形式的研究探讨却十分有限［3］;②大部分的课程研究 主要基于机械工程方向的专业人才培养，但从工业工程专业 角度出发的课程教学改革探讨却少之又少［4］;③大部分研 究对于实践教学的讨论主要以课程实验、课外创新竞赛等校 内平台作为出发点，培养学生实践动手能力与应用分析能力， 但与企业生产相关的实际环节却依然很少［5］。因此，结 合现有工业工程专业特点及课程设置情况，探讨在教学过程 中如何把握课程方向与课程核心，实行有效的课程教学改革， 具有一定的现实意义。

1课程教学中存在的问题由于不同院校工业工程专业人才培养的方向不尽相同， 使得各个学校的自动化生产系统的课程内容安排、学时安排 及实践课时所占比例安排等都有所差别。本文以福建江夏学 院自动化生产系统课程为例，分析其教学过程主要存在以下 问题:(1)专业学习偏重工业管理，工程学基础薄弱我校工业 工程专业建设目标为培养以海西制造产业为基础的工业管 理型人才，所授予学位为管理学学士学位。学生所学课程主 要以IE课程为主，所接触的工学课程较少。自动化生产系统 的先修课程只有如机械设计基础、机械制造基础、机械制图 及电工电子等专业基础课程，对于工科知识的学习存在理解 与掌握上的困难等问题。(2)课程内容多，课时少课程学分 为3个学分，课时为48个课程，而课程本身在教学内容上涵 盖面广，可拓展的知识面宽。既需要掌握自动化技术概念及 细节，又要在此基础上学会技术应用方法;既要学习传统经 典的自动化技术，又要呈现现有先进制造技术的发展与应用。

课程内容相互呼应，相互承接，导致学生在学习过程中难以 面面俱到，容易造成知识层的断链，使得课程学习无法继续 或更加深入，从而造成迷茫感与倦怠感，影响其综合能力的 提升。(3)实践环节中产教结合薄弱在课程中设置了实践环 节，主要是结合自动化教学演示设备开设课程实验，缺少与 企业生产相关的实践过程，没有真正的实现产教结合。无论 是在大四阶段的毕业定岗实习中还是毕业后的实际工作中， 特别是在面对实际问题的分析与解决，思考如何将所学知识具象化且与企业生产联系起来时，学生明显感觉得到了课程 实践能力的缺失与不足。(4)考核形式单一自动化生产系统 作为一门综合型专业课程，主要注重学生综合能力的培养。

传统的课程考核方式以卷面考试为主，把知识概念原理作为 考试内容，形式较为单一固定，局限性大，无法真正做到对 学生综合能力的考核，间接影响学生在课程学习上的积极性 与主动性。

2自动化生产系统课程教学改革思路 自动化生产系统课程在论述现代自动化制造技术基本 概念及原理的基础上，结合国内外先进制造技术成果与先进 制造系统，系统地介绍了现代自动化制造系统的运行模式与 整体规划设计的理论与方法。旨在提升学生对于现在制造技 术及其应用的认识，从而增强学生综合应用能力，并在面对 实际生产时具备一定的分析及解决系统性问题的能力。通过 以上对于课程现状问题的分析，坚持贯彻“自动化为主线， 制造为主题，实践为主导”的课程教学原则，在保证可操作 性、循序渐进等基本原则上，提出四点改革思路:(1)优化课 程教材，细化教学内容教材是课程教学的重要环节，也是课 程建设的基础。本课程选用格鲁瓦(美)所著《自动化、生产 系统与计算机集成制造》的翻译版作为教材。该教材为国外 大学工业工程专业方向的优秀教材，从工业工程角度覆盖了 目前在国内外较为先进的自动化技术及其应用［6］。为顺 应本校应用型本科教学背景与专业培养人才方案，从课程大纲角度出发，在内容上去陈留新，在知识点上轻重有别。结 合工业工程专业特点，侧重自动化技术的应用教学，特别突 出与福建制造产业相关的教学内容，使得课程更好地结合企 业实际，突显课程的实用性与先进性，增加学生对课程学习 的兴趣与主动性。从利于引导学生全面系统性学习的角度出 发，依照教材内容将课程分为三个部分。第一部分对整体概 念进行梳理与总结;第二部分涉及现代制造系统中所常见的 自动化技术，包括数字控制技术、机器人技术、传感器技术 及逻辑控制技术等。第三部分展示自动化技术在不同制造系 统中的集成。教学内容的分类帮助学生把握好课程方向，从 而更好地对课程内容进行梳理与归整;启发学生在分块学习 的同时处理好内容间的衔接，引导其良好的学习习惯，减轻 课程学习负担。(2)采用模块分类教学方法，提升课堂互动 由于课程内容的多样性，摒弃采用单一教学法的传统形式， 提出不同部分的课程内容采用不同教学法的模块化分类教 学思路。在课程教学过程中综合运用课堂讲授教学、任务驱 动教学、演示教学等教学模式和手段，具体可表现为:①对 于基本的概念采用“学生课前预习，教师课堂讲解，学生课 后练习”三步走的传统教学方式，讲为主，练为辅，让学生 直观地掌握与理解课程中的基本概念。例如讲授自动化生产 系统量化过程中数学模型的建立与分析等内容时，先从原理 出发讲解基本概念，再通过例题进行强化，最后结合教材课 后的经典习题进行拓展练习。让每个学生都能巩固基础知识，为应用型知识的迁移运用提供良好基础，建立较为系统的课 程大局观。②对于自动化技术细节等工程性较强的课程内容， 在学时有限的情况下，以教师引导为前提，充分利用学生的 课余时间，调动学生的主观能动性。布置课程任务，以团队 形式组织学生进行课后学习讨论，并将团队成果以讲台演示 的形式呈现出来。例如对于数字控制技术，教师先在课堂上 对知识点进行分解与简介，并将学生进行分组。不同组内的 学生分别针对数控系统组成与控制特点、数控发展过程与实 际应用、数控系统工程分析等不同内容进行讨论，结合先修 机械类课程，通过课内深入阅读、课外文献资料查阅、演示 媒体制作等手段参与到知识的获取中去，最后再以教师的课 堂点评与总结为结尾，起到强化点睛的作用。通过该教学流 程提升师生在课堂上的互动，激发学生找寻问题、分析问题 和解决问题的能力。③对于不同制造系统下的自动化技术应 用实例，以课本实例为基础，结合学生的生产实习，并适时 嵌入与自动化生产系统相关的实例视频，在充实课程内容的 同时，使得教学内容更加形象生动。(3)突出产教结合，增 强实践环节在保证理论教学实效性的同时，增加并强化实践 教学环节至关重要。可分别从教学实验与企业现场实习两个 方面着手。教学实验作为首要的教学环节，可结合自动化生 产物流仿真系统等实验教学设备，指导学生完成基础演示与 验证、综合设计等实验。通过教师讲解与学生动手操作，在 课堂上帮助学生认识自动化技术细节与其应用模式。并在此基础上，鼓励学生结合其毕业设计环节，开展创新型实验。

对于企业现场实习，采用“先参与，再提问，后总结”的形 式。从工业工程角度，把课程中所学习的知识运用到企业生 产线的分析中出，针对福建生产企业中自动化水平、自动化 技术应用形式、人在自动化生产线中的作用等问题进行深入 浅出的分析，发现并解决问题。最后再以报告的形式提交， 作为实践环节的重要依据，亦可以作为毕业设计或论文的研 究方向。如此一来，让学生早日认识到课程知识的重要性与 实用性，提升学生综合应用能力，避免其在面对实际工作时 陷入不知所措，无从入手的困境。(4)面向综合能力，调整 考核方式课程考核既是对课程教学质量的检验，也是课程学 习的导向。不仅要考核学生对于课程知识点的掌握，还要考 核学生对于课程知识的应用能力。将传统基于卷面考试的单 一考核方式调整为基于课程任务表现、实践环节成果、期末 卷面成绩三个方面的综合考核。其中，课程任务表现占20%， 期末考试占60%，实践环节成果占20%。课程任务表现主要以 知识理解深度、课外资料查阅及多媒体展示情况作为评分标 准，考核学生课程学习能力;期末考试以基础概念知识、数 学模型分析为主，考核学生理论水平;实践环节包含了实验 报告、企业实习总结，考核学生对课程知识的综合应用能力。

3结束语 结合近两学年的该课程的教学改革试行情况，学生对于 课程有了较为深刻的理解与认识，进一步激发了学生的课程兴趣，相应的综合应用能力也获得了增强，特别是在毕业设 计与毕业实习环节，学生对知识理解的能力有了显著的提升。

自动化生产系统作为综合性实践应用类课程，其课程教学改 革是一项长期工作。只有不断地结合课程特点、区域经济发 展，特别是需要在福建制造业对于工业工程人才迫切需求的 大背景下进行探讨，体现自动化生产系统课程在专业人才培 养内的重要地位，才能保证课程的时域性与先进性。只有从 长远发展的角度探究，才能摸索与提炼出更加适合自身发展 的课程体系与教学内容，从而进一步推动工业工程专业应用 型本科人才的培养。

参考文献 ［1］贺正楚，潘红玉.德国“工业4.0”与“中国制造 2025”［J］.长沙理工大学学报，2015，30(3). ［2］孙卫军.管理科学与工程类专业人才培养模式研究 ［D］.天津:天津大学，2005. ［3］赵兵.《自动化制造系统》课程教学改革与探索［J］. 装备制造技术，2014(4). ［4］陆炜.自动化制造系统综合实验教学改革与实践 ［J］.科技信息，2013(35). ［5］廖先禄.自动化制造系统课程教学初探［J］.机械 工业高教研究，2001(4). ［6］MikellP.Groover.自动化、生产系统与计算机集 成制造［M］.北京:清华大学出版社，2009.