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工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)探究論文
一、課程教學(xué)體系結構
生產(chǎn)系統建模與仿真課程的教學(xué)體系結構分為三大部分：理論教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節。
�。ㄒ唬├碚摻虒W(xué)
理論教學(xué)是生產(chǎn)系統建模與仿真這門(mén)課的基礎。我校該課程的理論教學(xué)為40學(xué)時(shí)，理論教學(xué)部分的內容包括以下九大部分：
1.概述。主要介紹有關(guān)系統仿真的基本概念、系統仿真的分類(lèi)、離散事件系統仿真的基本概念，如仿真鐘、時(shí)間、活動(dòng)、進(jìn)程等。
2.仿真輸入數據的收集與分析。主要介紹系統仿真輸入數據的收集方法、分布的識別、參數估計方法、擬合度的檢驗等。
3.偽隨機數的產(chǎn)生及其統計檢驗。主要介紹偽隨機數及其產(chǎn)生方法、偽隨機數的統計檢驗（包括均勻性檢驗、獨立性檢驗、數字特征檢驗等）。
4.隨機變量與隨機過(guò)程的仿真。包括離散型隨機變量的仿真方法、連續型隨機變量的仿真方法并介紹隨機過(guò)程中關(guān)于泊松過(guò)程的仿真。
5.離散事件系統的建模方法。包括實(shí)體流圖法及其應用舉例、活動(dòng)周期法及其應用舉例以及Petri網(wǎng)建模方法。
6.離散事件系統的計算機仿真策略。主要介紹事件調度法、活動(dòng)掃描法、進(jìn)程交互法以及三種仿真策略的比較。7.排隊系統的計算機仿真。介紹排隊系統的基本概念、分類(lèi)、排隊系統仿真舉例。
8.庫存系統的計算機仿真。介紹庫存系統的基本概念及庫存系統仿真舉例。
9.仿真結果分析。主要介紹終態(tài)仿真、穩態(tài)仿真的基本概念，終態(tài)仿真的結果分析，穩態(tài)仿真的結果分析，多個(gè)系統性能的比較分析以及方差縮減技術(shù)等。但理論部分涉及的概率論與數理統計的內容較多，如何將枯燥的仿真理論與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，以提高學(xué)生的學(xué)習興趣呢？筆者認為可以從以下兩個(gè)方面入手：首先，在每次有新的理論介紹之前先以一個(gè)背景問(wèn)題引入，從而提出解決該問(wèn)題的理論知識。例如生產(chǎn)系統常常會(huì )受到市場(chǎng)需求、原料供應、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)狀態(tài)等多方面隨機因素的影響，那么在具體仿真時(shí)，這些隨機因素如何體現出來(lái)？從而引入隨機數的產(chǎn)生、隨機變量的產(chǎn)生、隨機過(guò)程的仿真等內容。又如在對一個(gè)系統具體仿真時(shí)，提問(wèn)：當采用不同的隨機數流，仿真結果會(huì )隨之發(fā)生變化，那么實(shí)際中如何對仿真結果進(jìn)行分析，從而得到科學(xué)的結論？從而引入數理統計的內容，將其應用于仿真結果的分析。其次，鑒于工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的性質(zhì)，有些復雜的數學(xué)推導過(guò)程可以適當刪減，力求學(xué)生理解原理，達到能夠靈活應用相應理論的目的即可。這里有一點(diǎn)需要強調的是，在多年的教學(xué)中，筆者認為第一次課尤為重要，其實(shí)這不僅僅是對生產(chǎn)系統建模與仿真這門(mén)課，對任何一門(mén)專(zhuān)業(yè)課都是如此。在第一次課中雖然不能涉及太多的課程內容，但在第一次課首先要告訴學(xué)生這門(mén)課是研究什么問(wèn)題的，在什么情況下我們可以借助這門(mén)課的理論來(lái)解決問(wèn)題，最好舉與實(shí)際問(wèn)題相關(guān)聯(lián)的例子。例如，我在第一次上課時(shí)會(huì )介紹什么是系統仿真、系統仿真的應用領(lǐng)域、應用系統仿真時(shí)應注意的一些問(wèn)題等等，同時(shí)課堂上演示幾個(gè)可視化的仿真模型，如流水生產(chǎn)線(xiàn)加工系統仿真、服務(wù)系統仿真等，通過(guò)一些感性認識，使學(xué)生對這門(mén)課有一個(gè)初步的了解，以提高學(xué)生對該門(mén)課程的興趣。
�。ǘ⿲�(shí)驗教學(xué)
實(shí)驗教學(xué)是對理論知識進(jìn)一步理解和深化的有效方式，通過(guò)實(shí)驗教學(xué)，一方面可以加深學(xué)生對理論知識的理解，另一方面有利于培養學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。目前關(guān)于離散事件系統仿真的流行軟件也有很多，比如：Extend、Flexsim、Gpss、Arena、Witness、eM－plant、Auto－Mod等等。我們在教學(xué)過(guò)程中采用了Witness和GPSSWorld軟件。這兩款軟件在使用上有較大區別。GPSSWorld屬于第二代仿真語(yǔ)言，是基于進(jìn)程交互的仿真編程語(yǔ)言，特別適用于排隊系統的仿真。當然這里的排隊系統范圍也很廣泛，比如，訂單的到達可以抽象為排隊系統的顧客，訂單的處理過(guò)程可以抽象為排隊等待過(guò)程，訂單處理完成可以抽象為顧客服務(wù)完后離開(kāi)系統等等。通過(guò)此軟件的學(xué)習，一方面可以加深對離散事件系統仿真的理解，另一方面也可以提高學(xué)生調試程序的能力。因為目前即使是可視化的仿真軟件要仿真一些復雜的系統，有時(shí)也需要編制相應的程序才可以完成，所以通過(guò)GPSSWorld仿真軟件的學(xué)習和應用，對于應用其他的仿真軟件也有幫助。Witness是由英國lanner公司推出的功能強大的仿真軟件系統。它既可用于離散事件系統的仿真，又可用于連續流體（如液壓、化工、水力）系統的仿真，可視化效果好，通過(guò)Witness開(kāi)發(fā)的系統仿真模型易于理解和控制，為加強學(xué)生在學(xué)習期間深入理解實(shí)際運作系統提供了直觀(guān)的、可行的實(shí)驗場(chǎng)景。目前在國內有近60所設有IE專(zhuān)業(yè)的高校引進(jìn)了Witness仿真平臺。我校的生產(chǎn)系統建模與仿真課程的實(shí)驗部分為16機時(shí)，如果把Witness和GPSSWorld軟件的使用連同學(xué)生上機實(shí)驗都放在這16機時(shí)完成，很顯然時(shí)間是不夠的，所以我們目前的做法是：在理論課的40學(xué)時(shí)課堂講授時(shí)，安排部分時(shí)間講授軟件，邊講解邊演示（約8學(xué)時(shí)），同時(shí)將Witness和GPSSWorld軟件的學(xué)習版先拷貝給學(xué)生，這樣學(xué)生就可以在自己的個(gè)人電腦上安裝使用，課下學(xué)生自己先練習，同時(shí)給學(xué)生布置相關(guān)的上機大作業(yè)，具體上機時(shí)，教師主要是解決學(xué)生在練習或完成作業(yè)時(shí)遇到的困難和問(wèn)題。由于學(xué)習版的部分軟件功能受限（其實(shí)對大多數的仿真已夠用），所以我校建立了軟件網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)環(huán)境，學(xué)生也可以通過(guò)校園網(wǎng)在宿舍就可以使用正式版練習，滿(mǎn)足了部分學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習的需要。
�。ㄈ⿲�(shí)踐環(huán)節
生產(chǎn)系統建模與仿真這門(mén)課的教學(xué)目標就是培養學(xué)生將仿真技術(shù)應用于實(shí)踐，并解決生產(chǎn)、管理等領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題。因此，實(shí)踐環(huán)節我們主要從三方面入手：
1.在1周的課程設計中，提供有關(guān)生產(chǎn)加工、物流、服務(wù)管理等方面的素材，啟發(fā)學(xué)生利用仿真技術(shù)完成系統的分析和改善；
2.在大四的畢業(yè)設計題目中，設計一些應用仿真技術(shù)的相關(guān)題目，如關(guān)于企業(yè)生產(chǎn)流水線(xiàn)的改善；
3.鼓勵學(xué)生積極參加校大學(xué)生創(chuàng )業(yè)大賽、工業(yè)工程改善大賽等競賽活動(dòng)，利用仿真技術(shù)結合具體的問(wèn)題進(jìn)行分析，我校在這一方面已取得了一些成績(jì)，達到了學(xué)以致用的目的。
二、課程教學(xué)方法設計與教學(xué)手段
本課程采用以課堂講授為主，其他方法為輔的教學(xué)方法。通過(guò)課堂講授，可以使學(xué)生理解掌握系統仿真的基本原理和基本方法。但純粹采用課堂講授對于理論教學(xué)有時(shí)會(huì )顯得有些枯燥，因此在教學(xué)過(guò)程中適當增加了實(shí)驗法、演示法、討論法等。如在介紹系統仿真軟件時(shí)，一邊講解軟件一邊進(jìn)行演示，同時(shí)將相關(guān)的仿真理論穿插于仿真軟件的介紹之中，這樣更便于學(xué)生理解和體會(huì )仿真的基本理論和原理，也便于學(xué)生掌握仿真軟件的使用和操作方法。課程的教學(xué)手段采用以多媒體教學(xué)為主，板書(shū)為輔（個(gè)別時(shí)用到的數學(xué)理論）的方式。另外，教師在第一次上課時(shí)就將聯(lián)系方式包括E－mail、QQ號、電話(huà)等告訴學(xué)生，學(xué)生可以通過(guò)以上方式隨時(shí)咨詢(xún)學(xué)習中遇到的問(wèn)題。
三、課程考核
本課程的考核方式采用“期末閉卷考試＋大作業(yè)”模式，其中大作業(yè)包括上機報告和英文文獻翻譯兩部分。上機報告是關(guān)于Witness和GPSSWorld仿真軟件布置的上機大作業(yè)，要求對具體問(wèn)題建立適當的仿真模型，運行后對結果進(jìn)行分析，必要時(shí)進(jìn)一步提出改進(jìn)措施或建議。英文文獻翻譯要求查找一篇關(guān)于仿真技術(shù)發(fā)展或應用的英文資料，將其翻譯成中文，這樣做的目的有兩個(gè)：一方面可以使學(xué)生進(jìn)一步了解仿真技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)及應用領(lǐng)域，另一方面也可以適當的加深、熟悉一些關(guān)于仿真的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)詞匯，便于以后工作和科研的需要。目前期末閉卷考試成績(jì)占80％，大作業(yè)占20％，可考慮加大平時(shí)作業(yè)成績(jì)的比例到30％，以加強學(xué)生對實(shí)驗環(huán)節的重視程度及仿真技術(shù)動(dòng)態(tài)的關(guān)注程度。
四、課程教材的選取
關(guān)于生產(chǎn)系統建模與仿真這門(mén)課，目前還沒(méi)有非常適合我校工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)實(shí)際情況的教材，原因是有的教材中所介紹的軟件不是Witness和GPSSWorld，而介紹Witness和GPSSWorld的教材關(guān)于仿真理論部分又介紹得較少，所以筆者給學(xué)生推薦的兩本關(guān)于理論部分的教材為：肖田元等主編的《離散事件系統建模與仿真》以及周泓等主編的《生產(chǎn)系統建模與仿真》；關(guān)于仿真軟件部分的教材為：王亞超等主編的《生產(chǎn)物流系統建模與仿真－witness系統及應用》以及謝毅等主編的《離散事件系統建模仿真與GPSSWorld教程》。
五、結束語(yǔ)
生產(chǎn)系統建模與仿真作為工業(yè)工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎課，其技術(shù)目前在生產(chǎn)、管理、物流、服務(wù)等領(lǐng)域已得到了廣泛應用，我們希望，通過(guò)對該課程教學(xué)體系的探討使其在學(xué)生今后的科研和工作中發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
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