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工业工程在物流管理中的应用

2012/05/09 阅读:

随着工业工程的不断发展,其所涵盖的领域和适用范围越来越广泛,兼收并蓄了许多的学科知识和高新技术,这就要求当今的工业工程学科建设要顺应时代发展要求。经过近20年的努力探索,我国工业工程学科有了突飞猛进的发展,开设IE专业(即工业工程专业,以下简称IE)的院校基本上建立了以工作研究和人因工程为研究重点的基础IE实验室。而如何突破传统、设计一个符合现代工业工程发展的实验体系?如何构建一个培养学生工程研究和实践创新能力的工业工程物流综合实验平台,这是一个亟待探讨和解决的问题,直接关系到我国工业工程领域的人才培养和未来发展。

1实验室的建设思路

实验室的建设思路是将“工业工程专业”同“物流工程与管理专业”进行有效融合,又不失各自特色,更好地体现工业工程的系统性和现代工业信息化的发展。实验室模拟生产制造企业布局,以工厂物流设施及装配流水线为平台模拟典型的生产运行流程,结合先进的物流理念,进行“模拟、综合、设计”多层次的实验研究工作。

1.1以“基础IE理论为依托,IE理论体系为架构”的工业工程实验设置思路

“基础工业工程”、“生产计划与控制”、“质量管理”、“精益生产”等各门专业课根据工业工程专业总体培养目标,结合该课程本身知识点,围绕统一的实验对象开发实验,体现课程间的联系,从而突出IE的系统性,建立有效贯穿理论课程的实验教学体系[1]。系统规划和实验设置要充分考虑IE的系统工程的特点,不仅对学生的基本技能进行训练,更要注重训练学生采用系统论的方法,综合所掌握的工程理论知识来解决工业现场的实际问题;能够合理调度工业现场的各种资源,使效益实现最大化。这就要求实验系统不但能够使学生对相应专业课程得到认知和训练;更要求实验系统能够综合贯穿IE理论体系,通过一个共同的实验载体,将各项实验联系起来,形成有机整体,让学生以面向现代工业制造、体现供应链流程的实验系统为平台,进行综合性、系统性的工程实践与管理作业。

实验设置可划分为以下三个层面:

(1)工程基础认知层面

以工程实际为背景,提供工业化设备,并且保证设备中基本涵盖工业领域正在得到广泛应用的各种先进控制技术和正处于物流前沿领域的物流装备,得以让学生接触实际的工业设备,且营造一个模拟离散型生产制造企业的实验室环境[2],增加学生对工程实际的感性认识。

(2)基础工业工程理论层面

让学生选择感兴趣的模型亲自进行生产并分析,延续经典工业工程实验如工作研究、时间测定、动作分析等,旨在掌握基础IE的知识和技能,树立工业工程意识,为日后应用IE技术和方法解决生产实际问题奠定基础。

(3)工程实际研究层面

使实验体系能够模拟企业的生产制造、供应,物流、质量管理、信息交换等包括物流、信息流、资金流的大部分综合IE活动,让学生通过实际操作和接触IE活动来增强“应用IE手段提高生产率和保证质量”的各项技能,从而使学生加深对IE课程体系和研究方向的理解,培养学生的工程分析、规划、设计和方案优化的能力以及创新意识。

1.2以“供应链管理”为核心理念的宏观企业及第三方物流实验设置思路

供应链管理的核心为反应敏捷(Agile)和能让各方利益协调一致(Aligned)、适应性强(Adapta-ble)。对供应链进行综合分析,应用供应链的策略、基本方法,可以帮助企业降低库存、降低成本、提升反应速度、提升企业竞争力和创造可持续的竞争优势。

因此,物流实验室的建设要以供应链管理为核心,以物流业务流程为基础,以先进的物流设备如立体库、条码、射频、电子标签为实现手段,搭建一个兼具前瞻性、实用性、开放性的现代物流综合模拟实验室[3]。实验设置通过物流流程让学生体验现代物流的核心活动:订单、仓储配送、运输、库存控制、客户服务等,达到让学生体验真实物流场景的效果,培养学生对复杂的物流系统进行设施规划、设计、过程优化以及流程管理的实际能力[4]。实验设置可划分为以下两个层面:

(1)了解体验供应链的流程

学生可以通过系统模拟:从货代/报关/检验/检疫等进出口货物的管理,以及货物到达物流中心、通过入库线进行货物入库操作、到原材料出库送至装配流水线加工、到成品入库等一系列的供应链流程;还可进行成品出库、终端配送等第三方物流流程,及超市仓储物流的管理和配送实验,从而提高学生对物流综合知识的理解,扩充感性认识,综合培养学生库存管理、生产物流方面的意识和理念。

(2)物流系统规划与研究

结合理论知识和经典案例,鼓励学生进行实际问题解决的实验实践活动,运用运筹学的知识进行库存管理、资源优化配置和决策分析等,利用系统仿真软件进行生产物流设施规划方案的设计优化等,以加深对现代物流工程的理解,培养自身的物流规划执行能力[5]。

1.3建立适应“教学+科研+培训”三层需求的综合实验室平台

(1)工业工程及物流工程专业本科生基础性教学实验平台

以“工业工程和物流专业”本科教学大纲和实验教材为指导,进行基础IE的“动作研究”、“标准工时”、“操作分析”、“流程程序分析”等实验;更可作为“现代物流设施与规划”、“自动化物流系统的设计与研究”、“物流装备”等课程的配套实验平台,将典型的物流流程设计为实验,深化学生对理论知识的理解。

(2)供应链管理研究方向的科研平台

实验室的硬件设备灵活性强,且软件的源代码公开,可作为研究生进行相应课题的研究平台[6]。如:可以通过修改“自动化物流系统终端任务执行软件”的流程来重新规划物流过程,以用来模拟宏观物流系统的各个环节,包括供应商供货、立体仓库补货、立体仓库出货、给超市终端配货等一系列的供应链运作和管理流程。

(3)可作为“物流工程与管理”方向的培训开放平台

利用实验室空闲时间,广泛开展校外及社会物流人才的专业物流培训,以达到最佳实验室利用效率,更可以对实验室维护资金形成有效的补充来源。

2实验室的主要建设内容

实验室的平面布局如图1所示,全部硬件设备通过工业现场总线和计算机网络互相连通。实验系统具有良好的可重组性,基于ProfiBus-DP工业现场总线的I/O模块的研发,使得流水线设备的任意组合得以实现,而基于开放式编程平台的程序架构及ProfiBus-DP的专用通讯协议的定制,使得软件修改相对容易,更易于满足实验系统要根据教学任务进行调整的需求。整体上可划分为物流仓储系统和生产工程系统。

2.1物流仓储系统

硬件以自动化立体库为中心,配置多种周边输送设备,包括辊筒式输送线、倍速链输送线、皮带线及平移机等,还配备有AGV小车,电子标签货架,终端手持,自动标签机等设备,并且模拟实际企业物流中心的布局特点和作业流程。

软件包括仓库信息管理系统(WMS)和输送设备控制系统(WCS)。WMS用于实现管理自动化仓库中心的库存物料,管理出库、入库、盘点、拣选、补货等任务的生成、执行和结束,管理有关的查询及报表等。WCS用于处理来自WMS和自动化设备的信息,调度并控制自动化设备的动作,并提供设备运行的监控界面给操作人员。

2.2生产工程系统

硬件以装配流水线为中心,各工位配置一体机,摄像头,RFID(射频识别)读卡器,光传感器,电子卡尺,电子千分尺等,模拟小型企业的组装车间;此外还配有小型数控机加单元和信息处理单元(配有12台PC),分别模拟企业的制造车间和信息中心。软件包括MES(制造执行系统),达宝易工业工程软件,Witness生产与服务运作仿真系统,flexsim仿真系统等。基于现场总线技术的MES系统通过电子看板,RFID卡,传感器,测量仪等设备采集实验过程中的生产数据(如合格数,加工总数等),学生可根据采集数据进行在线质量监控,生产计划调整等实验。

3工业工程实验平台的建设

3.1工业工程综合实验平台的构建

集成生产物流设备、柔性制造系统、生产信息管理软件、实验信息采集与分析工具等[7],考虑面向现代大制造、全过程[8],构建一个融合工业工程与物流工程、兼顾基础IE与现代IE、为学生提供体验供应链流程的综合实验平台。实验平台结构图如图2,该平台配置有三个模块。

(1)基础知识技能模块

该模块是整个实验平台的基础模块,为工业工程及分支提供普遍适用的分析问题、解决问题的技术与方法。学生自主选择实验对象(提供两类工艺不同的产品),延续经典的工艺程序分析、动作研究、工时评价、秒表测时、环境照明、环境噪声、劳动强度等实验,培养其基本的IE知识和技能,为下一实验模块奠定基础。

(2)生产运行模块

该模块是实验平台的核心模块,既巩固第一模块的知识技能,又为下一模块做必要的准备。搭建接近生产制造企业的物理环境,模拟企业从订单、采购、生产计划、现场加工、检验、直到成品入库整个生产运行过程,尽量再现生产中各个子系统之间的相互关系,让学生通过体验供应链流程来联系和应用所学的专业知识,增强对工业工程综合知识的理解。该模块开设了ERP软件熟悉、物料需求计划、生产线平衡、生产线混流装配、MES应用、在线质量追踪、仓储与分拣、牛鞭效应等综合性实验。

(3)数据分析研究模块

经过前两个实验模块的锻炼,学生增强了对生产系统实际运行的理解,也应具有一定的应用IE手段解决问题的能力。此时,学生采用上一模块的实验数据进行生产物流追溯、过程能力分析、流水线仿真实验,同时配以案例实践活动,进行精益改善降低成本沙盘模拟,优化库存、仿真建模优化设计生产物流设施和决策分析等综合实践活动。

3.2实验平台的特色

(1)创新性

实验平台以培养学生应用系统论的方法综合所学专业知识解决工程实践问题的IE素质为目标,有效融合工业工程与物流工程,兼顾基础IE与现代IE,涉及多学科的专业技术,不过分强调学科化而割裂工程本身[9],具有一定的创新性。

(2)开放性

实验平台选用的基于PC和DSP运动器的开放性硬件平台,硬件可拓展,软件提供完善接口;且软件采用模块化及面向对象的设计方法,源代码开放,学生可根据实际需要进行重新设计开发控制软件。

(3)先进性

实验平台使用了主流的运动控制技术、交流伺服技术、现场总线等技术,与同类设备相比具有一定的先进性。

(4)实践性

单元设备具有较好的拆装方便性,允许学生对某些设备进行拆装、更改,且实验平台强调学生参与的主动性,打破以往被动学习的局面[10],实验过程为学生与平台系统的信息交换过程,突出学生的主体性与实践性。

4结束语

自实验室投入使用以来,实验课和生产实习受到学生们的普遍欢迎,激发了学生们的学习热情和求知欲,通过以实验室为平台的工业生产与物流的综合性实验实践活动,加深了学生们对IE基础理论和工程知识的理解,提高了综合运用多种IE手段解决实际问题的能力。当然,今后我们要不断完善和提高实验技术水平,关注教学效果,加强与兄弟院校的交流合作,共同推动IE学科的发展,为培养出高层次应用型、复合型人才做出不懈努力。

工业工程在物流管理中的应用

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