工业工程基础综合性实验开发与实践

宋维宾，马金山，兰建义，宋红娜

(河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000)

1 引言

工业工程是面向效率，以过程管理和持续改进为思想的一套系统管理方法和工具集［1］。在开展工作研究时，一般要先进行方法研究，方法研究的主要内容是程序分析。因此，在工业工程专业教学体系中，程序分析是理论和实践教学的重点。程序分析是一种从宏观角度对整个生产系统各环节进行逐一诊断和改善的分析技术，包括工艺程序分析、流程程序分析等［2］。要达到学生熟练掌握运用程序分析技术开展改善活动的教学目标，必须辅以实验实训环节［3］。由于笔者单位工业工程专业开设历史较短，专业实验室建设相对滞后，受条件制约，一直未开设程序分析实验。国内其他高校或将其放到实习环节，或作为辅助项目放在一个综合性实验中，专门开设程序分析实验的并不多［4－5］。

文中针对工业工程专业人才培养要求，结合实验室实际，围绕服务流程改善这一程序分析应用热点，以包裹邮寄业务流程为对象，运用情景模拟法［6］，开发了流程程序分析实验。该实验具有较强的综合性和设计性，实际教学效果良好、实验成本低、容易实施和推广。

2 实验设计

2.1 实验目的和要求

本实验以模拟的邮寄包裹服务流程为研究对象，要求学生在观测记录现有流程信息的基础上，按照PDCA循环(Plan Do Check Action，PDCA)循环，采用流程程序分析技术，进行12个循环的改善活动，尝试制定标准服务流程［7］。

2.2 实验内容与过程

在模拟的邮寄包裹业务情景中，学生分别扮演服务员、顾客、工业工程师、工程师助理等角色。服务员、顾客按照规定的服务流程模拟邮寄包裹流程。工业工程师按照流程程序分析的步骤，对模拟的邮寄业务流程进行改善。即选择研究对象→使用流程分析有关图表对现行流程作全面记录→采用5W1H技术(一种对研究对象从目的What、时间When、地点 Where、人员 Who、方法 How、原因Why 6个方面进行质疑的逻辑提问技术)和ECRS原则(即取消Eliminate、合并Combine、重排Rearrange、简化Simplify的原则)进行分析和改善→建立和实施新方案→形成标准加以维持。工程师助理为可选角色，协助工程师做测时、测距工作［9］。实验分组进行，每组35名学生，设置组长(“导演”)1名，带领小组成员正确、有序地完成实验。

实验过程大致分熟悉角色、记录现状、分析改善3个阶段。在熟悉角色阶段，服务员、顾客根据老师的讲解和演示，先试做23遍，熟悉业务流程和内容，如电子秤的使用方法、邮资计费办法、邮包包装方法等。工程师及助理要结合教材、实验指导书熟悉流程程序分析的步骤、程序图表的使用方法等。在记录现状阶段，要求各司其职，认真有序地完成各自角色任务。在熟悉并能正确记录现行服务流程后，要求学生运用5W1H分析技术和ECRS原则尝试对现行流程进行分析改善，提出改善方案，实施并观测改善效果［8－9］。实验过程中，要注意角色轮换，要求每名学生至少担任1次服务员和工业工程师角色。

2.3 模拟情景创设

本实验的重要准备工作是创设尽可能逼真的模拟情景，具体包括服务员作业场所布置(“置景”)、剧本设计(“编剧”)、器材准备(“道具”)等内容。

2.3.1 服务员作业场所布置

总体设置68个模拟实验单元，模拟实验单元由服务台、包装台、邮包暂存箱等组成，初始布置如图1所示。

图1 模拟作业场所布置图

2.3.2 剧本设计

实验初始设定了现行服务流程，该流程以咨询顾客业务和将包裹单第二联交予顾客为流程起点和终点，由20个流程环节组成，见图2。按照初始设定的现行服务流程，服务员首先在服务台完成迎接顾客、指导和等待顾客填写单据、验收单据和邮寄物等业务;然后，走到身后的包装台包装邮寄物;再返回服务台完成称重、计算邮资、收取邮资、登账、贴包裹单、贴邮票、盖邮戳等业务，接下来走到邮件暂存箱，并将邮包放入;最后返回服务台，将包裹单第二联交予顾客留存，完成本次服务。

图2 邮寄包裹业务现行服务流程

2.3.3 器材准备

实验需准备的器材有电子秤、计算器、电子秒表、物流箱等，其用途见表1。在器材准备时，既要尽可能提高场景的逼真度，又要兼顾器材采购难易程度及成本。例如模拟邮票使用真实邮票图案打印裁切而成，模拟印章采用儿童玩具印章等。

2.4 训练要点设置

1)学会合理划分流程环节(步骤)，掌握流程图表的绘制方法。在实验课堂上，学生需根据老师的讲解和演示，对现行服务流程进行划分。流程图有人型、物料型两种［11］，本实验要求学生以服务员为研究对象绘制人型流程图，以邮寄物为观察对象绘制物料型流程图。

表1 实验器材一览表

2)熟练运用5W1H技术、ECRS原则改善现行服务流程。受时间限制，课堂上学生仅对关键流程环节进行初步分析和改善，例如耗用时间长、移动距离远、存在折返的流程环节。要求学生在实验报告中从操作、搬运、检验、贮存、迟延或暂存5个方向进行系统分析［8］。

3)练习制定作业标准。本实验要求学生尝试建立某些操作和整个邮寄业务的作业标准。为对比改善效果，包装、贴邮票等操作需要标准化作业，其作业标准由小组成员在课堂上共同分析(双手操作分析)和建立。改善后整个邮寄包裹业务要以标准形式加以巩固，要求学生课后完成该作业标准的制定工作。两套标准文件，作为实验报告附件提交。

4)引导学生按照PDCA循环开展持续改善活动。流程分析步骤是一个典型的PDCA循环。在学生完成一轮完整的改善活动后，教师要及时给评价和建议，鼓励其开展新的改善活动，强化持续改善理念。

3 实验案例的分析和改善

综合笔者试做及学生实验情况，对实验案例进行简单分析和改善。在使用流程程序图表准确记录现状的基础上，运用5W1H提问技术对各流程环节逐一提问，分析过程见图3［8－10］。通过提问分析，发现下列问题:

(1)第3步“等待并指导顾客填单”中，服务员处于空闲状态，不必要;(2)第6、8、17、19步存在不必要的移动;(3)在第7步“包装邮寄物”中，服务员操作耗时较长，建议对包装操作进行简化;(4)第10步“使用计算器计算邮资”，若采用计价电子秤，则可取消;(5)第12步“登记入账”需时较长，且作业时机不合理。

针对上述问题，运用ECRS原则进行改进。重排作业次序，在顾客填写包裹单时，服务员同时进行包装邮寄物作业，消除第4步中的不必要的等待。调整作业场所布局，可消除第6、8、17、19等步骤中多余移动。引入计价电子秤，取消第10步。第12步“登记入账”调整到顾客离开之后，以缩短顾客等待时间，提升服务质量。采用物流袋进行包装，以简化包装作业。

经实测:改进前，流程周期为314 s，顾客等待时间为314 s，服务员移动距离8 m，空闲65 s;改进后，流程周期缩短为205 s，顾客等待时间减少至155 s，服务员无多余移动，无空闲。

图3 5W1H提问流程

4 教学实践及效果

自2010年开发本实验以来，已经在河南理工大学工业工程专业3届本科生中进行了应用，9个班级约260余名学生参加实验。综合课堂教学和实验报告考量，实验达到了预期目的，取得了比较理想的教学效果。

1)课堂气氛活跃，学生在轻松愉悦的环境中习得知识和技能。本实验内容紧扣理论课堂教学和工程应用实际，且具有一定设计性和游戏性，能够调动学生的积极性和主动性。学生在实验中认真投入，各司其职，共同决策，在游戏化实验环境中加深了对程序分析的认识。

2)使学生获得了诸多有益的心得体会。学生的心得体会可归纳为几点:(1)掌握了理论知识不等于具备相应的实践技能，成为合格的工业工程师需要进行大量的训练和实践;(2)不实行标准化，现场无秩序，质量无保证;(3)凡事都有好方法，改善永无止境。

3)在主要训练要点上，学生的课堂表现和实验报告质量达到了预期目标。一般在6个实验小组中，34组能够完成两轮改善活动。

5 存在问题及改进设想

在本实验教学中存在的主要问题有:(1)学生熟悉实验内容环节时间占用过长(含老师讲解和示范时间)，约占总时间的1/3;(2)角色轮换不充分，部分学生可能没有担当“工业工程师”角色;(3)实验的竞争性有待进一步提高，小组之间实验完成质量差异较大。

针对实验教学中存在的问题，结合笔者的新想法，提出以下4点改进设想:

(1)借助课堂教学、实验室网站等途径，为学生创造实验准备的条件，使其提前熟悉实验内容，以利于其更顺利地完成实验。

(2)在实验器材方面，用计算机代替账册功能，并开发配套的信息系统，提高模拟场景的逼真度。增加计价电子秤、自粘信封等器材，供学生在建立新流程时选用。

(3)实验教师要设法掌握学生的基本情况，选用学习积极性高、责任心强的学生担任实验小组长。

(4)尝试引入更多实验案例，如医院门诊服务流程，并运用离散仿真软件、工业工程分析软件，将本实验发展成为综合性开放实验。

6 结束语

本实验基于角色情景扮演法进行设计和开发，为学生提供了一个完整的流程改善案例。旨在训练学生以项目形式开展服务流程改善研究，培养学生发现、解决问题的意识和能力，引导学生树立持续改善和标准化理念，提高其工程素养和工程应用能力。通过本实验的训练，学生也可积累一定的工作研究经验。实践表明，实验教学效果达到预期目标。进一步完善后，具有较高的普适性和推广价值。

［1］齐二石，刘洪伟.我国工业工程本土化研究与应用实践分析［J］.管理学报，2010，7(11):1717－1724.

［2］汪应洛.工业工程基础［M］.北京:中国科学技术出版社，2005.

［3］张绪柱.工业工程实验与实习教程［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［4］陆刚，孙宇博，卢明银，等.工业工程专业实验室建设现状分析及其实验模式研究［J］.工业工程，2011，14(2):127－130.

［5］温薇，丁文英，周晓燕，等.本科生科技创新工业工程流水线实验的开发［J］.实验技术与管理，2009，26(4):120－123.

［6］蔡敏.“角色扮演式教学”的原理与评价［J］.教育科学，2004，20(6):28－31.

［7］吴兆龙，吴跃斌.运用PDCA循环改善服务传递系统［J］.科技管理研究，2006(4):223－225.

［8］易树平，郭伏.基础工业工程［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［9］范中志.工业工程基础［M］.广州:华南理工大学出版社，2005.

［10］蒋国璋.工业工程基础［M］.武汉:华中科技大学出版社，2010.