教学模型生产系统设计与开发教学改革结题.doc

《教学模型生产系统设计方案与生产计划编制软件实施》
教学改革课题结题报告

前言：
IE是一门非常有前景的学科专业，也是实践性很强的应用技术，因此进行实验教学课程体系改革，建设好实验室对于培养复合型专业人才至关重要。教学模型在工程实践训练中的应用，在一定程度上可以帮助学生更好地学习工艺知识，加深对工程实践的理解。开发教学模型有助于提高工业工程专业《生产与运作管理》、《工业工程基础》、《设施布置与改进》等课程的教学效果。本研究探讨教学模型的开发方法，以具有简单机械结构的教学模型设计为中心，开发多种教学实验，完成了四套实验报告的设计，在工业工程专业《实验室实习》课程中开始应用，并完成以教学模型为研究对象的面向大规模定制产品的生产计划的编制软件的设计与实施。

一、 研究目的：
通过教学模型实验系列设计研究工作完善工业工程实验室，搭建一座理论与实践的桥梁，提供各项理论研究与实践探索的实验平台，建立实物化的综合开放型实验室，采用实际训练与网络化管理相结合的培养模式，建立综合开放型实验室是进行素质教育和促进学生能力培养的有效途径。通过分层次实验，学生可以自主选择教学模型、自己设计工艺路线、通过归纳结论、分析结果，最终进行装配线平衡与设施布置优化练习，从而可以调动学生学习的积极性，培养实验技能，提高学生分析问题和解决问题的能力。
构建实验教学体系的目的是：为理论和项目训练提供基本条件，通过大量的实践训练，工业工程专业的学生能够加深对基础理论和工程基础知识的理解，提高综合利用多种工业工程手段（工程的或管理的）解决实际问题的能力，以适应新世纪对高层次人才的需求。

二、研究内容：
1、教学模型甄选；
2、教学模型产品结构文件和工艺过程模拟；
3、大规模定制教学模型的生产计划编制软件开发；
4、车间布局规划与改进模拟实验；
5、工业工程综合实验设计与实施
课题主要解决下述问题：虽然IE毕业生的就业市场仍然很好，但学生没有受到充分的训练。教学模型在工程实践训练中的应用，在一定程度上可以帮助学生更好地学习工艺知识，加深对工程实践训练的理解。目前工程实践教学模式基本上沿袭原有金工实习的传统，训练仍然以各个工种独立训练的方式进行，教学模型也基本上是围绕着各自工种的工艺知识进行研究与制作的。用这样的教学模型引导、启发学生进行工程实践训练，可以使学生对各个工种的工艺知识学习比较深入，但是，对于需要多工种的工艺知识综合运用，才能解决零件的加工问题时，学生就显得比较困难。有的高校实验室备有减速机、四驱车、联合模型、木制原子笔、支流继电器开关及其组装零件等教学模型，为贯彻以“设计为主线”，培养学生创新和工程实践能力的指导思想， 需要设计各种构造、用途和性能各不相同的教学模型，如包含螺旋结构的千斤顶、包含棘轮结构的刨床模型、包含连杆结构的蒸汽机车车轮模型、小型发电机模型等，帮助学生熟悉和了解机械结构，学习机械制造工艺知识。

三、研究步骤：
1、选择结构复杂，加工工艺比较多的零件作为研究对象，设计工业工程教学模型，进行产品图纸的设计(结构和尺寸)和零件加工工艺的设计,然后根据零件的加工工艺进行教学模型的加工；
2、根据教学模型进行产品结构文件（BOM）的设计、编制物料编码，绘制物料清单，进行工艺路线的设置，完成物料清单与工艺路线数据库的编制、输入与维护工作；
3、设置主生产计划的时栅，根据个性化定制的教学模型订单数据和库存数据，编制主生产计划并进行能力平衡，输出主生产计划，按照要求实时交互回答生产什么，生产多少，在何时采购原材料，何时完成生产和完成装配，最终结果给出物料需求计划、能力需求计划和生产订单工序计划；
4、进行教学模型生产现场与装配流水线的组织设计，确定流水线方案，涉及生产车间与装配线部门与人员配置，模拟生产现场初始布局，根据教学模型的订单数量与品种，填写从至表，根据成本费用值与调整原则，调整方案，改进布局。

教学研究总体设计
原始图纸-机械原理-总体尺寸设计
三视图

工艺模拟标准

大规模定制客户管理
交互界面处理
采购计划显示
月度生产计划显示
车间作业计划显示
工艺对应建立过程
尺寸标准
公差
典型工艺图纸
成组工艺图纸
装配线平衡

建立助学系统
对错比较助学系统
展示设计实物制作
基本数据库的建立与维护
主生产计划处理模块
编程实施
设施布置改进方案与实施
绘制现场布局图
填写从至表
成本核算并改进

理论研究
前期调研

表1 千斤顶BOM表
序号
名称
代号
层级
尺寸
个数
父级
是否外协
加工时间
单位：分钟
装配时间
单位：分钟
1
千斤顶
000
0

1

否

5
2
螺杆
001
1
20cm,直径2.8cm
1
0
否
24

3
套扣
0011
2
高8cm,直径2cm
1
1
否
10

4
连接件
0012
2
3*3*3cm,方形，孔内经1.4cm,与手柄套处直径2.2cm
1
1
否

5
顶部
0013
2
0.8*0.8*0.6cm
1
1
否

6
底座
002
1

1
0
否

7
木板
0021
2
20*20*1cm
1
1
否
5
3
8
腿
0022
2
15*3*1cm
3
1
否
45
3
9
螺母
003
1
标准
1
0
是
3
2
10
手柄
004
1
长12cm，直径2cm
1
0
否
15

11
顶头
0041
2
直径3cm，厚0.5cm
2
1
否

1
12
旋转杆
0042
2
长8cm，直径2.0cm
1
1
否

13
托杯
005
1
高2cm，直径3.5cm
1
0
否
7
1
14
螺钉
006
1
标准
7
0
是

表2 千斤顶加工工艺时间表 单位：分钟
序号
零件
工序名称
加工时间
备注
1
001
车
16
车床
2
003
车
3
车床
3
004
车
15
车床
4
005
车
5
车床
5
005
钻
2
钻床
6
001
钻
8
钻床
7
0021
锻
5
锻床
8
0022
铣
45
铣床
9
005
攻丝
5
车床
10
001
攻丝
5
车床
11
所有零件
打磨
30
磨床

千斤顶 0级

001（1） 002（1） 003（1） 004（1） 005（1） 006（7） 1级

0011（1） 0012（1） 0013（1） 0021（1） 0022（3） 0041（2） 0042（1） 2级

图1 千斤顶产品结构图

表3 千斤顶装配时间表 单位：分钟
序号
装配名称
装配时间
1
装配顶头
1
2
装配托杯
1
3
旋入螺母
2
4
安装三个褪
3
5
安装木板
3
6
检验
5

①
0 ② ④ ⑤ ⑥
③

图2 千斤顶装配工艺路线图

表4 法拉第发动机BOM表
序号
名称
代号
层级
尺寸
个数
父级
是否外协
备注
1
法拉第发动机
000
0

2
板
001
1
20*30*2cm
1
0
否

3
木块1
002
1
6*8*5cm
高3cm
中间开槽宽2.5cm,深1cm
1
0
否

4
木块2
003
1
6*8*5cm
高5cm
中间开槽宽2.5cm,深1cm
1
0
否

5
磁铁
004
1
14*6*2.5cm
中间间距2cm
高2.5cm
1
0
否

6
支撑件
005
1
10*3*6cm
安轴处直径6cm,高3cm,1.5cm处钻孔
2
0
否

7
盘子
006
1
厚0.5cm,半径9cm，孔0.9cm
1
0
否

8
手轮
007
1

1
0
否

9
轴
0071
2
长8cm,半径0.4cm
1
1
否

10
轮子
0072
2
直径0.8cm,长1.5cm
1
1
否

11
连接
0073
2
宽0.8cm,长3.5cm
1
1
否

12
螺栓
008
1
标准
4
0
是

13
螺钉
009
1
标准
4
0
是

表5 法拉第发动机加工与装配工艺时间表 单位：分钟
序号
零件
工序名称
加工时间
备注
1
001
铣
5
铣床
2
002，003
镗
14
镗床
3
004
车
7
车床
4
005
车
26
车床
5
006
铣
10
铣床
6
008
组装
2
分装台
7
007
铣
5
铣床
8
007
钻
2
钻床
9
009
组装
5
分装台
10
001
总装
4
总装台
11
所有零件
检验
12
检验台

法拉第发动机 0级

001（1） 002（2） 003（1） 004（1） 005（2） 006（1） 007（1） 008（4） 009（4） 1级

0071（1） 0072（1） 0073（1） 2级

图3 法拉第发动机产品结构图

①
②　　　　 ⑥ ⑩ ⑾
0　　　　　　　③　　　　　　　　
④
　　　　　　　　　　　　　　　　 ⑤
⑦ ⑧

图4 法拉第发动机加工与装配工艺路线图

表6 手锁BOM表
序号
名称
代号
层级
尺寸
个数
父级
是否外协
备注
1
手锁
000
0

1

否

2
木板
001
1
43*20*2
1
0
否

3
木托
002
1
上面：前直径7，后直径8，长9；下面：前直径8，后直径10
高：前6后4，长12
2
0
否

4
铁套
0021
1
前直径8.5，后直径7.5
2
0
否

5
布
0022
1

2
0
否

6
螺丝
003
1
标准
8
1
否

表7 手锁加工与装配工艺时间表 单位：分钟
序号
零件
工序名称
加工时间
备注
1
001
镗
15
镗床
2
0021
手工制作
20
工作台
3
0022
手工制作
10
工作台
4
002
部件装配
10
装配台
5
001
总装配
4
总装台
6
000
检验
2
检验台

手锁 0级

001（1） 002（1） 003（8） 1级

0021（1） 0022（3） 2级

图5 手锁产品结构图

①
0 ② ⑤ ⑥
1 ④
③

图6 手锁加工与装配工艺路线图

四、研究成果：
1、公开发表论文1篇，论文题目为：《Implement and design for Industrial Engineering experiment teaching》ICTEM2012会议;
2、4个实验报告；
3、结题报告；
4、教学模型图纸；
5、教学模型编制计划软件。

五、主要贡献：
工业工程专业应根据应用型人才培养目标和培养规格的基本要求，在人才培养方案中进一步明确实践教学的地位，提高实践教学在整个教学计划中的比例；其次，强调应用型。在完善的实践教学计划中，根据专业要求，积极探索，增开设计性、研究性、综合性强的实践内容，减少简单的模拟、论证性实践，着力于培养学生的动手能力、应用能力、思维能力和创新能力。工业工程教学实验模型设计与实验教学资源平台构建是工业工程应用型人才培养模式的新尝试，课题最终成果可使天津理工大学管理学院工业工程和物流管理专业的学生受益。最终将在天津市同类型的其他院校相关专业推广。有些带有普适性的成果甚至可以推广到全国各级各类院校。