2024年1月12日发(作者：)
ISSN 1002-4956CN11-2034/T实验技术与管理Experimental
Technology
and
Management第37卷第12期
2020年丨2 Jj
Vol.37 No. 12 Dec. 2020DOI: 10.16791/.2020.12.049汽车生产运作与管理虚拟仿真实验教学系统研究万卫红谢学军2，张予川2(1.湖北大学国资处，湖北武汉 430062; 2.湖北大学商学院，湖北武汉 430062 )摘要：本文以汽车生产运作与管理虚拟仿真实验教学系统为研究对象，分析了其实验背景，实验目的、实
验原理、实验教学方法和实验效果等，并且对该实验教学系统的一邱做法与经验进行了总结
关键词：实验教学；生产与运作管理；虚拟仿真中图分类号：G643
文献标识码：A
文章编号：1002-4956(_2020>12-0230-03Research on virtual simulation experimental teaching system for
operation and management of automobile productionWAN
Weihong1,
XIE
Xuejun2,
ZHANG
Yuchuan2(1. State Owned Assets Department, Hubei University, Wuhan 430062, China;2. Business School, Hubei University, Wuhan 430062, China)Abstract: This article takes the virtual simulation experimental teaching system for operation and management of
automobile production as the research object, analyzes the experimental background, experimental purpose,
experimental principles, experimental teaching methods, experimental effect, etc., and summarizes the practice and
experience of the experimental teaching words: experimental teaching; production and operation management; virtual simulation国家建设高水平示范性虚拟仿真实验教学“金
课”，是以提高在校大学生知识传授、能力培养和素质
提高的效率和效果为重点，以培养新时代大学生创新
精神、实践能力和社会责任感为核心的[1]。按照《2018
年国家本科专业质量标准》要求，T.商管理类专业培
养方案中将“生产与运作管理”设置为专业核心课。
该课程实践性、操作性强，涉及生产制造一线知识多，
教学的关键是让学生产生“真实感”“沉浸感” [2_3],
但其传统的实验教学存在一些问题。首先，高校因为成本和场地原因，无法建立起一
个生产线来让学生进行实验；其次，生产与运作管理
是一条系统性的决策过程，高校即使建立了一条生产
线来让学生实习实训，也难以模拟出整个决策过程；
最后，真实的生产线可能存在一定的安全性隐患。针
对这些问题所采取的一些举措，如观看视频录像、去
制造企业实地参观、邀请企业专家讲座、案例教学与收稿日期：2020-08-15
基金项目：湖北大学教研项目（
201926 )作者简介：万卫红（1968—)，女，湖北武汉，本科，实验师，主
要从事计算机应用方面研究。讨论、操作实验教学软件等+8]，虽然nr以解燃眉之急，
却无法给学生“真实感”，无法在真实环境中培养学生
的实践能力[9“°]。我校经济管理虚拟仿真实验教学省级示范中心教
师团队自主研发了 “汽车生产与运作管理虚拟仿真实
验教学系统”，希望通过虚拟仿真实验突破实验教学的
瓶颈。以下对此进行具体介绍。11.1实验设计的背景与目的实验背景实体经济是一国经济的立身之本，是财富创造的
根本源泉，是国家强盛的重要支柱。制造业是实体经
济的关键，而汽车制造业则是制造业的关键s在这个
背景下，通过设计“汽车生产与运作管理虚拟仿真实
验教学系统”提高“生产与运作管理”课程教学质M,
具有重要的现实意义，也是服务地方经济发展的有益
尝试。1.2实验目的E-mail:
****************1 )激发学习兴趣。在虚拟环境中，学生可以直接观察汽车装配流水
万卫红，等：汽车生产运作与管理虚拟仿真实验教学系统研究231线生产真实场景，能够与虚拟仿真企业市场部、生产
部、供应链部等不同部门负责人互动，深人细致地学
习真实企业的生产运作管理流程和决策过程，弄惮综
合生产计划、物料需求H•划、供应链计划和装配流水
线优化原理，了解真实制造企业生产计划管理与装配
流水线运作管理的全过程这种直观、探究和互动的
特点有助于激发学生学和参与制造业生产管理的
兴趣。3)提高学习效率仿真实验为学生提供了交互式、a主式和探究式
的网络实验室及实时在线的“虚拟教室”，学生沉^其
中，不受时间和空间限制，能够随时随地进行实验，
大大缩短了实验周期系统的自动评分功能能使学生
及时得到反馈，从而及时发现问题和解决问题，学习
效率因此大幅提高。2)提升学习能力，在实验中，学生需要在虚拟制造企业的多个职能
部门进行角色扮演，解决真实企业生产与运作管理遇
到的问题，通过在不同职能部门以及不同参数设肾场
景中反复进行生产与运作管理实验，既能深化对已有
理论知识的理解，又能获得真实制造企业生产运作管理
实际经验和解决实际tr•理问题的能力学生在具有真
实感、沉浸感、智慧感的仿真环境中，利用人机交互
方式a主探究实际管理问题，既能养成主动掌握知识
和不断反思的习惯，又能促进将理论知识应用于实践2实验原理与效果2.1实验原理按照国家建设高水平示范性虚拟仿真实验教学项
目的目标，结合生产运作管理课程实验教学中存/I:的
问题，通过Unity3D开发平台，构建了实验所需的三
维虚拟仿真场景，并融合丫
Unity3D特征造型技术.
借助人工智能、=维建模和人机交互等技术，开发了
汽车生产运作虚拟仿真实验教学系统:该系统以大型
卡车产品装配流水线为虚拟仿真背景，共包括4个实
验模块，实验学时为4个课时，如表1所示表1实验模块及课时设计模块编号模块名称实验要求学会应用时间序列等定量计算和定性汁算方法，在仿真模拟办公室、市场需求预测会
议室，利)丨丨企业真实数据仿真产品市场耑求，M测出下一年度市场销售计划掌捤JIT( just in time)策略、稳定策略或混合策略，完成下一年度k车产品综合生产
计划学会运用MRP算法计算卡车产品物料需求计划，按照主生产计划、产品结构文件
(BOM )、库存状态文件编制完成7大部件的物料耑求计划在3D/VR装配流水线上，学会按照给定节拍平衡汁算辑配流水线T作场地，按照最小
IV拍幣数倍的优化因标，分配丁作场地综合实验探索性实验实验类別基础实验综合实验课时1
2
3
4
需求预测综合生产
计划制定物料芯求
计划制定装配流水
线优化0.5111.5根据各实验模块的具体内容，本实验的流程罔如
丨冬1
1所示：需要重点说明的是，本实验系统既可以比
学生单独就4个模块进行实验，也可以按照图1的流
程进行全流程实验，从ifir廉顾不同学生的学习情况和
不同的学习时间安排整个虚拟仿真系统以实际汽车
制造企业生产运作管理流程为基础，结合自主研发的
卡车装配流水线模型，实现了对实际装配制造型企业
的运作管理虚拟仿真学生通过实验，能够了解汽车
制造企业生产运作管理中各管理部门的职能及其相互
的协凋与制约关系，形象感知大型卡车制造企业的需
求预测—综合生产计划—物料需求计划—装配流水线
优化等真实过程，掌握市场预测、综合生产计划、物
料需求计划、供应链计划、装配流水线生产线优化等
的基本知识、基本原理和基本方法。2.2实验‘教学方法本实验教学项目以服务湖北省地方经济为出发
点，坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念，利川现代信息技术等手段，大
力推进实验教学改革，结合学校的实际教学情况，实
行“三感5式教学法”（真实感、沉浸感、智慧感及F1
主式、探究式、交互式）（见图2)，致力于培养学生
的问题意识、创新精神及主动学习和自我反思能力」
真实感、沉浸感和智慧感是本实验项目的基础和
关键。通过3D和VR技术，实验项目为学生构建了
一个完全模拟真实制造企业生产与运作管理的环境和
情境，弥补了传统教学中学生无法做实验的不足，达
到了以虚补实的目的通过虚拟仿真，该实验项目为
学生提供了一个“无限可能”的实验环境，学生在这
个环境中可以安全、低成本、重复地进行自主性、探
究性实验。同时，通过该实验项目的智慧程序设计，
在程序自动运行下，“后台机器人”可以与每一位学生
进行交流沟通，并对学生的个性化问题或超出程序自
动应答的问题，通过信息交互系统实现学生与教师的
直接沟通，使每一个学生都能通过不断交流沟通逐
232实验技术与管理进人系统'学习实验指导书j〉)(查询销售系统◊V混合f模块2综合生产计划
制定模块1需求预测(|={X获取历史数据需求预测)物料需求 ^
^ i丨划制定 y(装配流水线漫游)
◊供应链汁划制定模块3
物料需求
汁划制定模块4装配流水线
优化C
计算节拍
(划分最小工作地)瓶颈与约束教师发布成绩~~^)
图1实验流程图生可以随时随地进行实验。同时，软件中设有纠错和
提示功能，学生可以反复进行练习3在具有真实感、
沉浸感、智慧感的虚拟实验环境里，通过自主式、探
究式、交互式实验教学，学生增加了“真实企业”实
际管理经验，达到了制造企业对他们的技能要求。该
实验项目的开展，提升了学生面向大规模生产企业运
作管理的能力，增加了学生的就业机会。自2018年9
月以来，已有300余名学生完成了该项目实验。毕业
生在大规模制造型企业就业的比例显著增加，受到用
人单位欢迎。该实验项目模拟了一个制造企业计划管理与运作
决策的真实环境，目前支持并发访问达150人，解决
了真实大型装配制造企业无法接收高频次、大批量学
生参与见习或实习的难题，也解决了学生无法用真实
数据进行反复练习及现实中决策周期长的问题。通过
步完善自己的实验方案，持续提高实验结果的准确度。
2.3实验效果该实验项目自运行以来95%的学生能够在4个
，虚拟仿真环境的学习，激发了学生对专业的热情和兴
趣，教学效果明显提升。通过比较项目上线前后学生
对“生产运作与管理”教学评价，可以看到学生对教
学的满意度从90%提升至97%。课时内完整地完成4个模块的实验，平均实验时间为
156分钟。从追踪学生的就业情况以及对比该实验项
目上线前后的学生满意度情况来看，整个实验教学的
效果令人满意。本实验项目的开发突破了时间和空间的限制，学3结语 .实验教学是高等教育中人才培养的重要组成部(下转第236页）
236实验技术与管理学特色主要体现在以下方面：(1 )本实验将黑色的稻壳灰在600 °C焙烧后得到
白色的Si02，Si02和氯化铜进行水热反应后，得到淡
蓝色的硅酸铜，作为吸附剂对亚甲基蓝溶液进行处理
时，能将原先很蓝的溶液，最终变成近乎无色，实验
效果明显，具有趣味性(2)实验引人了最新的科研成果，具有较好的创
新性和实践性，并可根据实际情况进行拓展(3 )节能减排理念的融人，使本实验为稻壳灰的
资源化利用提供丫一条新的途径，具有重要的社会和
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24-32.稻壳灰的资源化利用及染料废水的处理是当前的
研究热点：该实验将废弃的稻壳灰转化为Si02作为硅
源，再制备得到硅酸铜吸附剂，用于染料废水的处理
实验集样品制备、结构和形貌表征、吸附性能测试及
数据拟合分析为一体，使学生在熟悉科学研究过程的
同时，能够接触和了解学科前沿实验内容与现实生
活联系紧密，兼具趣味性、新颖性及实用性的特点，
有助于激发学生的学习热情，拓宽视野，强化环保意
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方法。在“新文科”建设背景下进行实验教学改革势
在必行，对于生产与运作管理专业，也必须要改变传
统的实验教学理念和教学模式，本文通过介绍汽车生
产与运作管理实验教学项目的实验背景、实验目的、
实验原理、实验教学方法、实验效果等，对我校汽车
生产与运作管理虚拟仿真实验教学中的一些做法和经
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