“輪班制”下工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的設(shè)備利用優(yōu)化研究

谷良田+顏世周+賓凱+曾江黎

隨著應(yīng)用型技術(shù)大學(xué)建設(shè)的潮流到來(lái)，不少高校進(jìn)行了轉(zhuǎn)型或?qū)ε囵B(yǎng)方案進(jìn)行了調(diào)整，為了普及學(xué)生的工程素養(yǎng)，學(xué)校將工程訓(xùn)練課程向全校學(xué)生推開(kāi)。盡管可以通過(guò)“輪班制”的安排來(lái)達(dá)到增加人機(jī)比的目的，但是，學(xué)生與實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量比例失調(diào)的問(wèn)題接踵而至。然而“輪班制”在工程訓(xùn)練教學(xué)過(guò)程中的實(shí)施有很大的盲目性，缺乏該項(xiàng)制度對(duì)教學(xué)效果和實(shí)訓(xùn)設(shè)備利用優(yōu)化的科學(xué)論證與探究，無(wú)法得到最優(yōu)化的輪班安排。因此，研究“輪班制”對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果與實(shí)訓(xùn)設(shè)備利用優(yōu)化有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)的“輪班制”實(shí)施方案

每個(gè)高校的工程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容根據(jù)每個(gè)學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)不同而略有差異，但大致基本包含了機(jī)械制造和電子電工技術(shù)兩個(gè)大類(lèi)，由車(chē)工、焊工、鉗工、銑工、特種加工、電工工藝、電子工藝等組成。傳統(tǒng)的理論課程的授課方式一般是按照教學(xué)大綱順序逐一開(kāi)展，每周每個(gè)課程只能進(jìn)行40人次/40學(xué)時(shí)，這難以適應(yīng)工程實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)（每個(gè)年級(jí)若有3000人，則每周通常要完成500人次/40學(xué)時(shí)），因此采取“輪班制”如下。

1.多個(gè)工種同時(shí)進(jìn)行

不同于其他理論課的前后章節(jié)內(nèi)容聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，工程實(shí)訓(xùn)課程里包含的工種所培訓(xùn)的技能的關(guān)聯(lián)度不大，因此可以同時(shí)安排多個(gè)教學(xué)班進(jìn)行不同的工種訓(xùn)練，然后通過(guò)輪換的方式，保證每個(gè)人都保質(zhì)保量訓(xùn)練到每一個(gè)工種。通過(guò)此方式輪換，能將該課程每周的學(xué)生容量和設(shè)備利用率成倍提升，但設(shè)備負(fù)荷損失成本提高。

2.每天分成早、晚兩班

為了進(jìn)一步擴(kuò)大工程訓(xùn)練每周的學(xué)生容量，除了使多個(gè)工種同時(shí)進(jìn)行輪班的形式，還可以將兩個(gè)作息班形式的教學(xué)結(jié)合起來(lái)。工程實(shí)訓(xùn)是以技能訓(xùn)練為主的課程，練習(xí)的時(shí)間最好相對(duì)連續(xù)，有利于學(xué)生技能的獲得。將早上8：00～14：00作為早班，14：30～20：30作為晚班，每個(gè)班折算成8學(xué)時(shí)，因此又在原來(lái)的基礎(chǔ)上將學(xué)生容量擴(kuò)大一倍。

這兩種制度結(jié)合就構(gòu)成本文所討論的“輪班制”，這種制度保證了學(xué)校能用少數(shù)的設(shè)備開(kāi)展大量的實(shí)訓(xùn)課程，大大提升了設(shè)備利用率，但是，這樣長(zhǎng)時(shí)間使設(shè)備處于工作狀態(tài)，會(huì)使設(shè)備故障率也大大提升，縮短了設(shè)備壽命。

二、典型工程訓(xùn)練設(shè)備的故障率與使用時(shí)長(zhǎng)分析

為了研究設(shè)備故障率與工作時(shí)間關(guān)系，便于找到設(shè)備的最佳工作時(shí)間以指導(dǎo)輪班制教學(xué)，筆者通過(guò)對(duì)幾個(gè)典型工種的設(shè)備進(jìn)行隨機(jī)抽樣，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，加以統(tǒng)計(jì)分析，得出下圖所示結(jié)果。

圖中橫軸表示每天連續(xù)工作的時(shí)間，縱軸表示實(shí)驗(yàn)半年后統(tǒng)計(jì)出設(shè)備的故障率，反映不同設(shè)備分別進(jìn)行不同的連續(xù)工作實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到的故障率各有不同。每天連續(xù)工作5～8小時(shí)設(shè)備的故障率普遍較低，超過(guò)8小時(shí)后，每種設(shè)備的故障率上升的趨勢(shì)明顯增大，還可以知道涉及精密電子元件的設(shè)備的故障率要比車(chē)床設(shè)備高，但故障維修成本較車(chē)床低，恢復(fù)速度也較快。

三、設(shè)備利用優(yōu)化措施

“輪班制”下設(shè)備的故障率與設(shè)備利用率是相互制約的關(guān)系，每天的使用時(shí)間越長(zhǎng)，使用率越高，故障率也會(huì)越高。根據(jù)圖中所示結(jié)果可以知道幾種典型工種的設(shè)備在“輪班制”教學(xué)中設(shè)備較優(yōu)工作時(shí)長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障率與使用者的操作和保養(yǎng)水平也有很大關(guān)系：初學(xué)者使用普通車(chē)床和普通銑床產(chǎn)生故障的概率要比熟練操作工使用所產(chǎn)生的故障率高出很多，車(chē)床上潤(rùn)滑油是否及時(shí)和是否進(jìn)行必要的清掃也影響機(jī)器的故障率；電子電工設(shè)備故障率與實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容存在一定的關(guān)聯(lián)，復(fù)雜、操作難度大、大電流、大電壓的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中使用的設(shè)備的故障率要比一般的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目高出許多，3D打印設(shè)備故障率與設(shè)備所處的工作環(huán)境的溫濕度、空氣清潔度關(guān)聯(lián)較大。

因此，在“輪班制”的工程訓(xùn)練教學(xué)模式下，優(yōu)化設(shè)備的利用率，可以根據(jù)不同設(shè)備的維修成本和恢復(fù)速度著手，分配“輪班制”的設(shè)備工作時(shí)間，以成本代價(jià)為導(dǎo)向，制訂合理的作息時(shí)間。同時(shí)，應(yīng)注重對(duì)使用者的使用技能培訓(xùn)，強(qiáng)調(diào)安全細(xì)節(jié)，注重保養(yǎng)，共同作用使設(shè)備利用率和故障率達(dá)到較優(yōu)化的比值。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得到幾種常見(jiàn)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備的維修成本、恢復(fù)時(shí)間以及故障率的關(guān)系，如上表所示。

表中顯示普通車(chē)床和普通銑床故障率每升高0.1%，則對(duì)應(yīng)維修成本需要增加3000元，維修時(shí)間增加36小時(shí)；電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)和ABS型打印機(jī)故障率每增加1.0%，則對(duì)應(yīng)維修成本增加600元，恢復(fù)時(shí)間增加5小時(shí)。根據(jù)工程訓(xùn)練課程幾種工種并行進(jìn)行輪班的特點(diǎn)，需要找出一個(gè)都比較合適的工作時(shí)長(zhǎng)。以此數(shù)據(jù)為例，綜合分析可知，在8～10小時(shí)工作時(shí)長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)，電工實(shí)訓(xùn)臺(tái)和ABS型打印機(jī)的維修成本以及恢復(fù)時(shí)間與普通車(chē)床與普通銑床基本持平，可選此時(shí)間區(qū)域?yàn)樵O(shè)備的工作時(shí)間，保證“輪班制”開(kāi)展的時(shí)長(zhǎng)最大，故障維護(hù)成本和利用率比值較小。若工程訓(xùn)練課程有其他工種或不同的組合，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，按照此法需要合理的設(shè)備連續(xù)工作時(shí)間區(qū)域。

本文分析了“輪班制”的模式帶來(lái)的設(shè)備工作時(shí)間比普通教學(xué)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所導(dǎo)致設(shè)備故障率上升的問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到產(chǎn)生問(wèn)題的各因素之間的簡(jiǎn)單曲線，以其結(jié)果指導(dǎo)工程訓(xùn)練教學(xué)輪班制的時(shí)長(zhǎng)制訂，以及分析其他制約故障率的相關(guān)因素，綜合處理以得到優(yōu)化的使用率。

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