支持動(dòng)態(tài)考核的生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

石宇玲 楊靜萍 李雪萌 方超 金遠(yuǎn)東

摘 要：文章針對工業(yè)工程專業(yè)對于生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需求，在一般制造執(zhí)行系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，面向高校生產(chǎn)管理實(shí)訓(xùn)對過程考核的要求，設(shè)計(jì)了適合高等院校生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，支持生產(chǎn)管理技術(shù)和實(shí)驗(yàn)考核管理的雙流程支持的生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)功能模型，描述了各角色用戶與系統(tǒng)功能的關(guān)系，進(jìn)行了系統(tǒng)具體的流程設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)考核指標(biāo)體系設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)架構(gòu)設(shè)計(jì)。通過層次清晰定義的架構(gòu)模式，使該系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用不僅能夠支持學(xué)生對行業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)流程的學(xué)習(xí)，而且有助于對學(xué)生進(jìn)行信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)管理；實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)考核；功能模型；架構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)工程（Industrial Engineering，IE）專業(yè)，是從科學(xué)管理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門應(yīng)用性工程專業(yè)技術(shù)。著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用機(jī)械制造技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)和信息技術(shù)等對工業(yè)生產(chǎn)與服務(wù)過程進(jìn)行科學(xué)管理，減能增效，致力于制造業(yè)信息化人才的輸送。在各高校的工業(yè)工程教學(xué)活動(dòng)中，實(shí)踐教育平臺極其重要，它既是鞏固理論知識的有效途徑，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識，解決實(shí)際問題的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)。本文面向工業(yè)工程及相關(guān)專業(yè)對于生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，參考標(biāo)準(zhǔn)MES的功能要求，結(jié)合教學(xué)系統(tǒng)的個(gè)性化需求，設(shè)計(jì)了生產(chǎn)管理教學(xué)系統(tǒng)的功能模型，并且基于JSF技術(shù)提出了該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅能夠?yàn)榻虒W(xué)實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)提供一定的參考，同時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程本身也使學(xué)生從中受益，得到一定的項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)鍛煉。

1 生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)狀

對于教學(xué)領(lǐng)域的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，大部分與企業(yè)使用的版本相似，雖然能夠通過這些系統(tǒng)使學(xué)生熟悉產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，但難免缺乏針對性和學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)效果的評價(jià)機(jī)制。針對這些問題，本文分析了教學(xué)領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)了適用于實(shí)踐教學(xué)的、具有多角色協(xié)同工作的、操作精煉的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。一方面方便教師分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)和對學(xué)生操作過程與結(jié)果進(jìn)行考核。另一方面，使學(xué)生能夠模擬訂單接收、產(chǎn)品管理、工藝管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、質(zhì)量管理、物料管理、出入庫管理等多種系統(tǒng)角色。通過實(shí)際任務(wù)操作，了解企業(yè)生產(chǎn)管理運(yùn)作過程，以團(tuán)隊(duì)合作的方式將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)踐，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及創(chuàng)新與團(tuán)隊(duì)合作意識[1]。

2 生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能

現(xiàn)有的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)普遍存在著與高校教學(xué)目標(biāo)不匹配的問題，比如產(chǎn)品和工藝流程過于復(fù)雜，系統(tǒng)功能不完全，可操作的內(nèi)容有限，無法進(jìn)行更深入的互動(dòng)操作，由于購買商業(yè)化軟件，導(dǎo)致學(xué)生很難參與到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)層面的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練等。因此，如果能夠以簡單高效的信息系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)出一套由學(xué)生能夠參與開發(fā)與維護(hù)的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，則可以有效地解決上述問題。因此，系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求。

（1）滿足標(biāo)準(zhǔn)化MES系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，同時(shí)融入精益生產(chǎn)等先進(jìn)生產(chǎn)管理理念。系統(tǒng)做到小而全，這樣易于使學(xué)生的學(xué)習(xí)集中在MES的整體結(jié)構(gòu)、流程，以及先進(jìn)生產(chǎn)管理理念上。

（2）對于學(xué)生應(yīng)用系統(tǒng)的深度應(yīng)能分出層次，同時(shí)有對應(yīng)的成績評價(jià)方案，使掌握程度不同的學(xué)生能夠得到不同的學(xué)習(xí)評價(jià)結(jié)果，以支持教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的掌握。

（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架應(yīng)清晰易學(xué)，使有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)生能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行一定的維護(hù)和升級擴(kuò)展工作，以便使系統(tǒng)能夠不斷適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才的多方面需求。

綜合考慮以上的基本需求，本文提出了支持業(yè)務(wù)流程和實(shí)驗(yàn)管理流程的雙平臺生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能模型，如圖1所示。該系統(tǒng)主要由兩大部分組成。

（1）建立生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)任務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的基本功能：生產(chǎn)計(jì)劃管理、工藝技術(shù)管理、產(chǎn)品質(zhì)量管理、物料庫存管理、調(diào)度管理、設(shè)備管理、成本管理、報(bào)表管理等生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)功能。

（2）建立生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)管理平臺，支持教學(xué)過程的管理與教學(xué)結(jié)果的評價(jià)，具體功能包括：角色管理、任務(wù)管理、評價(jià)管理和系統(tǒng)管理。

系統(tǒng)的操作用戶涉及4個(gè)角色類型，各角色的具體應(yīng)用功能如下。

（1）系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有用戶的管理，可支持的用戶類型包括系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生，以及教學(xué)過程督導(dǎo)專家。系統(tǒng)管理員也可以由教師或?qū)W生來擔(dān)任，注冊學(xué)生用戶時(shí)可以采用批量表格導(dǎo)入的方式快速實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)管理員可以定期進(jìn)行備份和還原工作，以便保存各批次參加實(shí)驗(yàn)學(xué)生的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以使系統(tǒng)快速恢復(fù)到初始狀態(tài)，減少由于多批次學(xué)生先后使用系統(tǒng)后形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)沖突、混亂等問題。

（2）教師用戶：教師主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)和發(fā)布、評價(jià)體系的維護(hù)，以及實(shí)驗(yàn)成績的評定。預(yù)先指定系統(tǒng)角色與生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各業(yè)務(wù)功能的聯(lián)系，教師通過設(shè)定學(xué)生用戶的角色可以將學(xué)生與業(yè)務(wù)功能進(jìn)行綁定?？梢詾閷W(xué)生分配一個(gè)或多個(gè)角色，當(dāng)不同的學(xué)生分到不同的角色時(shí)，學(xué)生之間可以根據(jù)業(yè)務(wù)流程要求進(jìn)行工作流程協(xié)作完成系統(tǒng)任務(wù)。教師可以在學(xué)生完成任務(wù)的過程中隨時(shí)查看學(xué)生的操作進(jìn)展情況。教師用戶可以對根據(jù)任務(wù)發(fā)布結(jié)構(gòu)生成的評價(jià)體系進(jìn)行權(quán)重的設(shè)定，對學(xué)生操作的結(jié)果進(jìn)行主觀評價(jià)，根據(jù)任務(wù)完成進(jìn)度等客觀評價(jià)結(jié)果，形成學(xué)生的總體考核結(jié)果。

（3）學(xué)生用戶：學(xué)生也可以通過自己綁定角色申請一項(xiàng)或多項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，當(dāng)選擇角色數(shù)量不足時(shí)，如果需要相關(guān)角色數(shù)據(jù)配合，除了請其他同學(xué)綁定角色配合外，還可以利用系統(tǒng)的角色配套功能，從現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中生成相關(guān)業(yè)務(wù)功能的數(shù)據(jù)信息，以配合學(xué)上進(jìn)行部分功能的訓(xùn)練。例如，當(dāng)學(xué)生想進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃管理的訓(xùn)練時(shí)，可以選擇計(jì)劃員的角色，勾選角色配套自動(dòng)提取相關(guān)的產(chǎn)品信息、工藝技術(shù)等前序業(yè)務(wù)功能的配套信息。當(dāng)學(xué)生獲得任務(wù)后，可以按照系統(tǒng)工作流程，完成任務(wù)的各項(xiàng)操作，最后提交任務(wù)等待教師評分。在任務(wù)的整個(gè)執(zhí)行過程中都可以查看任務(wù)的執(zhí)行進(jìn)度，在教師評分后可以查看自己的成績。

（4）專家督導(dǎo)用戶：為了滿足目前高校對教學(xué)質(zhì)量的評估要求，設(shè)置專家督導(dǎo)用戶類型，可以從第三方的角度觀察教師任務(wù)發(fā)布和評分合理性，從外部角度對教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程給出客觀的監(jiān)督和評價(jià)。督導(dǎo)用戶可以在任務(wù)發(fā)布到成績評定的全過程進(jìn)行相關(guān)進(jìn)度的跟蹤查詢和結(jié)果的評價(jià)結(jié)果的查詢[2]。

3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程與成績考核方法

本文所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涉及多用戶協(xié)同操作，設(shè)計(jì)為一個(gè)可以按照需求靈活定制的實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，其操作流程也根據(jù)不同的定制結(jié)果動(dòng)態(tài)形成。

系統(tǒng)的主要流程從教師分配角色、生成任務(wù)，并將任務(wù)分配給多個(gè)學(xué)生協(xié)同完成生產(chǎn)管理的各主要任務(wù)流程，如：生產(chǎn)計(jì)劃管理、工藝技術(shù)管理、物料管理、庫存管理、質(zhì)量管理等。也可由學(xué)生自行申請角色，并通過系統(tǒng)配套生成流程需要的數(shù)據(jù)，完成邏輯可行的任務(wù)流程。

根據(jù)新工科建設(shè)、專業(yè)工程認(rèn)證需要，專業(yè)課程及實(shí)踐環(huán)節(jié)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)應(yīng)有所支撐。生產(chǎn)管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為重要的實(shí)踐資源，可支持工業(yè)工程類專業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃與控制、質(zhì)量管理與控制、物流工程等專業(yè)理論課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以及單獨(dú)設(shè)置的專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。令課程向量為：C=[c1，c2，…，ci，…，cn]，系統(tǒng)功能向量為F=[f1，f2，…，fj，…，fm]T。為了使實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核結(jié)果能有效體現(xiàn)對畢業(yè)能力達(dá)成度的支撐，動(dòng)態(tài)設(shè)置實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`過程中各系統(tǒng)功能完成對課程的支撐度矩陣W支撐，然后由教師根據(jù)任務(wù)完成的效果給出各分項(xiàng)的評分M分項(xiàng)?？偡諴總分計(jì)算方法如式1所示。

4 生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅可用于生產(chǎn)管理相關(guān)理論與應(yīng)用流程的實(shí)訓(xùn)，也可作為學(xué)生認(rèn)識和學(xué)習(xí)企業(yè)信息系統(tǒng)的有利平臺。因此，對于本系統(tǒng)架構(gòu)的要求，首先要滿足系統(tǒng)功能性、可靠性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性等方面的常規(guī)需求以外，還應(yīng)具備支持快速的二次開發(fā)的能力?；谏鲜鲂枨?，本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)過程由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，采用基于JSF（Java Server Faces）的輕量級JavaEE快速開發(fā)平臺。如圖2所示，為了提高系統(tǒng)的邏輯性和可維護(hù)性，本文提出了由兩條主線組織的分層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：表現(xiàn)層、應(yīng)用服務(wù)層、持久化層和數(shù)據(jù)庫層[3]。

4.1 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是用戶和系統(tǒng)之間交流的橋梁，它一方面為用戶提供了交互的工具，另一方面也為顯示和提交數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了一定的邏輯，以便協(xié)調(diào)用戶和系統(tǒng)的操作。本文采用JSF技術(shù)實(shí)現(xiàn)角色、任務(wù)、評價(jià)管理和生產(chǎn)管理系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)操作兩類用戶界面，收集用戶的輸入、展示數(shù)據(jù)，控制頁面導(dǎo)航并將用戶的輸入傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層。

4.2 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層由業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問對象（Data Access Object，DAO）層組成。業(yè)務(wù)邏輯層使用在JSF配置文件中聲明的JavaBean來實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)管理和生產(chǎn)管理流程相關(guān)的邏輯功能。DAO層負(fù)責(zé)與持久化對象交互，封裝數(shù)據(jù)的CRUD（增、刪、查、改）操作，避免了業(yè)務(wù)邏輯組件與持久化訪問的耦合。

4.3 持久化層

持久化是將程序數(shù)據(jù)在持久狀態(tài)和瞬時(shí)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換的機(jī)制。該系統(tǒng)的持久化層采用JPA（Java Persistence API）完成持久化操作，將實(shí)體映射成數(shù)據(jù)庫里的教學(xué)實(shí)驗(yàn)管理和生產(chǎn)管理流程相關(guān)的數(shù)據(jù)表。

4.4 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層由中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，用于存儲教學(xué)實(shí)驗(yàn)管理和生產(chǎn)管理流程相關(guān)的數(shù)據(jù)表。考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和遷移能力，本文采用支持B/S系統(tǒng)架構(gòu)、分布式存儲，和具有較強(qiáng)云部署能力的oracle數(shù)據(jù)庫。

5 結(jié)語

本文所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)管理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)涵蓋了生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)應(yīng)用的主要內(nèi)容，從功能和流程上滿足學(xué)生了解行業(yè)應(yīng)用需求，以及對行業(yè)實(shí)際系統(tǒng)操作的要求。同時(shí)，兼顧教學(xué)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、評分標(biāo)準(zhǔn)制定，以及客觀、主觀評分的要求。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)清晰，也能給學(xué)生提供在信息系統(tǒng)方面的學(xué)習(xí)和二次開發(fā)的案例和訓(xùn)練平臺。因此，該系統(tǒng)的開發(fā)具有較好的實(shí)用價(jià)值。

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