本科工业工程专业《基础工业工程》课程人才培养方案教学设计

本科工业工程专业《基础工业工程》课程人才培养方案教学设计

一、课程定位与目标体系

（一）课程定位

《基础工业工程》是本科工业工程专业二年级核心必修课，是连接工程基础与专业实践的枢纽课程。课程以泰勒科学管理原理与吉尔布雷斯动作研究为理论原点，融合运筹学、系统工程、认知心理学与数据科学，定位为“方法论基石、系统观载体、工程实践接口”。课程旨在培养学生运用工作研究、设施规划、人因工程等经典方法解决制造与服务系统效率问题的核心竞争力，奠定精益改善与数字化IE融合思维。

（二）课程目标

1.知识目标：系统掌握工业工程学科演进逻辑、工作研究四大技术（程序分析、操作分析、动作分析、时间研究）、设施规划SLP系统布置设计方法、SHA物料搬运分析技术、预定时间标准法（MODAPTS/MTM）、工作抽样原理、生产系统仿真基础建模规范。【非常重要】【高频考点】

2.能力目标：能独立完成生产车间设施布局优化项目，运用秒表测时与MOD法制定科学劳动定额，使用Flexsim软件进行简单流水线仿真与瓶颈分析，撰写符合行业标准的工业工程改善报告，具备跨职能团队协作与工程可视化表达能力。【非常重要】【热点】

3.素质目标：内化“消除浪费、持续改善、系统最优”的精益哲学，树立工程伦理意识与辩证批判思维，涵养基于中国制造业转型升级情境的产业报国情怀。【重要】

二、课程内容体系与学时配置

（一）理论教学模块（32学时）

1.工业工程导论（4学时）：IE定义、发展谱系、IE意识体系、现代IE技术群像（精益生产、六西格玛、数字化转型）；【一般】【了解】

2.方法研究（10学时）：程序分析（工艺程序图、流程程序图、线路图、滞留分析）、操作分析（人机作业图、联合操作分析、双手作业分析）、动作分析（17种动素、动作经济原则、高速摄像分析）；【非常重要】【核心考点】

3.作业测定（8学时）：秒表时间研究（异常值剔除、评定系数、宽放制定）、预定时间标准法（MODAPTS编码体系、MTM-1基础）、工作抽样原理与实施、标准资料法；【非常重要】【难点】

4.设施规划与物流分析（6学时）：设施选址重心法、SLP系统布置设计五阶段法、作业单位相互关系分析、物流强度等级划分、SHA搬运活性系数、仓库布局经典模型；【重要】【热点】

5.人因工程基础（2学时）：人体测量数据百分位选择、作业环境照度/噪声标准、作业疲劳与恢复曲线；【一般】

6.生产系统建模与仿真（2学时）：离散事件仿真核心概念、Flexsim对象库认知、处理器/发生器/吸收器配置、统计收集器应用。【重要】【新兴考点】

（二）实践教学模块（16学时）

7.方法研究综合实验（4学时）：典型机加工工序三级分析——绘制工艺程序图与流程程序图，应用5W1H与ECRS原则提出改善方案，输出改善报告及效益测算；【非常重要】【技能必会】

8.作业测定实验（4学时）：电子装配工位周期时间测定，同步运用秒表测时与MODAPTS法制定标准工时，对比双方法差异并溯源误差成因；【重要】

9.设施规划课程设计（6学时）：给定零部件物流从至表与作业单位建筑面积，完成从原始物流数据收集到最终平面布置图绘制的全流程SLP设计，要求包含位置相关图、面积相关图、两套备选方案及AHP评价；【非常重要】【综合应用】

10.工业工程综合案例研讨（2学时）：基于亚马逊Kiva机器人拣选系统或丰田精益屋，分组对抗制定系统级改善方案，融入数字化仿真验证环节。【热点】【创新】

三、教学理念与策略架构

本课程严格遵循工程教育认证OBE产出导向理念，实施“逆向设计、正向施工”。以学生深度学习为中心，构建“问题链锚定认知冲突、任务群驱动能力建构、成果集显化素养增值”三维一体教学模式。深度融入建构主义学习理论，将真实企业一线难题转化为课堂探究任务。跨学科维度有机嵌入认知心理学（动作技能习得规律）、数据科学（工时数据统计推断）、管理经济学（改善方案成本效益分析），形成IE+X跨学科渗透张力。全程采用混合式教学，依托国家精品在线开放课程资源，实现线上线下翻转闭环。

四、教学实施过程

本部分为教学设计绝对核心，按“课前认知预置—课中深度建构—课后迁移强化”三阶递进，以知识模块为单位全景式呈现实施路径。

（一）工业工程导论模块教学实施（4学时）

1.课前导学阶段（0.5学时）：【一般】教师通过学习通平台推送福特Rouge工厂纪录片片段与《摩登时代》电影剪辑，发布驱动性问题——“效率提升是否必然与工人福祉对立？”学生分组查阅泰勒《科学管理原理》与梅奥霍桑实验原始文献，协作制作IE百年里程碑事件数字时间轴，要求包含至少8个关键节点及百字注释。

2.课中研学阶段（3学时）：【重要】第一学时采用“历史情境还原法”，教师扮演20世纪初工厂咨询顾问，学生扮演泰勒、吉尔布雷斯夫妇、甘特等角色，就“计件工资制与疲劳管理”展开跨时空辩论，教师介入揭示科学管理革命的双重属性。第二学时精讲IE定义核心词——系统、设计、改进、安装，运用概念图工具在黑板上与学生共建“现代IE技术树”，将后续章节知识模块预埋为树枝节点，建立课程整体认知框架。第三学时组织“校园浪费现象闪电巡诊”，每组限时90秒阐述图书馆占座、食堂排队、快递取件等场景中的非增值活动，全班投票评选“最具改善潜力奖”，教师提炼IE七大意识在实际场景中的投射。第四学时邀请制造业企业IE总监线上接入，结合特斯拉超级工厂案例，剖析当下IE工程师能力模型变迁——从秒表测时员到流程挖掘工程师，学生当堂撰写百字职业镜像并上传词云墙。

3.课后拓学阶段（0.5学时）：【一般】登录学校虚拟仿真实验平台，操作3D汽车总装车间认知系统，标识至少10个IE技术潜在应用点位，截图附简短说明提交作业库。

（二）方法研究模块教学实施（10学时）

本模块依循“宏观流程→微观作业→极致动作”逻辑链实施分层建构。【非常重要】

1.程序分析教学实施（4学时）

（1）课前导学（0.5学时）：发布某型减速器机加工工艺规程文件，学生自学GB/T24742-2009工艺流程图表符号，尝试将文本工序转化为工艺程序图初稿，平台自动批阅符号规范性。

（2）课中研学（3学时）：第一学时采用“对分课堂”模式，教师精讲工艺程序图、流程程序图、线路图三图差异化应用场景与绘制规范，尤其强调流程程序图中操作、运输、检验、等待、储存五种符号的时标概念。学生个体独立完成减速器工艺程序图绘制，同桌交换使用红笔互评，重点核查回路表达与工序顺序合理性。第二学时引入“增值与非增值判别矩阵”，发放某汽车零部件企业真实生产日报表，四人团队在1.2米×0.8米巨幅白纸上重构全流程，将搬运、等待、库存等非增值活动以红色荧光便签显性化，应用ECRS四原则提出合并、重排、简化方案。教师巡场收集典型改善瓶颈，组织全班复演某组对“工序间距离冗余”的破解路径。第三学时各组基于改善方案，使用Excel构建产能对比简易模型，计算生产提前期压缩比与直接人力成本节约额。此环节植入网络计划技术关键路径法雏形概念，标识CP节点作为运筹学接口。【重要】

（3）课后拓学（0.5学时）：选择校园服务系统（如图书借阅、校医院就诊、快递分拣），绘制现状流程程序图，提出三条具体改善对策，形成400字微改善报告。

2.操作分析教学实施（3学时）

（1）课前导学（0.3学时）：观看PCB板插件工位人机交互视频，预习人机作业图绘制规则，重点理解周期时间、空闲时间、利用率计算公式。

（2）课中研学（2.2学时）：第一学时教师分解人机作业、联合作业、双手作业三类操作分析适用情境。核心技能点精讲——人机作业图比例尺设定原则、周期起止点判定。随即进入“纸飞机制造”模拟工坊。每组六人固定角色扮演（操作者、设备A、设备B、物料员、计时员、质检员），操作者需同时看管两台由组员按固定节拍模拟运行的设备。第一轮记录员绘制改善前人机作业图，计算操作者利用率与设备利用率。第二学时基于首轮数据，各组应用“闲余能力转移”策略，通过增加工装夹具或调整作业序列实现人机并行作业，再次实验并绘制改善后图线。教师组织全班数据汇总于电子表格，引导学生发现“一人看多机”最佳配比与设备干涉概率关系。本环节引入认知心理学注意分配理论，解释多任务处理瓶颈并非单纯时间累加。【非常重要】【高频考点】

（3）课后拓学（0.5学时）：拓展思考——若引入协作机器人，人机作业图将呈现何种拓扑形态？阅读推荐文献《Human-RobotCollaborationinAssembly:MTM-UC-BasedWorkloadAnalysis》。

3.动作分析教学实施（3学时）

（1）课前导学（0.3学时）：观看吉尔布雷斯影片《砌砖术研究》精简版，预习17种动素英文全称、中文术语、色标体系及符号。

（2）课中研学（2.2学时）：第一学时教师精讲动素三级分类——核心有效动素（伸手、握取、移物等）、辅助动素（寻找、选择、检查等）、消耗性动素（迟延、故延、休息等），强调后两类应成为改善靶心。学生分组使用手机慢动作功能（240fps）拍摄钢笔组装或USB接口插拔过程，逐帧分解动作并投射至大屏集体标注动素序列。使用自制动素分析表统计各类动素出现频次与耗时占比。第二学时导入动作经济原则十项金律，从人体运用、工作场所布置、工具设备设计三维度展开。各组针对前期拍摄作业，应用“合并动素、减少动素、简化动素”策略，使用乐高积木或3D打印件快速搭建改进后工装模型。教师从生物力学视角解释动作范围与能耗代谢当量关系。随即开展“1分钟螺钉装配挑战赛”，对比改善前后装配数量，以量化成果验证原则有效性。本环节难点在于识别隐性无效动素（如迟疑、停顿），需通过逐帧回放反复校准。【非常重要】【难点】

（3）课后拓学（0.4学时）：阅读人机工程学中Fitts定律在控制台布局中的应用，提交动作分析报告终版，须附改善前后对比视频链接或二维码。

（三）作业测定模块教学实施（8学时）

本模块突破定额制定技术壁垒，强调数据采集规范性与统计推断严谨性。【非常重要】【高频考点】【难点】

1.秒表时间研究教学实施（4学时）

（1）课前导学（0.5学时）：观看标准操作演示视频，预习剔除异常值三倍标准差法原理、西屋评定法四因素权重、宽放类别与行业标准宽放率。

（2）课中研学（3学时）：第一学时教师现场演示归零法与累计测时法差异，强调周程划分应避免主观截断。实验室实操环节——每组对标准化零件装配作业进行连续50次测时，使用数字式测时器记录。获取原始数据后，运用正态分布Q-Q图检验样本分布，剔除±3σ外异常点，计算平均操作时间。第二学时核心技能突破——作业评定。教师播放同一作业由不同熟练度、努力度操作者完成的四段视频，学生使用西屋评定法独立打分（熟练度、努力度、一致性、作业条件），随即与教师校准分值进行误差分析，反复校准直至绝对误差≤5%。第三学时宽放时间构成深度解析：私事宽放（固定3%-5%）、疲劳宽放（依据能量代谢率或主观疲劳评分）、延迟宽放（程序性等待与非程序性中断）、政策宽放。各组依据实测作业环境照度、干球温度、噪声级，运用日本能率协会疲劳宽放率经验公式计算个性化宽放系数，最终制定标准工时。利用Minitab软件进行单值移动极差图分析，识别测时数据中特殊原因变异。【难点】

（3）课后拓学（0.5学时）：发放新工序作业视频，学生独立完成全流程工时制定，提交含原始数据、评定记录、宽放计算、标准工时表的Excel工作簿。

2.预定时间标准法教学实施（2学时）

（1）课前导学（0.3学时）：预习MODAPTS基本模数1MOD=0.129秒的测定基础，阅读手指移动（M1）、手腕旋转（M2）、前臂动作（M3）等代码及同时动作时限规则。

（2）课中研学（1.2学时）：第一学时教师对比MTM-1与MODAPTS体系差异，突出模特排时法无需评定、直接合成的产业优势。播放键盘键帽装配高清微距视频，教师领放，学生同步使用MOD代码记录右手动作序列，累加模数并换算预测时间。引入误差检验机制——与前期秒表测时结果进行配对t检验，探究差异显著性来源（作业方法变异或测时系统误差）。第二学时挑战复合动作作业：内存条插装。该作业包含定位、插入、卡扣按压、视觉检查等复合动素，学生分组编码并进行组间交叉复核。教师发布工厂高精度MTM-UAS分析结果作为基准，各组对比准确度，优胜组解析复合动作编码归并策略。本环节强调PTS法在研发阶段预估工时、虚拟装配验证中的战略前置价值。【重要】

（3）课后拓学（0.5学时）：文献调研，列举三种不宜使用MODAPTS的作业类型（如极长周期作业、非重复性作业、高认知负荷作业），并撰写理由陈述。

3.工作抽样教学实施（2学时）

（1）课前导学（0.2学时）：预习工作抽样观测时刻表构造原理——随机数表法或等距抽样法，置信度与绝对精度、相对精度换算公式。

（2）课中研学（1.3学时）：第一学时教师讲解二项分布下样本量计算公式N=4P(1-P)/E²，学生分组编制Excel随机时刻发生器。第二学时现场实训：实验室中六名同学模拟“多能工”作业状态（包含加工、搬运、等待、辅助作业、短暂休息），每组使用分层抽样法，在20分钟内分散观测200个样本点，记录各状态频次。依据观测比率推算作业利用率与空闲率，并与通过全程录像获得的连续观测真值进行卡方拟合优度检验。嵌入经典案例——英国纺织工业协会织机利用率大规模抽样调查，阐释工作抽样在宽放率制定与管理浪费诊断中的独特优势。【一般】

（3）课后拓学（0.5学时）：为学院行政办公室设计工作抽样方案，要求明确分层定义、观测天数、每日观测频次、数据记录表及置信精度验算。

（四）设施规划与物流分析模块教学实施（6学时）

本模块以系统思维统领，与前期微观改善形成宏微贯通。【重要】【热点】

1.设施选址与SLP系统布置设计教学实施（4学时）

（1）课前导学（0.5学时）：预习SLP经典五阶段法，研读给定模拟案例的P（产品）、Q（产量）、R（工艺路线）、S（辅助部门）、T（时间）五要素原始资料。

（2）课中研学（3学时）：第一学时教师讲授设施选址重心法计算原理，演示借助Excel规划求解工具求解单设施选址最优坐标。第二至三学时核心攻坚战——SLP七步法全流程推演。步骤一：依据从至表划分物流强度等级（A、E、I、O、U）；步骤二：非物流关系评价（作业性质、管理便利、环境安全等）；步骤三：综合相互关系计算与加权；步骤四：绘制作业单位位置相关图（线型图法）；步骤五：依据面积需求生成面积相关图；步骤六：考虑修正因素（物料搬运模式、建筑特征、公用管线等）；步骤七：生成2-3个候选布置方案。各组使用AutoCAD软件模板，依据模拟零部件库房与机加工车间数据，完成从原始物流表到平面布置矢量图的全流程设计。教师机广播示范动态图块应用，巡回指导关系线交叉化解技巧。第四学时方案评价，引入AHP层次分析法软件，构建物流效率、空间利用率、扩展柔性、投资成本四维度成对比较矩阵，确定最优布置方案权重排序。教师延伸SLP在智能工厂规划中的变体——基于数字孪生的虚拟布局预演。【非常重要】【高频考点】

（3）课后拓学（0.5学时）：分析京东亚洲一号智能物流中心布局图，逆向推演其SLP逻辑，撰写300字分析评论。

2.系统搬运分析SHA教学实施（2学时）

（1）课前导学（0.2学时）：预习物料搬运方程式核心要素，理解搬运活性系数0-5分级体系。

（2）课中研学（1.3学时）：第一学时教师讲解SHA流程——物料分类、布置分析、搬运方案拟定。基于上节SLP输出方案，各组设计厂区内物料搬运路线，合理选型搬运设备（AGV、平衡重叉车、辊道输送机），计算搬运总量（吨·米）并折算单位物流成本。第二学时引入敏捷物流概念，使用乐高沙盘模拟动态配送场景。小组决策是否增设线边暂存区以削减搬运峰值冲击，教师运用排队论M/M/1模型简要解释暂存区设置与缓存成本的非线性关系。【重要】

（3）课后拓学（0.5学时）：调研校园快递驿站，实测搬运距离与活性系数，撰写物流微改善诊断报告。

（五）人因工程基础模块教学实施（2学时）

本模块以嵌入式短讲形式展开，不独立占章，重在与前述模块自然穿插。【一般】

课中研学（1.5学时）：教师以“为什么99百分位设计有时会失效”为问题锚，讲授人体测量数据应用原则——可调范围、平均人陷阱。使用手持式照度计分五组实测教室不同区域照度，对照GB50034-2013建筑照明设计标准判定合规性。介绍噪声计A计权网络使用，各小组在校园机房、食堂、图书馆等点位采集等效连续A声级Leq数据，实时上传至云端生成校园噪声热力图。简述作业环境色彩搭配孟塞尔体系，分析控制台背景色对视觉搜索绩效的影响实验。

课后拓学（0.5学时）：针对宿舍人体工效椅或书桌，提出符合人体测量学与作业姿势改善的改进方案草图，标注关键尺寸依据。

（六）生产系统建模与仿真模块教学实施（2学时）

本模块作为面向数字化工业工程的窗口，强调工具理性与系统思维交织。【重要】【新兴考点】

（1）课前导学（0.2学时）：观看Flexsim简易三工位流水线建模短视频，预习发生器到达间隔、处理器加工时间分布参数设置。

（2）课中研学（1.3学时）：第一学时教师演示发生器、暂存区、处理器、吸收器四大部件连接逻辑，设置正态分布加工时间N（20，3）秒。学生模仿构建三工位串联流水线模型，运行仿真并统计阻塞率与利用率。第二学时问题探究实验——第二工位故障频发（每加工5件故障1次，修复时间三角分布），如何通过增加工位前缓存容量提升系统产出率？各组设置缓冲区容量0、2、5、10四组实验，运行30次复现，收集平均队长、平均等待时间、产出率数据，绘制折线图分析边际效益递减拐点。引入“数智化IE”概念，简述仿真软件与数字孪生系统双向映射关系。【重要】

（3）课后拓学（0.5学时）：仿真挑战——为减速器机加工三工位线配置最优缓存容量，要求以吞吐量最大化为目标，提交仿真模型快照与实验分析表。

（七）综合课程设计教学实施（6学时）

本阶段为全课程能力聚合点，采用跨周PBL长周期项目。【非常重要】【综合热点】

项目情境：某初创企业拟新建蓝牙耳机装配线，年产能10万件，产线平衡率现低于65%，需从SLP总图规划、标准工时体系建立、仿真优化验证三方面完成集成设计方案。

第一周（2学时）：项目启动与数据采集。企业导师线上发布虚拟现实场景，各组通过云参访视频提取工艺路线、产能节拍、零部件清单等基础约束。项目经理组织WBS任务分解，使用Project软件绘制甘特图。第二周（2学时）：并行工程攻坚。设施组运用SLP方法完成总平面布置图及AGV路径规划；工时组运用MODAPTS法预定义各装配工位标准工时，识别瓶颈工位；仿真组在Flexsim中构建现状模型，校准加工时间分布参数。教师组织中期里程碑交叉评审，重点核查工时数据与仿真输入的一致性、物流关系与设备布局的匹配性。第三周（2学时）：方案整合与冲突消解。针对仿真运行暴露的线旁库存堆积问题，各组运用ECRS原则重新分配作业元素，迭代更新布置图与工时定额表。最终提交成果集：1.设施总平面布置图（DWG格式含图框标题栏）；2.标准工时汇总表（含MOD分析过程）；3.Flexsim仿真优化前后对比视频；4.项目经济性分析表（含改善投入与预期收益）。末学时举行投名状式路演，每组10分钟演示，接受跨组质询与教师辛辣点评。评价维度含技术深度（40%）、创新性（20%）、团队协作（20%）、可视化表达（20%）。

本项目强制要求每位成员撰写个人反思日志，聚焦于跨章节知识调用障碍、组内认知冲突化解、理论工具与工程约束调和等元认知层面。

五、教学评价与考核体系

实施全过程学业增值评价，终结性评价与形成性评价权重分配为35%：65%，突出能力本位。

（一）形成性评价（65%）

1.课前预习题与微课观看完成度（5%）：学习通自动统计，完成率低于85%需预警；【一般】

2.课中即时测评与互动贡献（15%）：含投票、抢答、随堂测验卷，AI助教实时赋分；【重要】

3.实验报告与课程设计（35%）：方法研究实验报告（10%）、作业测定实验报告（10%）、设施规划课程设计（15%），采用分项分析型量规，从数据真实可溯性、方法选用适配性、改善证据链完整性、工程图元规范性四档评定，杜绝模板化报告；【非常重要】

4.团队协作同伴互评（5%）：基于CATME团队测评系统，从贡献度、交互度、保持进度、质量四维度匿名互评；【重要】

5.在线论坛学术贡献度（5%）：有效发帖、资源分享、互助答疑，教师按钻石/黄金/白银星级赋分。【一般】

（二）终结性评价（35%）

期末闭卷考试（35%）：【非常重要】【高频考点】试卷结构化设计如下：

6.客观题部分（10%）：单项选择题20题，涵盖IE发展史、术语定义、原则判别，要求覆盖面广、辨识度高。

7.主观题部分（25%）：必考题组——（1）秒表测时综合题：提供15组原始测时数据及评定系数，要求计算标准工时并绘制控制图；（2）MODAPTS编码题：给定作业分解视频截图，完成模特排时法编码及工时计算；（3）SLP计算题：依据物流从至表与作业单位关系表，计算综合相互关系并绘制位置相关图草图；（4）案例分析题：呈现某机械加工车间实景图文，综合运用程序分析、作业测定、设施规划知识，提出系统性改善方案，要求论点结构化、论据量化、草图规范。

六、教学