CN103942980A - 一种培训复杂产品专业人才的教学系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向航天器、飞行器、舰船、车辆等复杂产品的专业人才教学系统，目的在于提高了设计师培养的针对性、有效性和入职以后的工作适应能力，同时有助于企业文化的养成、优秀人才的甄别。本发明的解决方案是：基于并行工程技术、多学科协同技术、信息工程技术和项目管理技术，搭建出虚拟设计的软硬件教学平台；然后采用理论与实践相结合的案例场景教学方式，实现基于流程驱动、信息自动推送、多学科设计团队协同的数字化设计与仿真，最后通过多角色虚拟项目教学，使学员体验、掌握航天器主要设计流程和先进设计理念，从而全面提升其知识技能水平和综合素质。

Description

一种培训复杂产品专业人才的教学系统

技术领域

本发明属于教育培训和人力资源开发领域，特别涉及一种面向航天器、飞行器、舰船、车辆等复杂产品的专业人才教学系统，将案例教学与沙盘推演技术应用于教学，适用于企业员工和客户的培训、专业技术转让等服务。

背景技术

复杂产品系统(简称CoPS，全称为Complex Product Systems)是指研发成本高、规模大、技术含量高、单件或小批量定制化、集成度高的大型产品、系统或基础设施。它包括航空航天系统、大型通讯系统、大型船只、电力网络控制系统、告诉列车、大型武器装备等，与现代工业休戚相关，直接影响到一个国家的综合国力和核心竞争力。

由于复杂产品系统的研制和理论探讨是比较新兴的研究和应用热点，并没有统一的定论。其中一种比较有代表性、广为接受的说法为：客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造流程复杂、试验维护复杂、项目管理复杂、工作环境复杂的一类产品，如航天器、飞机、汽车、船舶等。

目前的员工和客户的专业技术培训，主要有课堂讲授、现场参观、拓展训练等形式。

从培训内容上看，课堂讲授形式较为侧重理论知识，以授课教师在讲台面向学员进行一对多的单向讲授，适于前人已经精细的归纳整理的显性知识；现场参观侧重增强学员的感性知识，对事物的深层认知不够；拓展训练则是侧重群体意识、协作模式、突破自我极限等社会习性、团队文化的一般培养，与企业的自身文化存在着一定程度的脱节。

培训效果上来看，学员在课堂授课和现场参观模式中均较为被动，其积极性被没有被充分激发；拓展训练对企业文化的针对性不强。

案例教学(Case Method)是由美国哈佛法学院前院长克里斯托弗.哥伦布.朗代尔(C.C.Langdell)于1870年首创，后经哈佛企管研究所所长郑汉姆(W.B.Doham)推广，并从美国迅速传播到世界许多地方，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。案例教学是一种通过模拟或者重现现实生活中的一些场景，让学生把自己纳入案例场景，通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法，主要用在管理学、法学等学科，现在也广泛应用于临床医学教学中。教学中既可以通过分析、比较，研究各种各样的成功的和失败的管理经验，从中抽象出某些一般性的管理结论或管理原理，也可以让学生通过自己的思考或者他人的思考来拓宽自己的视野，从而丰富自己的知识。

企业沙盘模拟培训源自西方军事上的战争沙盘模拟推演。战争沙盘模拟推演通过红、蓝两军在战场上的对抗与较量，发现双方战略战术上存在的问题，提高指挥员的作战能力。英、美知名商学院和管理咨询机构很快意识到这种方法同样适合企业对中、高层经理的培养和锻炼，随即对军事沙盘模拟推演进行广泛的借鉴与研究，最终开发出了企业沙盘实战模拟培训这一新型现代培训模式。沙盘模拟培训特有的互动性、趣味性、竞争性特点，能够最大限度的调动学员的学习兴趣，使学员在培训中处于高度兴奋状态，充分运用听、说、学、做、改等一系列学习手段，开启一切可以调动的感官功能，对所学内容形成深度记忆，并能够将学到的管理思路和方法在实际工作中很快实践与运用。在沙盘模拟培训中学员得到的不再是空洞乏味的概念、理论，而是极其宝贵的实践经验和深层次的领会与感悟。沙盘模拟演练课程是欧、美工商管理硕士的核心课程之一。欧、美、日等发达国家的众多大中型企业将其作为中高层的常设必修课程，目前，沙盘模拟培训已风靡全球，成为世界500强企业中高层管理人员经营管理能力培训的首选课程。

但是上述案例教学和企业沙盘模拟均从未与工程教育领域进行直接结合，本发明首次将其应用于大型复杂产品的工程教育和高级专门人才的培养，特别涉及到一套的培训工具和方法、模版。由于航天工业与航空、船舶、车辆、能源等领域有着诸多的相似点，这种已经被实践证明了的教学系统和人才培养模式具有很大的推广价值。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种航天器、飞机、舰船等复杂产品的专业人才的教学系统，提高了设计师培养的针对性、有效性和入职以后的工作适应能力，同时有助于企业文化的养成、优秀人才的甄别。

本发明的解决方案是：基于并行工程技术、多学科协同技术、信息工程技术和项目管理技术，搭建出虚拟设计的软硬件教学平台；然后采用理论与实践相结合的案例场景教学方式，实现基于流程驱动、信息自动推送、多学科设计团队协同的数字化设计与仿真，最后通过多角色虚拟项目教学，使学员体验、掌握航天器主要设计流程和先进设计理念，从而全面提升其知识技能水平和综合素质。

该教学系统包括软硬件平台、案例库、业务流程模拟器三部分组成，所述的软硬件平台包括硬件和软件，其中硬件部分主要为教学提供服务器、PC客户机、教师专用机等计算机类产品，路由器、防火墙、交换机等网络硬件，还有投影系统、音频系统、远程视频系统等，以及数控加工中心、快速成型加工中心等教学专用的制造终端，还有空调、消防、建筑等常规基础建设部分。软件系统主要包括机械、电子、光学、热学、磁场、流体等各个学科相关的专业软件，以及办公、操作系统、病毒防护等基础软件。所述的案例库，通常为存储着各种专业软件的设计、分析和仿真模型，以及各类设计报告、图档等碎片式参考资料。所述业务逻辑封装模块的核心则是一套工作流程，以上述的软硬件平台为依托，驱动学员将案例库中的经典需求，加工成为一套合格的设计方案或解决方案。

硬件平台的建筑布局通常包括协同工作区、个人工作区、服务器区、休息讨论区，其中协同工作区是整个硬件平台最核心的部分，采纳了并行工程(Concurrent Engineering)的理念，为了达到充分沟通的效果，为每个专业学科设置一台计算机，配置与该专业相关的所有软件。整个协同工作区的布局如图3所示，包括3套以上的投影系统，每个投影系统都有自己的投影仪和投影幕布。为了控制各个屏幕的切换，并将各台计算机的信息展示在投影系统上，还要配置专门的矩阵式投影切换，负责将N台计算机的显示信息输出到m个投影系统上。为了保障设计信息的充分共享，协同工作区、个人工作区和服务器区都通过光纤网络组成一个共享局域网。音频系统保证每个参与协同设计的学员都能方便快捷地发言讨论。远程视频系统能使异地的学员或教师按照预先约定的时间，参与到设计讨论交流中来。

在集同工作环境中，配置音频放大系统、视频投影系统、音视频切换矩阵和频道式广播系统，其特征在于，所述视频投影系统包括左、中、右三块投影幕布及其各自对应的投影仪器，且左中右三个显示屏呈一定角度(0～15度)沿弧形排列，其作用在于便于学员进行协调和比对；所述音频放大系统包括每个固定座位上均配置一个扩音话筒，能使房间内每个人都能听到其发言；所述音视频切换矩阵，能够在不同音频源、视频源之间进行切换，控制会议讨论的主题和内容；频道式广播系统，按照网络IP设置自动对本网段内设置为同一频道上的计算机，进行显示视频的同步广播。

该教学系统用于航天器、飞行器、舰船等复杂产品的专业人才的虚拟设计培训，所述的虚拟设计培训可以分为三个阶段，先是课堂授课(称之为A阶段)，然后是基本技能强化(B阶段)，最后是项目实践(C阶段)。由于虚拟设计教学案例开发的复杂性，对于首次进行虚拟设计教学的单位，需要在培训开始之前组织专家力量进行前期的周密策划和教学准备，这需要有比较完善的案例库为支撑。

所述的案例库，通常为存储着各种专业软件的设计、分析和仿真模型，以及各类设计报告、图档等碎片式参考资料；为了充分利用案例库信息，需要提前编制一个索引，每个索引项包括关键词、格式、存放路径等信息。在教学的过程中，分批、有序地开放给学员，为整个培训起到支撑作用。对于专用格式的设计数据，可以根据其特点借用专门软件进行管理。例如，对于计算机辅助三维设计(CAD)等几何模型，可以采用专用的产品数据管理(PDM)软件进行存储和管理；对于正式报告，可以采用AVIDM等设计文档管理系统进行管理。最终形成一个比较完善的，存放有各类设计信息的可重复使用的案例库。

所述的业务流程模拟器，通常为一套业务驱动流程，或者一个流程化的软件系统，该流程较为逼真地模拟出了复杂产品的关键设计环节、场景和特点。由于复杂产品的自身特点，可以采取分模块、分层次建模的思路，建立业务流程体系。该体系涵盖人员组织分工、设计阶段、质量管理要求、协作形式等各个方面。让学员可以模拟再现实际的工作场景，并从中体验复杂产品专业设计的技能和要求，并积累实际工作经验。将学员易犯的各种错误提前暴露出来，从而可以为企业避免更大的损失。

附图说明

图1培训复杂工业产品专业人才的教学系统组成要素；

图2神舟学院的网络化硬件服务体系；

图3基于并行工程的集同工作环境布局；

图4卫星设计模型案例库；

图5卫星业务流程模拟器。

具体实施方式

该教学系统包括软硬件平台、案例库、业务流程模拟器三部分组成，如图1所示。所述的软硬件平台包括硬件和软件，其中硬件部分主要为教学提供服务器、PC客户机、教师专用机等计算机类产品，路由器、防火墙、交换机等网络硬件，还有投影系统、音频系统、远程视频系统等，以及数控加工中心、快速成型加工中心等教学专用的制造终端，还有空调、消防、建筑等常规基础建设部分。软件系统主要包括机械、电子、光学、热学、磁场、流体等各个学科相关的专业软件，以及办公、操作系统、病毒防护等基础软件。所述的案例库，通常为存储着各种专业软件的设计、分析和仿真模型，以及各类设计报告、图档等碎片式参考资料。所述业务逻辑封装模块的核心则是一套工作流程，以上述的软硬件平台为依托，驱动学员将案例库中的经典需求，加工成为一套合格的设计方案或解决方案。

硬件平台的建筑布局通常包括协同工作区、个人工作区、服务器区、休息讨论区，如图2所示。其中协同工作区是整个硬件平台最核心的部分，采纳了并行工程(Concurrent Engineering)的理念，为了达到充分沟通的效果，为每个专业学科设置一台计算机，配置与该专业相关的所有软件。整个协同工作区的布局如图3所示，包括3套以上的投影系统，每个投影系统都有自己的投影仪和投影幕布。为了控制各个屏幕的切换，并将各台计算机的信息展示在投影系统上，还要配置专门的矩阵式投影切换，负责将N台计算机的显示信息输出到m个投影系统上。为了保障设计信息的充分共享，协同工作区、个人工作区和服务器区都通过光纤网络组成一个共享局域网。音频系统保证每个参与协同设计的学员都能方便快捷地发言讨论。远程视频系统能使异地的学员或教师按照预先约定的时间，参与到设计讨论交流中来。

在集同工作环境中，配置音频放大系统、视频投影系统、音视频切换矩阵和频道式广播系统，所述视频投影系统包括左、中、右三块投影幕布及其各自对应的投影仪器，且左中右三个显示屏呈一定角度(0～15度)沿弧形排列，其作用在于便于学员进行协调和比对；所述音频放大系统包括每个固定座位上均配置一个扩音话筒，能使房间内每个人都能听到其发言；所述音视频切换矩阵，能够在不同音频源、视频源之间进行切换，控制会议讨论的主题和内容；频道式广播系统，按照网络IP设置自动对本网段内设置为同一频道上的计算机，进行显示视频的同步广播。

该教学系统用于航天器、飞行器、舰船等复杂产品的专业人才的虚拟设计培训，所述的虚拟设计培训可以分为三个阶段，先是课堂授课(称之为A阶段)，然后是基本技能强化(B阶段)，最后是项目实践(C阶段)。由于虚拟设计教学案例开发的复杂性，对于首次进行虚拟设计教学的单位，需要在培训开始之前组织专家力量进行前期的周密策划和教学准备，这需要有比较完善的案例库为支撑。

所述的案例库，通常为存储着各种专业软件的设计、分析和仿真模型(如图4所示)，以及各类设计报告、图档等碎片式参考资料；为了充分利用案例库信息，需要提前编制一个索引，每个索引项包括关键词、格式、存放路径等信息。在教学的过程中，分批、有序地开放给学员，为整个培训起到支撑作用。对于专用格式的设计数据，可以根据其特点借用专门软件进行管理。例如，对于计算机辅助三维设计(CAD)等几何模型，可以采用专用的产品数据管理(PDM)软件进行存储和管理；对于正式报告，可以采用AVIDM等设计文档管理系统进行管理。最终形成一个比较完善的，存放有各类设计信息的可重复使用的案例库。

所述的业务流程模拟器，通常为一套业务驱动流程，或者一个流程化的软件系统，如图5所示。该流程较为逼真地模拟出了复杂产品的关键设计环节、场景和特点。由于复杂产品的自身特点，可以采取分模块、分层次建模的思路，建立业务流程体系。该体系涵盖人员组织分工、设计阶段、质量管理要求、协作形式等各个方面。让学员可以模拟再现实际的工作场景，并从中体验复杂产品专业设计的技能和要求，并积累实际工作经验。将学员易犯的各种错误提前暴露出来，从而可以为企业避免更大的损失。

Claims (5)

1.一种培训复杂产品专业人才的教学系统，其特征在于，该教学系统包括软硬件平台、案例库、业务流程模拟器；

所述软硬件平台的硬件部分包括计算机类产品、网络硬件、多媒体产品、制造终端，所述的计算机类产品包括教学服务器、PC客户机、教师专用机，所述的网络硬件包括路由器、防火墙、交换机；所述的多媒体产品包括投影系统、音频系统、远程视频系统，所述的制造终端包括数控加工中心、快速成型加工中心；所述软硬件平台的软件部分包括专业软件和基础软件，所述的专业软件包括机械、电子、光学、热学、磁场、流体多个学科相关的专业软件，所述的基础软件包括办公软件、操作系统、病毒防护；

所述的案例库，通常为存储着各种专业软件的设计、分析和仿真模型，以及各类设计报告、图档等碎片式参考资料；

所述业务流程模拟器是一套工作流程，其以上述的软硬件平台为依托，驱动培训学员将案例库中的经典需求加工成为一套合格的设计方案或解决方案。

2.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述软硬件平台的硬件部分建筑布局包括协同工作区、个人工作区、服务器区、休息讨论区，所述协同工作区为每个专业学科设置一台计算机，配置与该专业相关的所有软件，所述协同工作区包括3套以上的投影系统，每个投影系统都有自己的投影仪和投影幕布，为了控制各个屏幕的切换，并将各台计算机的信息展示在投影系统上，还要配置专门的矩阵式投影切换，负责将N台计算机的显示信息输出到m个投影系统上；所述个人工作区为每个学员提供一个日常办公和学习的个人计算机，配备各种办公通用软件和相关的设计仿真专业软件；所述服务器区包括若干台服务器，以提供网络应用、许可证授权、文件交换、数据库等公共服务，为了保障数据的共享和安全，还要配置路由器、交换机、防火墙(FireWall)、不间断电源(UPS)等基础硬件；如果涉及到异地协同教学，还要开设虚拟专用网络(VPN)，实现教学资源、视频、音频的同步；所述休息服务区为学员提供休闲服务，方便学员进行休息和交流。

3.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，为了充分利用所述案例库信息，需要提前编制一个索引，每个索引项包括关键词、格式、存放路径等信息，在教学的过程中，分批、有序地开放给学员，为整个培训起到支撑作用，对于专用格式的设计数据，可以根据其特点借用专门软件进行管理。

4.根据权利要求1所述的教学系统，其特征在于，所述的业务流程模拟器逼真地模拟出了复杂产品的关键设计环节、场景和特点，涵盖人员组织分工、设计阶段、质量管理要求、协作形式等各个方面。

5.根据权利要求3所述的教学系统，其特征在于，对于CAD几何模型，可以采用专用的PDM软件进行存储和管理；对于正式报告，可以采用AVIDM等设计文档管理系统进行管理。