基于《染整设备》ERP沙盘模式教学研究与实践

殷允杰，王潮霞，陈坤林

(江南大学纺织服装学院，江苏无锡 214122)

基于《染整设备》ERP沙盘模式教学研究与实践

殷允杰，王潮霞，陈坤林

(江南大学纺织服装学院，江苏无锡 214122)

《染整设备》是轻化(染整)工程专业的核心课程。针对《染整设备》教学中存在的课程教学重理论分析、轻实践操作，枯燥乏味的课程教学模式对学生完全没有吸引力等问题，将各部分设备按照典型的工艺生产过程分解为若干独立或递进的教学专题，系统性重组教学内容，并以教学专题为基本教学单元来彰显染整生产过程要素且建立在线沙盘模块。通过将染整设备通用单元引入到沙盘ERP中构建基于ERP仿真体系，拟构建跨专业综合实训平台。通过设立虚拟工艺线或生产车间，搭建仿真化沙盘式跨专业综合实训平台，提高学生染整理论与实践相结合的思维能力及设备流程系统开发能力的培养。

轻化工程专业 染整设备 ERP沙盘模式 仿真实践 教学改革

0 研究背景

《染整设备》是染整(轻化)工程专业的核心课程，课程的主要教学目的在于通过本课程的学习，增强学生对专业知识的掌握，拓宽学生染整工程的知识面，为今后从事纺织品染整加工及相关行业奠定良好的专业基础[1]。该课程为专业核心课，涉及多门专业基础课程，先行课程包括：纤维物理与化学、练漂、染色及印花等相关课程。通过本课程的学习，要求学生熟悉棉及棉型机织物、针织物的染整加工设备原理、结构及工艺参数，掌握丝织物、毛织物染整加工设备组成[2]。因此，《染整设备》是染整专业学生必须掌握并能充分运用的课程之一，也是教师授课中的重要课程之一。然而，就目前来看，该课程在教学方式上仍存在不足，在教材内容设置上也存在缺陷，实践教学条件也不够充分。针对这一缺点，需要突破教材落脚于生产，在原有的学科系统性结构基础上进行改造，将各部分设备按照典型的工艺生产过程分解为若干独立或递进的教学专题，系统性重组教学内容，并以教学专题为基本教学单元来彰显染整生产过程要素且建立在线沙盘模块，通过仿真选择的方式，根据工艺自主选定单元设备，组织染整设备，在此基础上完成对各单元机特点和作用的学习。以染整加工教学模式为基础，通过掌握设备的基本操作流程并调动学生的学习兴趣来增加学生对专业技术课程的学习渴望。通过将沙盘仿真与校外实践相结合，增强大学生所欠缺的实践与创新能力，培养具有较强的科学研究能力和创新意识的高素质轻化工人才。

1 《染整设备》课程存在问题

学生通过《染整设备》课程的学习，要了解各类装置、通用单元机及专用设备的基本概念，并且掌握分类、结构组成、作用、工作原理以及操作步骤等，目的是为选择准确的设备及组合并且可以对设备原因造成的产品质量问题找出解决方法，但在实际的教学过程中存在以下问题。

1.1 教学方式上存在的不足

针对多数染整专业课程的强理论性，在很多纺织院校一直沿用的模式是课堂讲解为主。相比于其它专业课程，《染整设备》课程的特点为更注重工艺理论与生产实践的结合。重理论分析、轻实践操作，是一直以来该课程的教学模式。这种教学模式枯燥乏味，对学生完全没有吸引力，因为没有学习动力和学习方向，他们很快会出现厌学情绪，理解力和空间想象力较低的学生甚至一些基本的理论知识也无法理解，似懂非懂的学习状态会让他们深感困惑。特别是课程中涉及大量染整设备构造和工作原理的知识，要求学生不但熟悉染整工艺，而且需有一定的机械基础知识和空间想像力，否则对课程内容理解较困难。例如在通用装置章节中，由于在教材上无法展示扩幅过程，教师在进行螺纹扩幅辊原理讲解中反复进行原理的讲述，学生对布面纬向张力的变化规律的理解还是会有些困难，最终只能死记硬背地应付考试。

1.2 教材内容设置上的缺陷

由于染整专业课教材中的知识多年没有更新，其中很多内容已经是十年前的内容，染整技术的发展以及市场产品结构的变化导致教材中的内容已经落后于实际生产，有些甚至已经被淘汰。目前，鉴于产业结构的变化，人们的视线当中逐渐有了小批量、多品种、细分工的染整产品，加工对象已经扩大到散纤维、纱线、绒线、针织物、毛织物、化纤织物和成衣等。对于纱线染整加工，很多《染整设备》教材只是简单的介绍筒纱与绞纱的练染设备，并未涉及纱线丝光设备和烧毛设备，但是在实际生产中，这些设备与高附加值的加工工艺已经广泛应用。由于传统的教学模式以及实物图片和动态演示的缺失，学生在学习这些新知识时会感觉空洞无趣，很难达到理想教学效果。

1.3 实践教学条件的缺乏

《染整设备》的实践性很强，其中染整工艺实施的关键是设备，而学生对染整设备的学习仅来源于几次的工厂参观，缺乏实际生产经验，难以将理论和实际生产结合起来，出现了教学内容与实际生产脱节的现象。另外，由于参观和实习无法直接给设备公司带来最直接的利益，实习得不到厂房的直接支持。因此，目前影响教学质量的主要因素为实践教学，尤其是理论与实际结合的缺失。《染整设备》的教学模式必须要进行改革，需要进行认真探索和认真研究才可以达到如期效果。逐渐将ERP沙盘模式引入《染整设备》教学中，开始遵循职业教育规律。沙盘最初起源于军事领域。沙盘的雏形是由沙土或其他材质做的地形模型，军事指挥员常用沙盘在战争年代研究地形和敌情并进一步分析作战方案，现在经管、企管等管理类专业借鉴沙盘概念，利用EPR沙盘教学模式来提高学生的主动性和互动性。ERP沙盘教学模式是注重体验式的互动教学，可以让学生在学习过程中参与模拟企业的工艺设计、产能分析、设备配置，给学生真实的体验并在一定程度上提高学生实践分析和经营管理方面的素质和能力。

2 《染整设备》ERP沙盘教学模式

根据染整设备企业模块式的设备流程特点，引入ERP沙盘的基本原理和操作特点，形成了批判式地继承、修正和调整形似实战教学模式的《染整设备》ERP沙盘。“沙盘”教学模式的重点是增加学生的染整设备仿真组件单元及相关课程的实践经验。《染整设备》课程的最终教学目标是培养学生认识并了解各单元机特点和作用，并能根据需求设计及组件完整染整工艺流程的能力。因此，教学内容按照真实生产流程和学生简单到复杂、单一到综合的认识基本规律进行系统性安排，并建立在线沙盘模块，通过仿真选择的方式，根据工艺自主选定单元设备，组织染整设备，在此基础上完成对各单元机特点和作用的学习。

图1 《染整设备》课程ERP教学模式

《染整设备》课程的教学目标是培养学生在实际企业中借助染整设备从事纺织品染整工艺加工。染整设备由很多通用单元机组成，各单元机特点鲜明，而且中间涉及产能、产率、质量、能耗、人员、空间等因素，与企管类课程沙盘模式中的各要素基本类同。因此，“沙盘”原理在《染整设备》课程中的建设以及ERP教学模式可以让学生通过仿真实践，在项目的可行性研究、产品类型、功能设计以及定员等方面进行研究、设计及开发的实战，提高自己对相关知识的掌握程度和实践能力，加深对课程中主要单元机特点与作用的理解，在一定程度上可以提高学生在工作中的实践能力和就业优势(图1)。

根据《染整设备》课程的教学现状，结合目前染整工艺中的实际情况，根据需求设计及组件完整染整工艺流程的能力。教学内容按照真实生产流程和学生简单到复杂、单一到综合的认识基本规律进行系统性安排，将典型的工艺生产流程中使用到的设备分解为递进的若干教学专题，以此突出染整生产的要素(包括工作对象、工作内容、工作流程等)，并建立在线沙盘模块，通过仿真选择的方式，根据工艺自主选定单元设备，组织染整设备，在此基础上完成对各单元机特点和作用的学习。

2.1 从染整工艺入手，设备内容专题化

纺织品的染整加工过程，染整设备是工具，染整工艺是灵魂。纺织品染整前，要根据染整的最终产品特点确定好最佳的染整工艺，而工艺确定好后才能选用合适的染整工艺设备。《染整设备》课程讲解内容比较抽象，较偏向于工程机械方面，要求学生有一定的空间想象能力。课堂的教学主要要求的是基本概念、基本原理，缺乏生产实践经验，即使学生有生产实习也难以在短暂的实践活动中留下深刻印象。除此之外，每个章节的内容既独立又具有紧密的联系。课程体系主要分为通用装置(仅构成染整设备，不能单独用于染整加工，需组合成单元机才能正常运转)、通用单元机以及专用设备三部分。这就要求课程教学时需要有清晰的主线、前后的逻辑关系来帮助掌握设备的应用学习。

在此基础上，课程教授时可以从染整工艺入手，将染整设备以专题化内容进行讲解。比如在讲解通用设备和通用单元机之前，可以先结合染整工艺，让学生自行设计织物需要经过的设备。然后结合设计，一步一步的指出织物加工时存在的问题，然后让学生自己添加合适的设备，在添加的同时讲解所用到设备的分类及特点。通过一次讲解后，整条工艺所用到的设备就能了解清楚。将整门课程分成多个专题，重要内容多次讲解后，学生的记忆深度会加深，而且有利于学生将设备与染整工艺相结合，减少对所学知识的遗忘，对于形成整个染整知识体系有益。例如，在进行“洗涤”介绍的时候，引入日常生活中的洗衣服，并从“如何快速、高效、省水地将衣服洗干净”这些问题出发，引导学生思考并进行讨论洗涤效率，可以通过激发学生的学习兴趣使课堂变得更为有趣。

2.2 从染整特点出发，设备单元研究综合化

只有将已经学到的专业知识有机地串联起来才可能做到课程内容与所学知识的紧密结合，这一点要求授课老师具有扎实的专业基础，并且全面地掌握知识系统。在讲解过程中，基于单元机的不同分类和不同特点，可结合染整工艺中各种织物的加工要求和特点，进行综合化讲解。教学过程当中，为了提高学生的学习兴趣和求知欲，需要将枯燥死板的设备类型、结构组成及工作原理与日常生活相结合来类比学习。比如，将烘筒烘燥机、热风烘燥机、红外线烘燥机的传热原理及应用特点与电熨斗、电吹风和微波炉等家用电器相结合，各类净洗设备的洗涤效果的提高来借鉴家用双桶洗衣机、波轮洗衣机和滚筒洗衣机等。但是鉴于这些家用电器并不是出现在所有的学生家庭中，老师可以在课前布置学生进行这些家用电器的了解等。结合染色后、水洗后等工艺过程，在授课时指出各个工艺的特点，让学生了解织物轧染后为什么要先用红外线烘燥机烘干，只有这样学生才能真正理解设备的真正内涵。

作为染整加工对象的纺织材料，具有多种多样的特点造成相应的加工设备繁多各成体系。而对于麻、毛、化纤等材料，针织物、散纤维、纱线和条子等形态以及绳状等多元化加工方式则穿插在主线中进行教学，授课教师通过以点带面、去粗取精的共性问题，在有限的教学时间内将各种设备的共性问题进行讲解并谈深讲透。授课主线为棉型机织物的平幅式加工，而与此同时，将单元机在每条工艺中的特点进行分析，通过提出一些染整问题，让学生自行选择单元机，完善整个工艺。

2.3 建立在线仿真体系，设备学习沙盘化

在染整专题化和综合化基础上，将各通用单元机和通用设备模型化，根据各设备特点在线设计虚拟模型，开发在线仿真体系。“沙盘”教学模型的探索目前主要分为以下三个层次：(1)设备单元机的仿真化。借助各种设计软件，在线设计设备模型，并根据各模型特点赋予不同仿真设备不同的性能设计。(2)跨专业“沙盘”式综合实训平台的构建。通过设置虚拟工艺线或者生产车间来扩大上一层“沙盘”设计范畴，并通过软件项目组、市场组和运作维修组的合作来增加新角色体验真实生产线的运作。(3)完善“沙盘”模型的性能评价、考核和认证体系。根据学生对染整工艺所选的工艺设备生产线，评估生产线性能，通过此性能评价让学生了解每种设备的性能特点。在沙盘设计时可根据各章节内容重要性及课时数，对各设备特点进行细化。

借助各种设计软件，在线设计设备模型，并根据各模型特点赋予不同仿真设备不同的性能设计。比如染整设备中经常用到的导布辊，通过仿真化设计，在沙盘中设计不同特点的导布辊单元，并设计出可视化结构，清晰指出各组件的特点。跨专业“沙盘”式综合实训平台的构建，通过设置虚拟工艺线或者生产车间来扩大上一层“沙盘”设计范畴并通过软件项目组、市场组和运作维修组的合作来增加新角色体验真实生产线的运作。根据学生对染整工艺所选的工艺设备生产线，评估生产线性能，通过此性能评价让学生了解每种设备的性能特点。在沙盘设计时可根据各章节内容的重要性及课时数，对各设备特点进行细化。

2.4 借助实践平台，加快仿真与实践的结合

为了加深学生的感性认知，授课计划将理论知识和实际生产紧密结合，需要进一步实际操作的内容安排至现场教学，以此来弥补学生无法亲临现场的缺陷。亲自体验，这一举措可以有事半功倍的效果。仿真教学，又被称为“实践性仿真”，是独立于传统实验教学的方式。该模式主要是可以使学生处于十分接近实践环境的条件下进行综合性的实战操作。可以将ERP模式与工厂实践相结合，理论联系实际。鉴于该课程枯燥无味的特点，在课堂中引入实物、模型进行演示授课，可以达到事半功倍的效果。在课堂内容涉及到热定型机时，将学生带入生产现场参观学习，在短短的20分钟教学时间内，教师们通过机械实物进行讲解热源、烘房、链条传动及针板部件，学生可以了解到热定型机的组成、结构和工作原理等知识且印象深刻。例如当学生看了四辊整纬器的实物运动后，其本来很难用语言描述清楚的工作原理也能很容易将其具体阐述清楚，并且犹如醍醐灌顶般了解清楚。

3 结语

按照工学结合模式，这一门课程的学习中增加了设备的操作训练，主要包括项目任务的训练和综合训练。而学生可以通过 操作训练了解安全操作规则，加深对设备的认识并掌握设备操作的基本流程。同时，这一项目的增设，让理论知识和实践充分结合起来，进一步调动了学生的学习积极性。现场教学也需要根据具体的课程选择合适的工厂，且进行提前布置问题以带动学生的思考，让学生带着问题进行参观学习，这样可以更为有效的将理论知识和实际生产进一步结合。这样的措施可以使学生认识到该课程在实际生产中的重要性，且可以让学生了解到设备在实际生产中的具体应用。

[1] 王平. 染整设备课程CAI课件教学浅谈[J].纺织教育,2006(4):37-39.

[2] 高晓红. 染整工艺设备课程教学改革与实践[J].纺织科技进展,2012(5):66-67.

[3] 段恋. 染整设备课程教学改革的研究与实践[J].科技资讯,2008(18):241.

2017-03-26

江南大学本科教学改革研究项目(JG2015044)，学位与研究生教育教学改革课题(C-2015Y0201-098)，江南大学研究生教育教学改革研究与实践课题。

殷允杰(1983-)，男，博士，副教授，研究方向：智能纺织化学品开发。

G642

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1008-5580(2017)03-0260-04