序言

欢迎各位选修“工业系统沙盘”案例。为了更充分地利用mediawiki的功能，可以参考使用说明。关于格式，请参考格式页面。

本单元涉及到的常见工业系统中的元素，为iCenter中的常见机床设备等。

简介

智能制造系统沙盘案例，为2016年清华大学开设的工业系统基础课程中的案例实践环节之一。在本单元中，学生将结合一套互动式的微缩制造系统，进行组件搭建、系统架构设计与验证、系统分析与论证等。利用沙盘所提供机电套件，学生可以搭建一系列典型的制造系统模块，如机械臂、传送带、货架、自动循线小车等。利用超声波定位技术，系统还能将组件信息实时反馈在沙盘桌面显示屏上。制造系统沙盘不仅可以帮助学生认识工业系统的基本组成及其间的关系，更为设计未来制造系统提供了一个全新的交互模式，为探讨下一代制造系统的形态提供了实践平台。

历年课程亮点

2018-秋

模块1：供应链系统沙盘

陈睿雨（英72）：今晚通过啤酒游戏，我对于市场需求的变动对供应链所造成的影响有了直观的感受。虽然利润最大化的目标看起来很单纯明确，但是实践和想象总会因为各种不可控因素而相距甚远。但总体而言我觉得哪怕在信息不对等的情况下也应该保持冷静理智，从而降低产生“牛鞭效应”的机会。
朱虹旭（新闻72）：通过今天的学习，让我感受到工程的奥秘和作用机理。随后的沙盘游戏设计精密，环节紧密，老师的讲解和提点鞭辟入里。让我们充分认识和了解沙盘游戏的精髓和魅力。
赵安晴（社科73）：供应链沙盘让我真真切切感受到了一个商业链条的复杂，在消息不流动和不能了解他人想法的情况下，我的选择是尽量理性，但由于没有记住缺货比库存成本高的规则，导致全组成本较高。在实践氛围下体验博弈是一次有趣的经历。
孙雯岚（社科74）：第一次以这样的方式上课感觉比普通的上课方式要轻松有趣得多和同学间虽然一开始不认识但仅仅是一轮游戏就已经很快熟悉并分享自己的意见大家不仅在一起玩得很开心也通过游戏这样的方式学习到了很多不同的知识感觉很有意思！
丘铱可（力8）：现代工业早就脱离自给自足的小作坊的生产模式，而已然走向全球化。往往最著名的公司要么是通过垄断的方式控制产品供应，要么是通过高端设计整合技术。不论何种，研究物流与产业链供应是必须的。与啤酒游戏苦战的两个小时让牛鞭效应因为我们零售商的一次决策失误而如期到来。最后将结果展示的时候我们才发现最保守的未必能少赔，而保持整体稳定的最佳策略便是整体所有人都同意的一种提前制定的规则，并且关注提前预测。这种相互协作，减少延时的思想是十分重要的收获。
孙熙辰（力8）：一、每级经销商从决策进货量到销售，会有两个时间单位的延迟。因此在库存量符合下两次订单预期时，决策应以两个时间单位后的行情为依据。二、预判消费者需求量基本稳定时，进货量应为订单预期加上一个修正项，若订单预期大于需求量预期修正量为负，反之为正，其大小初步估计约为需求量预期的五分之一。三、考虑到同量库存成本小于欠单成本，进货量可在上述基础上酌情加上一至二。四、上述原则只有在每一级经销商都遵从时才表现其优势，若其他经销商存在较多不理性因素，基于库存的进货方式更具优势。一点感受：1.缩短销售链2.从源头把控消费者需求，但需计算直接需求的时间差3.计划经济好！
龙程一（力8）：其实很多事从理论到了实践都会给人很大的震撼感。一名理科生也许会知道蝴蝶效应，但也很难身处这样的情境中去经历这样一个效应的全程，最后再得到规律性的结论。

尽管清楚最后的曲线大概会是怎样的一个样子，但当老师拿出结果时，还是会有一种惊讶与惊喜感。我希望这门课能一直给我带来这样一种重新审视既有的知识的体验，毕竟纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

纪小璐（人文社科84）：沙盘是最简化最基础的情景模拟，却也是市场规律最纯粹最直接的体现——需求端的每一次轻微波动都会在放大效应的影响下引起层层上溯的惊涛骇浪；我们都只有在理性中不断寻找稳定和风险之间微妙的利益平衡，被市场塑造的同时也反过来塑造着市场。啤酒游戏没有酒，却足以令人心醉。
黎思颖（新闻62）：本次课程让我感觉到自己智商不够用哈哈哈一开始一直很混乱后来慢慢的理清楚了让我学到了很多老师也很有意思。
赖铭轩（新闻62）：本次课让我收获了很多，在用啤酒游戏的方式，让我们粗略的了解到了工厂批发商经销商和零售商的一天销售线，用模拟下单的方式让我们了解到了在各级商家下单不同造成的波动。除此之外这个方式特别的生动，在操作中自己体验各个环节的不同，沙场点兵的宏观让我看到了工业流程中的各种不确定性。让我受益匪浅。不过感觉课上游戏的时间太长了，总结有点少，所以更多的需要我们自己回来课下思考。
池国花（英52）：通过今天的啤酒游戏，我初步理解了牛鞭效应的原理。在实际操作的过程中，虽然刚开始组织上有些混乱，但是循环了很多次之后，逐渐理解了流程，是一次很好的体验。

模块2：制造流水线

陈睿雨（英72）：今天晚上进行的是工厂沙盘游戏。通过三组几轮的比拼，我对于工厂生产模式有了一个更为直观初步的理解。从中我体会到从生产前的准备，到生产中的合作与效率都至关重要，虽然有很多因素都可以优化调整，但是所谓最优解依然是不存在的。
朱虹旭（新闻72）：第二节课的组装练习，让我们了解了工业生产线的发展，通过不同的情景和条件，让我们体验不同生产线的合作分工理念。让我逐步了解工业生产的理念和流程。
赵安晴（社科73）：今天的小班讨论课使我体验到了工业制造环节的简单流程。从前认为工厂中的流水线一旦成型，生产就可以变成一件体量庞大但本质简单的事。今天切身体验了一次微缩版简易版生产之后才发现，如何最大程度地提高生产效率是一件十分不容易的事，而如果生产线上真有我这么一个笨手笨脚的环节，那这个环节一定是要被淘汰的。本节课收获颇丰，在真实环境中了解一个流程总归和在视频中了解有很大不同。
孙雯岚（社科74）：这次课中还是以游戏的形式只不过其中多加入了一些竞赛的成分体验了模拟生产链过程中可能出现的错误或已经出现的错误再一次又一次的分配工作调整中慢慢理解了这种节奏上把控的难度感觉到管理者身上的压力
丘铱可（力8）：小班课中进行了工厂生产的沙盘模拟。首先介绍了流水线的发展与现状，汽车生产线机器人超帅。之后分组以乐高小车订制为生产项目，以竞赛的方式让同学体验生产线的设计与升级。可以明显感受到熟练工人（技术革新）的作用，与操作改革的适应。最后以答疑结束，诸如真实生产线如何升级，现代管理方法标准是什么，瓶颈的存在与突破，汽车流水线上巧妙的设计等问题得到了解决。
孙熙辰（力8）：想要提高产品组装效率，一个重要途径就是优化工序流程。对于批量生产的产品，每个工人负责一道工序优于负责一个产品，因为工人产生肌肉记忆可以提高效率。对于多种类型的订单，尽量将生产线重合部分扩大也有助于提高效率。提高效率另一途径是恰当使用机器人来代替一部分工位。但如果技术不成熟故障过多可能效率反而下降。
龙程一（力8）：完全可以用“太真实了”概括我的感受……生产线这样一个系统，理论上的最大输出是有限的，今天的各种尝试本质上说都是在提高生产的效率。流水线的分工、零件的预装配和合理放置都是为了实现更流畅、更高效的生产。

在工业中永远没有理想条件。永远都只能在现有的约束条件下实现相对最优的配置。说起来简单做起来难，应当说这是一门系统科学的学问，而我现在能有的也只有对工程师智慧的感叹。另一个问题是卓别林的电影。其实我不仅感受到的是电影对当时的工业管理非人性化的讽刺，更体悟到一种工业的、机器的伦理。所有的机器设计和使用都应当以人为根本，包括付出劳动的工人，这是大家共有的意识。但把这一准则放在更大的范围探讨，一些在我们看来是给我们便利、服务于我们的产品是否也在慢慢地把我们变成程式化、标准化的一部分？例如手机、电脑等等。这些产品给我们的行为方式的反作用以及背后的人机伦理应当是一个值得思考的问题。

纪小璐（人文社科84）：乐高模拟的不只是生产线，生产线的专业化、标准化、配平率等基本定律也不只是工厂的游戏规则，而是现代社会各个领域都必须遵循的活动规律。正是在不断优化的分工中，效率得以逐步提高，其本质就是运用各个规律反复调整并达到简化的过程。
黎思颖（新闻62）：本课程让我玩了很久没玩过的乐高很开心哈哈感觉这节课主要是体现“合作的重要性”合理的分工合作能提高做事的效率大家的配合也一点点的开始有默契。
赖铭轩（新闻62）：在上一次课中，同样是用游戏的形式，让我们体验了工业生产中流水线工作的一些基本操作。通过一开始的游戏，不断进行工业流程优化，对原有的生产线进行改良，让我们对真正工业的生产有比较大致的了解。感觉课程非常有意思，生动有趣。
池国花（英52）：这学期同时上了管双的成本管理课程最近也提到了生产线出现问题是否应该停下来的问题之前还觉得停下来是时间的浪费但通过今天的启发我意识到在精艺生产的过程中停下生产线可以让工人不断学习提高可以达到更好的效果觉得很有启发。

模块3：人因工程

陈睿雨（英72）：昨天小班讨论课上王老师给我们展示了人体工程学的相关理论及应用，我也因此重新反思了下自己的日常坐姿是否会对健康造成影响。后半节我们主要是在讨论小组作业，讨论的过程也是思维碰撞的过程，组员们都很有想法，一边构思一边解决讨论过程中产生的问题，让我受益匪浅。
朱虹旭（新闻72）：坐了1W3的椅子让我们意识到人因学在工业工程中的重要作用。从生产实际到日常生活，身体健康和工作效率都与人因学因素相关的，提高生产效率。
赵安晴（社科73）：今天的小班实践课带我们走进了人因工程。首先，从前我只知道有一些产品是以人的身体和思维结构为研究对象设计的，但并不知道他们的总称和学名，通过这节课我了解了人因工程。其次，虽然人因工程在当前还不是产品生产的绝对主流，让我认为它会是未来制造业发展的方向。最后，希望人因工程的产品都可以寻找到降低成本的办法，从而降低售价扩大市场，使更多人可以负担和使用其产品。
孙雯岚（社科74）：
丘铱可（力8）：今日的小班课程以人因学为主，集中介绍了人因学在管理与设计中的应用。印象比较深的一个是好像魔法符号般的动素图，还有就是老师的万元椅和能工作一下午的神奇姿势。课后进行答辩分组讨论，对已有沙盘模型的问题进行了分析，并做好了下一周内的分工。
孙熙辰（力8）：本节课我们学习了人体工程学原理。即，要尽量提升人的工作效率，就要使人工作时的身体状态尽量符合身体自然状态。这样的知识在我们的日常学习生活中也可以用到，比如在写字和打字的过程中调整桌椅高度保持契合身体的姿势，使自己能长期高效地完成工作。
龙程一（力8）：人因学因素在工程生产实践的影响其实是经常被忽略的...直到...直到坐上了1万3的人体工程学打造的椅子，才真正明白了人因学的影响。毕竟生产的主体也好，产品的使用也罢，最终的对象都是人。而一切的工具，一切的系统，最终也应回到人。更何况人因在长时间的影响下会对产品使用和工作成果带来不可估量的影响，因此对其研究和场景的优化是很有必要的一种”投资”。同时这样的科学也是以人为本的科学，也是科学最终是给人带来好处的一种反映。
纪小璐（人文社科84）：人因学，是研究人类在不同环境、产品以及服务影响下的不同身体和心理状态的理论。人因学广泛运用于产品设计、员工管理等一切存在“人因”的领域，是工业物质世界人性化的体现。在当今信息技术不断发展的时代背景下，人机关系更为复杂，也对人因学提出了更高层次的要求。人因学让我们更好地了解和完善自我、更好地与世界互动。
黎思颖（新闻62）：这次课很有意思，提到了每天都会发生的坐姿问题…让我彻底下定决心要买电脑支架了hhh作为一个用一会电脑就会肩膀痛腰疼的人真的非常需要了。老师一万三的椅子也是非常舒服了，希望以后有钱了能入手哈哈哈。后面小组讨论又开始怀疑自己的智商有问题了，希望答辩顺利啦（以及很喜欢老师听歌的品味）。
赖铭轩（新闻62）：1w3的椅子真的是物超所值（不是），但是为了提高生产效率与工作寿命，我认为虽然付出一定（很高好不好！）成本，从长远角度来看，这样的投资换来更高的工作效率与身体健康，还是很值得的。人因学的价值可能并不能立即体现，但是在长远来看，会给工业工程体现非常重要的作用。
池国花（英52）：这堂课中我们亲身体验了一万三的椅子虽然觉得有点奢侈但是背后的人体工程学给了我很大的启发肌肉和关节的损伤看似不是很严重的问题但是日积月累下来会造成严重的后果觉得以后学习工作要多站着。

模块4：质量工程

陈睿雨（英72）：今天晚上讨论课令我印象最深刻的环节是在数字化能力发展中心的参观实践，虽然是自实验室科研探究后第二次来，但是数字化精益生产线背后的科技力量无论什么时候都令人惊叹。而且展示在我们面前的还仅仅是一个缩影，更不用说其背后庞大的现有的和潜在的发展成果及应用体系，能亲眼所见真的是个难能可贵的机会。
朱虹旭（新闻72）：智能生产系统目前虽然还处于发展阶段，但是智能化工厂的设想已经颇具雏形。每一项检测都密不可分，如果某一个环节出现问题，对于生产实际都可能受到巨大的影响。
赵安晴（社科73）：本节小班实践课给我留下最深印象的是自动化的检测设备。首先，检测设备的昂贵程度超出我的想象，且我们国家还没有能力生产出这样的高质量的设备，可见西方国家的技术垄断仍然存在。其次，我第一次真正了解一个生产线保证设备质量的手段，感到十分的先进。
孙雯岚（社科74）：通过这次课程中我们了解到了一个高科技的生产链中机器人们是如何以一个庞大的内部网络一样的集体来进行有组织的运行工作的，我们还亲眼见识到了机器人是怎样检查零部件的过程，包括合格的和不合格的两种形式的操作，感觉很有意思。
丘铱可（力8）：在小班课程中，老师讲解了为何现代工业可以做到质量的保证，与价格的相对廉价。对质量的多重指标进行了介绍，同时给出了QA和QC的定义。在理论课程后，老师带领组员去地下的中心看了人机交互下的质量检测流水线。最后继续了最终project的讨论。
孙熙辰（力8）：通过这次课程中我们了解到了一个高科技的生产链中机器人们是如何以一个庞大的内部网络一样的集体来进行有组织的运行工作的，我们还亲眼见识到了机器人是怎样检查零部件的过程，包括合格的和不合格的两种形式的操作，感觉很有意思。
龙程一（力8）：QA和QC很好的体现了一种辩证关系，即局部的质量控制和整体的最后结果的质量控制。在生产实践中对两个指标的要求体现了一种严谨性。毕竟过程的正确不一定带来整体的正确。另一方面，一个重大事故往往都是许多偶然的重叠产生的。哪怕每一个环节的合格率都高，最后叠加起来的合格率也可能很低，这也从反面体现了对每一个环节的高要求的必要。
纪小璐（人文社科84）：此次课程以保时捷launch control测试为例讲解了质量的内涵，引出了QA和QC两种质量控制的类型；随后通过具体分析英国波音飞机事故的成因，更加清晰地阐述了操作过程中质量控制的必要性。之后实地参观了麦肯锡数字化工厂，了解了实际生产中的质量检测。质量控制往往关系到用户体验、品牌形象等多方面因素，中国在走向工业强国的路上必然需要产品服务质量的把关和升级。
黎思颖（新闻62）：这周的课去参观了数字化工厂听老师说全中国只有4个很有幸其中一个就在我们学校，上这个课确实能见识到很多不一样的东西。
赖铭轩（新闻62）：上一节课老师给我们举了非常生动的例子，用汽车的例子给我们解释了质量检测的重要性。在质量检测的过程中每一步都不可或缺，只有每一步都做的更加严谨，才能让所有的工业品更加安全，减少事故的发生。
池国花（英52）：这节课学习检测实地参观了基地学习了很多平常接触不到的知识同时深刻理解了系统工程的思维老师讲到测量仪器的每个零部件可能没有很精确但是组合起来就能完成复杂的测量工作。

模块5：未来交互

陈睿雨（英72）：今天讨论课有机会体验vr技术，虽然很可惜因为3d晕眩没能亲身尝试，但是从身边同学的反馈来看的确是一次全新又难能可贵的体验。不过我觉得在现实中有3d晕眩感的人不在少数，vr如果想要成为真正意义的虚拟现实产物还需要针对眩晕感做出进一步的改善，期待它未来的发展。
朱虹旭（新闻72）：虚拟现实和现实增强技术首先给人一种很科幻很未来感的感觉。体验过后你会一种身临其境的感觉，可以让人有一种浸入式体验。在生产实际中是一种很好的辅助使用者进行活动，提高准确性和效率。虚拟现实技术的发展在未来很有可能更多的探索空间和应用前景。
赵安晴（社科73）：本周我们学习的内容是虚拟现实。虚拟现实在当前时代发挥着很大的作用。一方面，它可以用于军事上的训练和测试，用于提高制造业工作效率和科学化程度；另一方面，它为大众娱乐提供了新的方式。除了理论介绍，我还首次亲身体验了VR游戏，觉得十分有趣。
孙雯岚（社科74）：我们体验了VR的真实性，完全进入了另一种数字化世界的感觉，不仅可以用来玩游戏还可以为产业工作带来突破性的改革，技术是可以为人类带来“革命”的！
丘铱可（力8）：本周课程介绍了虚拟现实，增强现实与混合现实的历史，发展，应用与前景。首先是作为娱乐的应用，虚拟现实最初在科幻小说中便是为此而生，当代资本也是为此而投。增强现实的硬件尚未成熟，但作为交互平台能力更强，已经可以应用在工厂里辅助员工作业。混合现实由于人工智能研究尚不完全，仍需日后的研究。后半节课小组全员体验了已成熟的虚拟现实与增强现实装备，过了把瘾。最后进行了人生中第一次开题答辩，学到了哪些该说，哪些不该说。
孙熙辰（力8）：本节课我们体验了VR、AR、MR。 VR虚拟现实可以利用VR眼镜，让使用者置身于一个计算机创造出的虚拟世界，与传统设施相比VR能产生较强的“临场感”，未来主要发展方向是娱乐和模拟训练。AR增强现实是让使用者在观察真实世界的同时获取其相关信息和数据，在严肃产业中应用前景广阔（比如我们体验的工厂辅助AR）MR是最新的概念，混合现实，结合了前两者即既能看到真实物体又能看到虚拟物体，代表作微软的HoloLens，目前刚刚起步。我个人认为未来其前景一是比VR更接近实战的模拟训练，另一个是智能辅助决策时的人性化模拟。
龙程一（力8）：本次课程主要是对VR、AR、MR的了解与体验。用简单的四个字形容就是“过于真实”。尽管这些技术早已是热议的话题，但在此之前却未系统地体验过。VR技术因为其封闭性，有很强的沉浸感和很好的体验性；AR和MR则是对现实世界信息的很好的补充，使得人和现实世界的交互有了更多的信息获取和直观体验。

我认为VR和AR、MR都有一个共同的特点，就是以更直观更丰富的方式手段传递着信息，实现着人和信息世界的交互。这样一种技术的出现实际上是信息传递和呈现方式的革新，当无处不在的信息的传递方式都被改写时，我们生活的方方面面或许也将被彻底改写。因此VR、AR、MR在可预见的将来会在丰富的应用场景上发挥着重要的作用。

纪小璐（人文社科84）：最后一堂小班课介绍了近年来的热点科技——虚拟现实、增强现实、混合现实等技术随着计算机等核心技术能力的快速发展而蓬勃兴起。三者体现了不同程度上虚拟和现实的融合，也同时都体现了人机交互的理念。理论介绍之后，王老师带领大家走进三处场所，实地体验了娱乐产业、汽车产业中的虚拟现实技术，和混合现实在数字化工厂中的具体应用。在可预见的将来，VR等技术或许还将继续发展，在更多的领域发挥作用，甚至改变人们的生活方式和认知习惯。
黎思颖（新闻62）：VR俗称虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。这节课老师带我们去体验了三种不同类型的。第一种是十分常见的可以玩游戏的，也是我最喜欢的哈哈哈。第二种虽然自己没有亲身体验，想必是适用于设计师，能使得设计师的工作变轻松很多。最后一种就是适用于生产线了，虽然我觉得确实很方便但有时候，可能会使使用者错乱？希望vr以后可以跟手机电脑一样大众化。
赖铭轩（新闻62）：上次课老师给我们讲到AR和VR，其实我第一次听到这两个直到上课前，我都只肤浅的认为AR/VR适用于游戏，但是到工业生产中，发现用这样的一种方式给员工下达指令和进行引导是一种非常高效的方式，把技术结合到工业生产线上，才能使得工作更加高效和便捷。
池国花（英52）：我们学习了虚拟现实在现实的基础上通过穿戴计算机实现虚拟世界和现实世界的交互体验过后觉得很神奇在现实生活中已经开始应用于物流领域如果每个人的日常生活中都使用这种技术将是另一场变革。

2016-秋

学生名单

马孟天，叶珂岍，孙子涵，向佳璇，吴晓茜，戴飞翼，邱叶红（助教），样例学生

教学大纲

单元概要

所属课程

工业系统基础 Basics of Industrial Systems；3学分，48学时

时长

课内15学时，课外50学时

地点

清华大学李兆基科技大楼，B634-2

教师信息

课程团队

王德宇、陈凯、魏绍飞、章鹏飞、罗勇、金晖

联系方式

wdy@tsinghua.edu.cn（王德宇）

内容概要

通过智能工厂沙盘，了解常见制造业系统中的主要环节
了解工厂布局的主要形式及其利弊
了解系统效率优化的基本原理
- 生产线布局对效率的影响
- 局部最优与全局最优的关系
讨论未来提高制造业系统效率的途径
- 自动化（无人化）的利与弊
讨论提高制造业系统效率的意义
- 效率、成本、节能与环保

单元考核

作业及展示均以小组为单位（每组3-4人）
课下作业——40%
- 课后调研报告，第一节课后
- 编写中心工业系统组件MediaWiki条目，第二节课后
- 搭建系统介绍，第二节课后
- 未来制造企业蓝皮书，第五节课后期末上交
期末展示——30%
- 未来现代化企业发展思路
平日表现——30%

智能制造系统沙盘案例单元

目录

序言

简介