基于工程實(shí)踐的《化工制圖CAD》教學(xué)設(shè)計(jì)

蔣東海，史永永，唐安江，劉 瑩

(1．貴州理工學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550003； 2．貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

《化工制圖CAD》是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)選修課[1]，其是一門(mén)研究閱讀和繪制化工工程圖樣基本原理和方法的課程。通過(guò)對(duì)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握化工工程圖紙閱讀和繪制方法，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的空間想象、思維能力以及設(shè)計(jì)能力[2]，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及未來(lái)的工作奠定基礎(chǔ)。

化工制圖CAD是一門(mén)以實(shí)踐為主的制圖課程[3]，其要求學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程前完成《工程制圖》課程的學(xué)習(xí)，并具有一定的化工專(zhuān)業(yè)知識(shí)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握化工工程制圖方法，能夠完成化工工藝流程圖、設(shè)備裝配圖、設(shè)備布置圖的繪制工作，完成管道布置圖、管道軸側(cè)圖的閱讀工作，熟悉化工制圖各類(lèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具備化工工程人員的專(zhuān)業(yè)基本素質(zhì)。

1 教學(xué)體系及內(nèi)容的設(shè)計(jì)

化工制圖CAD主要教學(xué)內(nèi)容包括兩個(gè)方面，一是制圖軟件的學(xué)習(xí)，其主要包括軟件的基礎(chǔ)教學(xué)及練習(xí)；二是化工工程圖紙的繪制方法，其主要包括化工圖紙的閱讀和繪制。結(jié)合本校的實(shí)際情況，對(duì)化工制圖CAD教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

制圖軟件的基礎(chǔ)教學(xué)(4學(xué)時(shí))：由于學(xué)生在接觸化工制圖CAD課程之前，對(duì)制圖軟件接觸較少，對(duì)軟件的設(shè)置、操作不熟悉，因此十分有必要對(duì)學(xué)生講解軟件的基礎(chǔ)操作、基礎(chǔ)設(shè)置及常用命令，并加以反復(fù)的練習(xí)。

化工制圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的學(xué)習(xí)(2學(xué)時(shí))：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是化工工程設(shè)計(jì)的的基礎(chǔ)，在制圖的過(guò)程中需要遵守與之相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：其分為兩類(lèi)，一類(lèi)為普通技術(shù)制圖規(guī)范，如關(guān)于圖幅標(biāo)準(zhǔn)GB/T14689-2008、技術(shù)制圖系列標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 10609-2009 ,GB/T18229-2000，一類(lèi)為化工工藝、設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如HG/T20519-2009，HG/T20592-20635-2009。通過(guò)2個(gè)學(xué)時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范宣貫，使學(xué)生明白標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的重要性，養(yǎng)成查找、閱讀標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的好習(xí)慣，為未來(lái)的工作打下基石。

化工工藝流程圖(8學(xué)時(shí))：化工工藝流程圖[4]分為工藝物料流程圖(PFD)、工藝管道及儀表流程圖(P&ID)，通過(guò)8個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握、理解工藝流程圖中的常用設(shè)備、管件的畫(huà)法，并能夠獨(dú)立完成首頁(yè)圖、工藝物料流程圖、工藝管道及儀表流程圖的繪制。

化工設(shè)備裝配圖(12學(xué)時(shí))：化工設(shè)備[5]是指那些在化工生產(chǎn)過(guò)程中用于輸送、合成、分離、干燥等操作的機(jī)械設(shè)備。根據(jù)其特性可以分為動(dòng)設(shè)備和靜設(shè)備，其中動(dòng)設(shè)備是指主要部件為運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，其包括一些用于破碎、過(guò)濾、分離、攪拌的功能的機(jī)械及各類(lèi)流體輸送機(jī)械，化工靜設(shè)備是指主要作用部件是靜止的機(jī)械，如各類(lèi)容器、塔器、換熱器及各種靜止分離設(shè)備。在常規(guī)的化工設(shè)計(jì)中，大部分動(dòng)設(shè)備只需相關(guān)專(zhuān)業(yè)提供主要操作參數(shù)及技術(shù)要求，然后交由該類(lèi)設(shè)備的專(zhuān)業(yè)制造商進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工及制作。而大部分靜設(shè)備則需要設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)并提供相應(yīng)裝配圖紙，故本部分的重點(diǎn)是靜設(shè)備的設(shè)計(jì)及裝備圖的繪制。通過(guò)12個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握設(shè)備圖紙的常規(guī)表達(dá)方式及繪制方法，能夠根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)的設(shè)備條件完成設(shè)備裝配的繪制、標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型、設(shè)備標(biāo)注及相關(guān)表格的編寫(xiě)。

設(shè)備布置圖(6學(xué)時(shí))：設(shè)備布置圖是根據(jù)工藝要求，在充分考慮各類(lèi)安全間距、吊裝、檢修空間及經(jīng)濟(jì)合理的情況下將所有工藝設(shè)備布置在工藝裝置圖的合理位置[6]，它是指導(dǎo)管道設(shè)計(jì)及設(shè)備安裝的重要依據(jù)。其組成主要包括一組視圖、標(biāo)注、方位標(biāo)及標(biāo)題欄。本部分重點(diǎn)包括兩個(gè)部分，第一部分為簡(jiǎn)單建構(gòu)筑物的繪制，第二部分為設(shè)備布置圖紙的繪制。其中簡(jiǎn)單建構(gòu)筑物的繪制主要內(nèi)容為墻、柱、門(mén)、窗、孔洞及樓梯的繪制。設(shè)備布置圖則根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)相關(guān)條件、設(shè)備圖紙及土建圖紙分區(qū)、分層分別繪制。通過(guò)6個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠根據(jù)正投影法完成簡(jiǎn)單的設(shè)備布置圖的繪制及標(biāo)注。同時(shí)能夠掌握化工設(shè)備布置圖的閱讀方法。

管道布置圖(4學(xué)時(shí))：管道布置圖是以工藝管道及儀表流程圖(P&ID)、設(shè)備布置圖為基礎(chǔ)，繪制的各類(lèi)管道、管件、閥門(mén)、儀表安裝位置的圖紙，其主要表達(dá)各類(lèi)管道及附件的相對(duì)位置及規(guī)格，以及各機(jī)械設(shè)備的連接關(guān)系。其組成主要包括一組視圖、管口表、標(biāo)注、方位標(biāo)及標(biāo)題欄。通過(guò)4個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握管道布置圖、單管圖的閱讀方法。

2 課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)

《化工制圖CAD》課程應(yīng)充分結(jié)合化工設(shè)計(jì)、化工過(guò)程模擬等相關(guān)課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)、實(shí)踐能力。課程教學(xué)采用學(xué)生課前預(yù)習(xí)，教師課堂講解、學(xué)生課堂、課后練習(xí)的教學(xué)方式，并根據(jù)班級(jí)人數(shù)將學(xué)生劃分為若干個(gè)由5～6人組成的團(tuán)隊(duì)，課程所需要完成的設(shè)計(jì)任務(wù)均是通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式完成，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程能夠明白團(tuán)隊(duì)的重要性，并在團(tuán)隊(duì)中找到自己的位置。《化工制圖CAD》課程內(nèi)容以完成一個(gè)完整的化工生產(chǎn)工段的設(shè)計(jì)為主線，鼓勵(lì)學(xué)生合理分配團(tuán)隊(duì)成員側(cè)重點(diǎn)，查閱學(xué)習(xí)相關(guān)資料，完成工藝流程圖、設(shè)備裝配圖、設(shè)備布置圖的設(shè)計(jì)、繪制工作。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、專(zhuān)業(yè)方向自行選擇的化工工藝流程，也可以選擇教師提供的參考工藝。

在課程開(kāi)始的前4個(gè)學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中，要求學(xué)生在課堂上掌握CAD的操作，并進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，同時(shí)利用課后時(shí)間完成所選工藝生產(chǎn)路線相關(guān)資料的收集和整理工作，及時(shí)與教師溝通確定工藝方案。

在化工制圖標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的學(xué)習(xí)過(guò)程中要求學(xué)生在課后查詢《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，完成設(shè)計(jì)所需要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的收集和整理工作。

在化工工藝流程圖教學(xué)的過(guò)程中，教師首先使用2個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間講解工藝流程圖常規(guī)設(shè)置及圖面布局，并結(jié)合典型工藝流程圖講解圖例中各類(lèi)符號(hào)的意義及編制規(guī)則，然后利用2個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生在課堂上完成典型工藝流程圖的繪制工作。在學(xué)生完成典型工藝流程圖的繪制工作后，由各隊(duì)學(xué)生自行決定團(tuán)隊(duì)人員分工方式，共同完成所選工藝的PFD、P&ID圖紙的繪制工作。此階段教師需要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的繪圖進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生繪圖中的不良習(xí)慣。此階段安排的課程時(shí)間為4學(xué)時(shí)。學(xué)生根據(jù)繪圖進(jìn)度利用課余時(shí)間按時(shí)完成工藝流程圖的繪制工作。

在化工設(shè)備裝配圖的教學(xué)過(guò)程中，教師需先要求學(xué)生完成工程制圖課程的復(fù)習(xí)、化工制圖CAD課程的預(yù)習(xí)工作，而后利用2個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間向?qū)W生介紹常見(jiàn)化工設(shè)備零部件圖的繪制及標(biāo)注方法，并與學(xué)生一起繪制部分化工設(shè)備零部件。然后使用2個(gè)學(xué)時(shí)，結(jié)合塔、換熱器、容器的設(shè)計(jì)條件單及裝配成品圖向?qū)W生介紹化工設(shè)備裝配圖的繪圖內(nèi)容、表達(dá)方法、標(biāo)注方式及設(shè)備技術(shù)要求。最后利用2個(gè)學(xué)時(shí)的時(shí)間與學(xué)生在課堂上一起完成典型設(shè)備設(shè)計(jì)條件單、設(shè)備裝配圖主視圖的繪制及標(biāo)注工作。在學(xué)生完成典型設(shè)備裝配圖繪制后，由各隊(duì)學(xué)生根據(jù)各自負(fù)責(zé)流程圖自行決定自己需要繪制的非標(biāo)設(shè)備，而后提出設(shè)計(jì)條件并完成設(shè)備裝配圖紙的繪制。此階段教師需要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的繪圖進(jìn)度，及時(shí)解決學(xué)生在繪圖過(guò)程中存在的各類(lèi)問(wèn)題。此階段安排的課程時(shí)間為6個(gè)學(xué)時(shí)。學(xué)生根據(jù)繪圖進(jìn)度利用課余時(shí)間按時(shí)完成設(shè)備裝配的繪制工作，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人最終需完成該工序所有設(shè)備的匯總工作，為后續(xù)課程做準(zhǔn)備。

在設(shè)備布置圖的教學(xué)過(guò)程中，教師需要求學(xué)生提前完成課程的預(yù)習(xí)工作，同時(shí)教師借助三維建模軟件提前完成常規(guī)建構(gòu)筑物、工藝裝置的三維建模并完成與之對(duì)應(yīng)的平、剖面圖紙的繪制工作，在課堂上借助PPT向?qū)W生介紹常見(jiàn)建構(gòu)筑物的繪制方法及注意事項(xiàng)。而后利用三維模型及與之對(duì)應(yīng)的平、剖面圖向?qū)W生介紹工藝裝置設(shè)備布置圖的繪制方法及各類(lèi)要求。使學(xué)生能夠?qū)υO(shè)備布置圖有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。在2個(gè)學(xué)時(shí)的理論學(xué)習(xí)完成后，要求學(xué)生根據(jù)設(shè)備清單，完成各組的設(shè)備布置圖的繪制工作。此階段安排的課程時(shí)間為4個(gè)學(xué)時(shí)。學(xué)生需要根據(jù)工藝流程圖及操作要求謹(jǐn)慎的布置所有的設(shè)備，在此階段教師需要結(jié)合工藝流程圖協(xié)助學(xué)生完成設(shè)備的總體布局工作，及時(shí)跟進(jìn)學(xué)生的繪圖進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)并解決繪圖中的各類(lèi)問(wèn)題。

由于管道布置圖涉及的內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)較為復(fù)雜，此部分課程主要要求學(xué)生能夠讀懂管道布置圖。教師可以借助三維建模軟件提設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單裝置(如一個(gè)塔系統(tǒng))的配管，并完成管道平面布置圖、管道軸測(cè)圖的整理工作。在課堂上借助三維模型與CAD圖紙指導(dǎo)學(xué)生閱讀管道平面布置圖及軸測(cè)圖，通過(guò)4個(gè)學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)，最終使學(xué)生能夠順利的完成管道平面布置圖及軸測(cè)圖的閱讀。

3 課程成績(jī)的評(píng)定

《化工制圖CAD》為一門(mén)實(shí)踐性課程，課程成績(jī)的評(píng)價(jià)更加側(cè)重于學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，故課程成績(jī)的評(píng)價(jià)由設(shè)計(jì)作品成績(jī)、小組評(píng)定成績(jī)、課堂表現(xiàn)成績(jī)?nèi)齻€(gè)部分組成：其分值情況如下：

課程成績(jī)=設(shè)計(jì)作品成績(jī)(60%)+小組評(píng)價(jià)(20%)+課堂表現(xiàn)(20%)

學(xué)生的設(shè)計(jì)作品需在課程結(jié)束1周內(nèi)以團(tuán)隊(duì)為單位，提交紙質(zhì)及電子圖紙給教師，教師根據(jù)學(xué)生的作品情況分別給予評(píng)價(jià)；課堂表現(xiàn)主要由教師根據(jù)學(xué)生的上課出勤、聽(tīng)課情況進(jìn)行合理打分，由教師在教學(xué)過(guò)程中完成；而引入小組評(píng)價(jià)能夠有效促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員間的相互合作。

4 結(jié)語(yǔ)

化工制圖CAD是一門(mén)實(shí)踐課程，采用傳統(tǒng)的授課方式，雖然可以使學(xué)生掌握基本的化工制圖方法，但是對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的提升卻十分有限，通過(guò)讓學(xué)生以一個(gè)特定工藝流程為主線，隨著課程的學(xué)習(xí)逐步的完成工藝流程圖、設(shè)備裝配圖、設(shè)備平面布置圖的繪制工作，不但使學(xué)生掌握了化工制圖的繪圖方法，而且也提升了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力有極大的現(xiàn)實(shí)意義。