面向現(xiàn)代化工設(shè)計的本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革

張　麗，張志剛，劉東斌，孫懷宇，張　翔，于三三，高恩軍（沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽 110142）

面向現(xiàn)代化工設(shè)計的本科畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革

張麗，張志剛，劉東斌，孫懷宇，張翔，于三三，高恩軍
（沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽 110142）

介紹了畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革的必要性和緊迫性。對沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革的內(nèi)容、方法、基礎(chǔ)條件、目標(biāo)的實現(xiàn)與取得的成果進行了綜述。

化工設(shè)計；畢業(yè)設(shè)計；教學(xué)改革；化工軟件

畢業(yè)設(shè)計是實現(xiàn)工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是化學(xué)工程與工藝及其他工科專業(yè)培養(yǎng)方案中的重要組成部分[1，2]。該教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生畢業(yè)要求的達成起著十分關(guān)鍵的作用，包括綜合素質(zhì)、工程實踐能力、創(chuàng)新能力、文獻信息檢索與運用能力、利用現(xiàn)代計算機軟件進行計算及繪圖能力等畢業(yè)要求的達成。本科生畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量是衡量高校教育教學(xué)質(zhì)量、反應(yīng)高校辦學(xué)水平的評價指標(biāo)之一[3]。因此，提高本科生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量不僅是更好地完成學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)，提高畢業(yè)生就業(yè)競爭力和工作適應(yīng)力的重要途徑，也是提高學(xué)校本科教育水平以及提高學(xué)校社會聲譽的重要手段[4，5]。

1　教學(xué)改革的必要性

長期以來，我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生畢業(yè)環(huán)節(jié)的工藝設(shè)計中的物料衡算、熱量衡算和設(shè)備工藝尺寸計算（以下簡稱化工三算）都依賴于手工計算。由于化工過程所涉及的數(shù)學(xué)模型通常較復(fù)雜，在數(shù)學(xué)模型的求解運算過程中需要大量的試差和迭代工作，加之設(shè)計初始值往往不合理，設(shè)計過程中需要多次大量的重復(fù)計算，因此，在設(shè)計工作中，工藝計算部分耗費了大量的設(shè)計時間。由于設(shè)計中手工計算工作量大，所需時間多，在選取數(shù)學(xué)模型和物性計算模型時，通常只能選取相對較為簡單的模型進行設(shè)計，無法采用一些精度高但較復(fù)雜的模型進行設(shè)計，這樣導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果的精度有限。另一方法，在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，由于手工計算量大，畢業(yè)環(huán)節(jié)時間又十分有限，通常不能對幾個不同的設(shè)計方案進行比較研究，從而選擇較優(yōu)的設(shè)計方案，即無法做到工藝優(yōu)化。再者由于手工設(shè)計過程中，學(xué)生在工藝計算部分耗用了相當(dāng)多的設(shè)計時間，而留給工藝圖紙繪制的時間往往比較少，從而導(dǎo)致了最終完成的圖紙質(zhì)量較差，甚至導(dǎo)致了某些必要的圖紙的缺失，例如裝置區(qū)的平面圖和立面圖等。因此，在本科生畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中，大力開展計算機軟件輔助設(shè)計方面的教學(xué)改革，提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量，從而使畢業(yè)設(shè)計面向現(xiàn)代化工程設(shè)計勢在必行。

自我校成立以來，合成氨工藝學(xué)一直是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生重點學(xué)習(xí)的專業(yè)課內(nèi)容，也是構(gòu)成沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)特色的重要組成部分。合成氨工藝學(xué)原為化學(xué)工程與工藝教研室開設(shè)的《無機化工工藝學(xué)》課程的主要內(nèi)容，現(xiàn)為《化學(xué)工藝學(xué)》課程的主要內(nèi)容，學(xué)生通過學(xué)習(xí)這些理論課程能夠掌握合成氨工藝學(xué)的基本原理。教研室現(xiàn)在還擁有從北京東方仿真軟件公司引進的合成氨裝置的仿真實習(xí)軟件，通過該仿真實習(xí)軟件的使用，學(xué)生可以掌握合成氨裝置的操作。我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生的認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)等實地實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)通常在華錦集團遼河化肥廠和錦西天然氣化工有限公司的合成氨車間進行。通過實地實習(xí)，學(xué)生能夠加深對合成氨工藝學(xué)基本理論的理解。自我校成立以來，《合成氨裝置的工藝設(shè)計》是一直為本科畢業(yè)生開設(shè)的畢業(yè)設(shè)計題目，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以掌握合成氨裝置的工藝設(shè)計。這樣，對于我校化學(xué)工程與工藝的學(xué)生來說，形成了合成氨工藝?yán)碚摻虒W(xué)、仿真實習(xí)、實地實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計四位一體的教學(xué)模式。這四個教學(xué)環(huán)節(jié)相輔相成，形成了我校《化學(xué)工藝學(xué)》獨特的教學(xué)模式，這樣的教學(xué)模式既提高了學(xué)生的應(yīng)用能力，也強化了我?；瘜W(xué)工程與工藝的專業(yè)特色。合成氨工藝設(shè)計是上述四位一體教學(xué)模式的重要組成部分。鑒于合成氨裝置工藝設(shè)計的特殊地位及其重要性，本專業(yè)嘗試了在《合成氨裝置工藝設(shè)計》的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中輔以計算機軟件進行，對傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)模式進行改革。

2　教學(xué)改革的基礎(chǔ)條件

2.1理論課程基礎(chǔ)

畢業(yè)環(huán)節(jié)階段的學(xué)習(xí)任務(wù)是對學(xué)生大學(xué)四年學(xué)習(xí)知識的綜合運用，在計算機輔助設(shè)計過程中，也將會不可避免地用到許多相關(guān)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)基礎(chǔ)知識以及專業(yè)知識。由于畢業(yè)環(huán)節(jié)階段時間短，設(shè)計任務(wù)多，所以在設(shè)計之前學(xué)生要有相關(guān)知識才能順利進行設(shè)計，這就需要學(xué)生提前做好知識準(zhǔn)備，而這就需要其他理論課程在授課內(nèi)容上給予配合。為更好地進行合成氨裝置的工藝設(shè)計，我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)了《化學(xué)工藝學(xué)》課程增加了合成氨工藝學(xué)的授課學(xué)時，這樣合成氨理論教學(xué)就能與工藝設(shè)計相輔相成，相得益彰。除此之外，培養(yǎng)方案中還包括《工程制圖及計算機CAD》、《化工過程計算機模擬》、《過程裝備機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》、《化工設(shè)計課程設(shè)計》、《化工工藝設(shè)計》、《化工技術(shù)經(jīng)濟學(xué)》、《環(huán)境工程概論》、《安全工程概論》等課程。在這些課程中要講授AutoCAD、Aspen Plus等軟件的應(yīng)用，這就為畢業(yè)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革提供了必要的支持。

2.2實習(xí)條件基礎(chǔ)

通過到華錦集團遼河化肥廠和錦西天然氣化工有限公司的合成氨車間進行實地實習(xí)，學(xué)生具備了一定的工程基礎(chǔ)。利用北京東方仿真軟件公司的合成氨仿真實習(xí)軟件，學(xué)生可以很方便地收集設(shè)計所需要的一些工藝參數(shù)。這些有利條件明顯減少了學(xué)生收集資料和設(shè)計數(shù)據(jù)的時間，同時學(xué)生還能夠在較短時間內(nèi)掌握工藝流程設(shè)計、工藝控制和開停車設(shè)計等，這樣學(xué)生能有更多的精力用于工藝優(yōu)化等方面問題的研究中，從而提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量。

2.3機房等硬件條件基礎(chǔ)

計算機輔助畢業(yè)環(huán)節(jié)設(shè)計離不開硬件設(shè)備即計算機，我?；瘜W(xué)工程學(xué)院現(xiàn)擁有機房兩個，可同時容納160人。

2.4師資基礎(chǔ)

我校擁有長期從事化學(xué)工程與工藝專業(yè)理論課和實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)工作，具有豐富的理論教學(xué)和實踐教學(xué)經(jīng)驗的教師。他們長期指導(dǎo)本科畢業(yè)生進行合成氨裝置的工藝設(shè)計，在傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中積累了大量的經(jīng)驗，熟知合成氨工藝的發(fā)展現(xiàn)狀、工藝流程、工藝條件、工藝設(shè)備等。學(xué)校擁有能夠講授AutoCAD、Aspen Plus、Fluent等軟件的教師并開設(shè)了相應(yīng)的課程。

3　教學(xué)改革的主要內(nèi)容

在采用計算機軟件輔助合成氨工藝過程的畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師需要選取適宜的內(nèi)容進行理論講解。要能夠讓學(xué)生在計算機輔助設(shè)計的過程中，對工藝中所涉及的基本理論、基礎(chǔ)知識有著更深的理解，從而能夠舉一反三，從而能夠進行其他工藝過程的設(shè)計。這樣學(xué)生在學(xué)會了使用化工設(shè)計軟件進行合成氨工藝設(shè)計以后，可以將學(xué)到的知識很容易的應(yīng)用到其他工藝過程的設(shè)計中，加快畢業(yè)生從學(xué)生到設(shè)計員角色的轉(zhuǎn)變和提高學(xué)生的工作適應(yīng)能力。

在教學(xué)內(nèi)容安排上，除了講解設(shè)計理論以外，教師還必須講授軟件應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容?；すに囋O(shè)計應(yīng)用到的軟件和功能如表1所示。教師可根據(jù)情況適當(dāng)選講，部分可讓學(xué)生自學(xué)。

表1　化工工藝設(shè)計應(yīng)用的軟件及其功能

由于采用計算機輔助設(shè)計，加之合成氨工藝流程布置較成熟，因而在工藝流程布置和化工三算部分用時顯著減少，因而在布置設(shè)計任務(wù)時可相應(yīng)增加以往不能完成的內(nèi)容。采用計算機輔助設(shè)計教學(xué)改革后，本科生畢業(yè)設(shè)計需完成的圖紙和文檔如表2所示[6，7]。

表2　本科生畢業(yè)設(shè)計需完成的圖紙和文檔

4　改革目標(biāo)的實現(xiàn)與成果

沈陽化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)對合成氨工藝畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)進行的教學(xué)改革嘗試表明，通過實施計算機輔助畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)教學(xué)，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)中用于化工三算的時間明顯減少。這樣，學(xué)生有充分的時間使用各種化工設(shè)計和模擬軟件及相關(guān)制圖軟件，從而豐富了畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容；通過畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革，本專業(yè)學(xué)生的視野更加開闊，走出校門的同時就具備了利用本專業(yè)最先進的計算軟件、設(shè)計軟件和制圖軟件的能力；畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革后，學(xué)生在校的學(xué)習(xí)內(nèi)容和將要從事的設(shè)計工作內(nèi)容高度吻合，提高了學(xué)生對設(shè)計工作的適應(yīng)能力，為學(xué)生畢業(yè)后從事設(shè)計工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

[1] 孫浩，許琦.化工專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與探索[J].化工高等教育，2007，24（4）.

[2] 余傳柏，韋春，張發(fā)愛.材料類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)改革探析[J].廣東化工，2012，39（1）.

[3] 張啟忠，金范龍，董薇，等.化工類畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革的探索與實踐[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2014，31（12）.

[4] 王娜，西鳳茹.本科畢業(yè)設(shè)計（論文）改革思路[J].中國冶金教育，2011，（1）.

[5] 徐繼紅，陶俊，張洪流，等.化工類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計教學(xué)改革的研究[J].高等理科教育，2006，（6）.

[6] 夏勝利.《常用化學(xué)化工設(shè)計軟件》課程在化工畢業(yè)設(shè)計中的作用[J].廣州化工，2013，41（22）.

[7] 鄭育英，余林，孫明.化工軟件在化工課程設(shè)計中的應(yīng)用[J].廣東化工，2014，41（1）.

The Teaching Reform of Graduation Design for Modern Chemical Design

Zhang Li，Zhang Zhi-gang，Liu Dong-bin，Sun Huai-yu，Zhang Xiang，Yu San-san，Gao En-jun

Introduces the necessity and urgency of graduation design teaching reform.The content，methods，basic conditions，the goals and the achievements of the graduation design teaching reform of chemical engineering and technology major of Shenyang university of chemical technology were reviewed.

chemical process design；graduation；teaching reform；chemical engineering Software

G642.477

A

1003-6490（2016）03-0145-02

2016-03-06

張麗（1975—），女，遼寧新賓人，教授，主要從事化工流體流動與傳熱及化工相關(guān)過程的數(shù)值模擬研究工作。