面向現代化工設計的本科畢業設計教學環節改革

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

面向現代化工設計的本科畢業設計教學環節改革

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

介紹了畢業設計教學環節改革的必要性和緊迫性。對沈陽化工大學化學工程與工藝專業畢業設計教學環節改革的內容、方法、基礎條件、目標的實現與取得的成果進行了綜述。

化工設計；畢業設計；教學改革；化工軟件

畢業設計是實現工科專業學生培養目標的重要教學環節，是化學工程與工藝及其他工科專業培養方案中的重要組成部分[1，2]。該教學環節對學生畢業要求的達成起著十分關鍵的作用，包括綜合素質、工程實踐能力、創新能力、文獻信息檢索與運用能力、利用現代計算機軟件進行計算及繪圖能力等畢業要求的達成。本科生畢業設計的質量是衡量高校教育教學質量、反應高校辦學水平的評價指標之一[3]。因此，提高本科生畢業設計質量不僅是更好地完成學生培養目標，提高畢業生就業競爭力和工作適應力的重要途徑，也是提高學校本科教育水平以及提高學校社會聲譽的重要手段[4，5]。

1　教學改革的必要性

長期以來，我校化學工程與工藝專業本科生畢業環節的工藝設計中的物料衡算、熱量衡算和設備工藝尺寸計算（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學模型通常較復雜，在數學模型的求解運算過程中需要大量的試差和迭代工作，加之設計初始值往往不合理，設計過程中需要多次大量的重復計算，因此，在設計工作中，工藝計算部分耗費了大量的設計時間。由于設計中手工計算工作量大，所需時間多，在選取數學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計，無法采用一些精度高但較復雜的模型進行設計，這樣導致設計結果的精度有限。另一方法，在傳統的設計過程中，由于手工計算量大，畢業環節時間又十分有限，通常不能對幾個不同的設計方案進行比較研究，從而選擇較優的設計方案，即無法做到工藝優化。再者由于手工設計過程中，學生在工藝計算部分耗用了相當多的設計時間，而留給工藝圖紙繪制的時間往往比較少，從而導致了最終完成的圖紙質量較差，甚至導致了某些必要的圖紙的缺失，例如裝置區的平面圖和立面圖等。因此，在本科生畢業設計教學環節中，大力開展計算機軟件輔助設計方面的教學改革，提高畢業設計質量，從而使畢業設計面向現代化工程設計勢在必行。

自我校成立以來，合成氨工藝學一直是化學工程與工藝專業本科生重點學習的專業課內容，也是構成沈陽化工大學化學工程與工藝專業特色的重要組成部分。合成氨工藝學原為化學工程與工藝教研室開設的《無機化工工藝學》課程的主要內容，現為《化學工藝學》課程的主要內容，學生通過學習這些理論課程能夠掌握合成氨工藝學的基本原理。教研室現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軟件，通過該仿真實習軟件的使用，學生可以掌握合成氨裝置的操作。我校化學工程與工藝專業的學生的認識實習、生產實習和畢業實習等實地實習教學環節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，學生能夠加深對合成氨工藝學基本理論的理解。自我校成立以來，《合成氨裝置的工藝設計》是一直為本科畢業生開設的畢業設計題目，通過該教學環節，學生可以掌握合成氨裝置的工藝設計。這樣，對于我校化學工程與工藝的學生來說，形成了合成氨工藝理論教學、仿真實習、實地實習、畢業設計四位一體的教學模式。這四個教學環節相輔相成，形成了我校《化學工藝學》獨特的教學模式，這樣的教學模式既提高了學生的應用能力，也強化了我校化學工程與工藝的專業特色。合成氨工藝設計是上述四位一體教學模式的重要組成部分。鑒于合成氨裝置工藝設計的特殊地位及其重要性，本專業嘗試了在《合成氨裝置工藝設計》的畢業設計教學環節中輔以計算機軟件進行，對傳統畢業設計教學模式進行改革。

2　教學改革的基礎條件

2.1理論課程基礎

畢業環節階段的學習任務是對學生大學四年學習知識的綜合運用，在計算機輔助設計過程中，也將會不可避免地用到許多相關的基礎知識、專業基礎知識以及專業知識。由于畢業環節階段時間短，設計任務多，所以在設計之前學生要有相關知識才能順利進行設計，這就需要學生提前做好知識準備，而這就需要其他理論課程在授課內容上給予配合。為更好地進行合成氨裝置的工藝設計，我校化學工程與工藝專業開設了《化學工藝學》課程增加了合成氨工藝學的授課學時，這樣合成氨理論教學就能與工藝設計相輔相成，相得益彰。除此之外，培養方案中還包括《工程制圖及計算機CAD》、《化工過程計算機模擬》、《過程裝備機械設計基礎課程設計》、《化工設計課程設計》、《化工工藝設計》、《化工技術經濟學》、《環境工程概論》、《安全工程概論》等課程。在這些課程中要講授AutoCAD、Aspen Plus等軟件的應用，這就為畢業環節的教學改革提供了必要的支持。

2.2實習條件基礎

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，學生具備了一定的工程基礎。利用北京東方仿真軟件公司的合成氨仿真實習軟件，學生可以很方便地收集設計所需要的一些工藝參數。這些有利條件明顯減少了學生收集資料和設計數據的時間，同時學生還能夠在較短時間內掌握工藝流程設計、工藝控制和開停車設計等，這樣學生能有更多的精力用于工藝優化等方面問題的研究中，從而提高畢業設計的質量。

2.3機房等硬件條件基礎

計算機輔助畢業環節設計離不開硬件設備即計算機，我校化學工程學院現擁有機房兩個，可同時容納160人。

2.4師資基礎

我校擁有長期從事化學工程與工藝專業理論課和實踐環節的教學工作，具有豐富的理論教學和實踐教學經驗的教師。他們長期指導本科畢業生進行合成氨裝置的工藝設計，在傳統的畢業設計教學環節中積累了大量的經驗，熟知合成氨工藝的發展現狀、工藝流程、工藝條件、工藝設備等。學校擁有能夠講授AutoCAD、Aspen Plus、Fluent等軟件的教師并開設了相應的課程。

3　教學改革的主要內容

在采用計算機軟件輔助合成氨工藝過程的畢業設計教學環節中，教師需要選取適宜的內容進行理論講解。要能夠讓學生在計算機輔助設計的過程中，對工藝中所涉及的基本理論、基礎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計。這樣學生在學會了使用化工設計軟件進行合成氨工藝設計以后，可以將學到的知識很容易的應用到其他工藝過程的設計中，加快畢業生從學生到設計員角色的轉變和提高學生的工作適應能力。

在教學內容安排上，除了講解設計理論以外，教師還必須講授軟件應用的相關內容。化工工藝設計應用到的軟件和功能如表1所示。教師可根據情況適當選講，部分可讓學生自學。

表1　化工工藝設計應用的軟件及其功能

由于采用計算機輔助設計，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，因而在布置設計任務時可相應增加以往不能完成的內容。采用計算機輔助設計教學改革后，本科生畢業設計需完成的圖紙和文檔如表2所示[6，7]。

表2　本科生畢業設計需完成的圖紙和文檔

4　改革目標的實現與成果

沈陽化工大學化學工程與工藝專業對合成氨工藝畢業設計環節進行的教學改革嘗試表明，通過實施計算機輔助畢業設計環節教學，學生在畢業設計環節中用于化工三算的時間明顯減少。這樣，學生有充分的時間使用各種化工設計和模擬軟件及相關制圖軟件，從而豐富了畢業設計的內容；通過畢業設計教學環節改革，本專業學生的視野更加開闊，走出校門的同時就具備了利用本專業最先進的計算軟件、設計軟件和制圖軟件的能力；畢業設計教學環節改革后，學生在校的學習內容和將要從事的設計工作內容高度吻合，提高了學生對設計工作的適應能力，為學生畢業后從事設計工作奠定了良好的基礎。

[1] 孫浩，許琦.化工專業畢業設計教學環節的改革與探索[J].化工高等教育，2007，24（4）.

[2] 余傳柏，韋春，張發愛.材料類專業畢業設計的教學改革探析[J].廣東化工，2012，39（1）.

[3] 張啟忠，金范龍，董薇，等.化工類畢業設計教學改革的探索與實踐[J].吉林化工學院學報，2014，31（12）.

[4] 王娜，西鳳茹.本科畢業設計（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.化工類專業畢業設計教學改革的研究[J].高等理科教育，2006，（6）.

[6] 夏勝利.《常用化學化工設計軟件》課程在化工畢業設計中的作用[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計中的應用[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過程的數值模擬研究工作。