基于工程實踐的《化工制圖CAD》教學設計

蔣東海，史永永，唐安江，劉 瑩

(1．貴州理工學院 化學工程學院，貴州 貴陽 550003； 2．貴州大學化學與化工學院，貴州 貴陽 550025)

《化工制圖CAD》是化學工程與工藝專業的一門重要的專業選修課[1]，其是一門研究閱讀和繪制化工工程圖樣基本原理和方法的課程。通過對課程的學習，使學生掌握化工工程圖紙閱讀和繪制方法，同時也培養學生的空間想象、思維能力以及設計能力[2]，為后續課程設計、畢業設計以及未來的工作奠定基礎。

化工制圖CAD是一門以實踐為主的制圖課程[3]，其要求學生在學習該課程前完成《工程制圖》課程的學習，并具有一定的化工專業知識。通過該課程的學習使學生掌握化工工程制圖方法，能夠完成化工工藝流程圖、設備裝配圖、設備布置圖的繪制工作，完成管道布置圖、管道軸側圖的閱讀工作，熟悉化工制圖各類相關標準規范，具備化工工程人員的專業基本素質。

1 教學體系及內容的設計

化工制圖CAD主要教學內容包括兩個方面，一是制圖軟件的學習，其主要包括軟件的基礎教學及練習；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。結合本校的實際情況，對化工制圖CAD教學內容及課時安排進行優化設計。

制圖軟件的基礎教學(4學時)：由于學生在接觸化工制圖CAD課程之前，對制圖軟件接觸較少，對軟件的設置、操作不熟悉，因此十分有必要對學生講解軟件的基礎操作、基礎設置及常用命令，并加以反復的練習。

化工制圖相關標準及規范的學習(2學時)：標準規范是化工工程設計的的基礎，在制圖的過程中需要遵守與之相關的標準規范：其分為兩類，一類為普通技術制圖規范，如關于圖幅標準GB/T14689-2008、技術制圖系列標準如GB/T 10609-2009 ,GB/T18229-2000，一類為化工工藝、設備行業標準規范，如HG/T20519-2009，HG/T20592-20635-2009。通過2個學時對標準規范宣貫，使學生明白標準規范的重要性，養成查找、閱讀標準規范的好習慣，為未來的工作打下基石。

化工工藝流程圖(8學時)：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8個學時的學習，使學生能夠掌握、理解工藝流程圖中的常用設備、管件的畫法，并能夠獨立完成首頁圖、工藝物料流程圖、工藝管道及儀表流程圖的繪制。

化工設備裝配圖(12學時)：化工設備[5]是指那些在化工生產過程中用于輸送、合成、分離、干燥等操作的機械設備。根據其特性可以分為動設備和靜設備，其中動設備是指主要部件為運動的機械，其包括一些用于破碎、過濾、分離、攪拌的功能的機械及各類流體輸送機械，化工靜設備是指主要作用部件是靜止的機械，如各類容器、塔器、換熱器及各種靜止分離設備。在常規的化工設計中，大部分動設備只需相關專業提供主要操作參數及技術要求，然后交由該類設備的專業制造商進行設計、加工及制作。而大部分靜設備則需要設計單位設計并提供相應裝配圖紙，故本部分的重點是靜設備的設計及裝備圖的繪制。通過12個學時的學習，使學生能夠掌握設備圖紙的常規表達方式及繪制方法，能夠根據工藝專業的設備條件完成設備裝配的繪制、標準零部件的選型、設備標注及相關表格的編寫。

設備布置圖(6學時)：設備布置圖是根據工藝要求，在充分考慮各類安全間距、吊裝、檢修空間及經濟合理的情況下將所有工藝設備布置在工藝裝置圖的合理位置[6]，它是指導管道設計及設備安裝的重要依據。其組成主要包括一組視圖、標注、方位標及標題欄。本部分重點包括兩個部分，第一部分為簡單建構筑物的繪制，第二部分為設備布置圖紙的繪制。其中簡單建構筑物的繪制主要內容為墻、柱、門、窗、孔洞及樓梯的繪制。設備布置圖則根據工藝專業相關條件、設備圖紙及土建圖紙分區、分層分別繪制。通過6個學時的學習，使學生能夠根據正投影法完成簡單的設備布置圖的繪制及標注。同時能夠掌握化工設備布置圖的閱讀方法。

管道布置圖(4學時)：管道布置圖是以工藝管道及儀表流程圖(P&ID)、設備布置圖為基礎，繪制的各類管道、管件、閥門、儀表安裝位置的圖紙，其主要表達各類管道及附件的相對位置及規格，以及各機械設備的連接關系。其組成主要包括一組視圖、管口表、標注、方位標及標題欄。通過4個學時的學習，使學生掌握管道布置圖、單管圖的閱讀方法。

2 課程內容的設計

《化工制圖CAD》課程應充分結合化工設計、化工過程模擬等相關課程進行教學設計，以提高學生的工程設計、實踐能力。課程教學采用學生課前預習，教師課堂講解、學生課堂、課后練習的教學方式，并根據班級人數將學生劃分為若干個由5～6人組成的團隊，課程所需要完成的設計任務均是通過團隊協作的方式完成，學生在學習的過程能夠明白團隊的重要性，并在團隊中找到自己的位置。《化工制圖CAD》課程內容以完成一個完整的化工生產工段的設計為主線，鼓勵學生合理分配團隊成員側重點，查閱學習相關資料，完成工藝流程圖、設備裝配圖、設備布置圖的設計、繪制工作。學生可以根據自己的興趣、專業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。

在課程開始的前4個學時的基礎教學過程中，要求學生在課堂上掌握CAD的操作，并進行反復練習，同時利用課后時間完成所選工藝生產路線相關資料的收集和整理工作，及時與教師溝通確定工藝方案。

在化工制圖標準及規范的學習過程中要求學生在課后查詢《化工工藝設計手冊》，完成設計所需要的標準規范的收集和整理工作。

在化工工藝流程圖教學的過程中，教師首先使用2個學時的時間講解工藝流程圖常規設置及圖面布局，并結合典型工藝流程圖講解圖例中各類符號的意義及編制規則，然后利用2個學時的時間帶領學生在課堂上完成典型工藝流程圖的繪制工作。在學生完成典型工藝流程圖的繪制工作后，由各隊學生自行決定團隊人員分工方式，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關注學生的繪圖進度，及時發現并糾正學生繪圖中的不良習慣。此階段安排的課程時間為4學時。學生根據繪圖進度利用課余時間按時完成工藝流程圖的繪制工作。

在化工設備裝配圖的教學過程中，教師需先要求學生完成工程制圖課程的復習、化工制圖CAD課程的預習工作，而后利用2個學時的時間向學生介紹常見化工設備零部件圖的繪制及標注方法，并與學生一起繪制部分化工設備零部件。然后使用2個學時，結合塔、換熱器、容器的設計條件單及裝配成品圖向學生介紹化工設備裝配圖的繪圖內容、表達方法、標注方式及設備技術要求。最后利用2個學時的時間與學生在課堂上一起完成典型設備設計條件單、設備裝配圖主視圖的繪制及標注工作。在學生完成典型設備裝配圖繪制后，由各隊學生根據各自負責流程圖自行決定自己需要繪制的非標設備，而后提出設計條件并完成設備裝配圖紙的繪制。此階段教師需要隨時關注學生的繪圖進度，及時解決學生在繪圖過程中存在的各類問題。此階段安排的課程時間為6個學時。學生根據繪圖進度利用課余時間按時完成設備裝配的繪制工作，團隊負責人最終需完成該工序所有設備的匯總工作，為后續課程做準備。

在設備布置圖的教學過程中，教師需要求學生提前完成課程的預習工作，同時教師借助三維建模軟件提前完成常規建構筑物、工藝裝置的三維建模并完成與之對應的平、剖面圖紙的繪制工作，在課堂上借助PPT向學生介紹常見建構筑物的繪制方法及注意事項。而后利用三維模型及與之對應的平、剖面圖向學生介紹工藝裝置設備布置圖的繪制方法及各類要求。使學生能夠對設備布置圖有一個全面的認識。在2個學時的理論學習完成后，要求學生根據設備清單，完成各組的設備布置圖的繪制工作。此階段安排的課程時間為4個學時。學生需要根據工藝流程圖及操作要求謹慎的布置所有的設備，在此階段教師需要結合工藝流程圖協助學生完成設備的總體布局工作，及時跟進學生的繪圖進度，發現并解決繪圖中的各類問題。

由于管道布置圖涉及的內容及標準較為復雜，此部分課程主要要求學生能夠讀懂管道布置圖。教師可以借助三維建模軟件提設計一個簡單裝置(如一個塔系統)的配管，并完成管道平面布置圖、管道軸測圖的整理工作。在課堂上借助三維模型與CAD圖紙指導學生閱讀管道平面布置圖及軸測圖，通過4個學時的學習，最終使學生能夠順利的完成管道平面布置圖及軸測圖的閱讀。

3 課程成績的評定

《化工制圖CAD》為一門實踐性課程，課程成績的評價更加側重于學生的實際動手能力及團隊協作能力，故課程成績的評價由設計作品成績、小組評定成績、課堂表現成績三個部分組成：其分值情況如下：

課程成績=設計作品成績(60%)+小組評價(20%)+課堂表現(20%)

學生的設計作品需在課程結束1周內以團隊為單位，提交紙質及電子圖紙給教師，教師根據學生的作品情況分別給予評價；課堂表現主要由教師根據學生的上課出勤、聽課情況進行合理打分，由教師在教學過程中完成；而引入小組評價能夠有效促進團隊成員間的相互合作。

4 結語

化工制圖CAD是一門實踐課程，采用傳統的授課方式，雖然可以使學生掌握基本的化工制圖方法，但是對學生設計能力的提升卻十分有限，通過讓學生以一個特定工藝流程為主線，隨著課程的學習逐步的完成工藝流程圖、設備裝配圖、設備平面布置圖的繪制工作，不但使學生掌握了化工制圖的繪圖方法，而且也提升了學生的綜合設計能力，對于培養學生的工程實踐能力有極大的現實意義。