基于工程实践的《化工制图CAD》教学设计

蒋东海，史永永，唐安江，刘 莹

(1．贵州理工学院 化学工程学院，贵州 贵阳 550003； 2．贵州大学化学与化工学院，贵州 贵阳 550025)

《化工制图CAD》是化学工程与工艺专业的一门重要的专业选修课[1]，其是一门研究阅读和绘制化工工程图样基本原理和方法的课程。通过对课程的学习，使学生掌握化工工程图纸阅读和绘制方法，同时也培养学生的空间想象、思维能力以及设计能力[2]，为后续课程设计、毕业设计以及未来的工作奠定基础。

化工制图CAD是一门以实践为主的制图课程[3]，其要求学生在学习该课程前完成《工程制图》课程的学习，并具有一定的化工专业知识。通过该课程的学习使学生掌握化工工程制图方法，能够完成化工工艺流程图、设备装配图、设备布置图的绘制工作，完成管道布置图、管道轴侧图的阅读工作，熟悉化工制图各类相关标准规范，具备化工工程人员的专业基本素质。

1 教学体系及内容的设计

化工制图CAD主要教学内容包括两个方面，一是制图软件的学习，其主要包括软件的基础教学及练习；二是化工工程图纸的绘制方法，其主要包括化工图纸的阅读和绘制。结合本校的实际情况，对化工制图CAD教学内容及课时安排进行优化设计。

制图软件的基础教学(4学时)：由于学生在接触化工制图CAD课程之前，对制图软件接触较少，对软件的设置、操作不熟悉，因此十分有必要对学生讲解软件的基础操作、基础设置及常用命令，并加以反复的练习。

化工制图相关标准及规范的学习(2学时)：标准规范是化工工程设计的的基础，在制图的过程中需要遵守与之相关的标准规范：其分为两类，一类为普通技术制图规范，如关于图幅标准GB/T14689-2008、技术制图系列标准如GB/T 10609-2009 ,GB/T18229-2000，一类为化工工艺、设备行业标准规范，如HG/T20519-2009，HG/T20592-20635-2009。通过2个学时对标准规范宣贯，使学生明白标准规范的重要性，养成查找、阅读标准规范的好习惯，为未来的工作打下基石。

化工工艺流程图(8学时)：化工工艺流程图[4]分为工艺物料流程图(PFD)、工艺管道及仪表流程图(P&ID)，通过8个学时的学习，使学生能够掌握、理解工艺流程图中的常用设备、管件的画法，并能够独立完成首页图、工艺物料流程图、工艺管道及仪表流程图的绘制。

化工设备装配图(12学时)：化工设备[5]是指那些在化工生产过程中用于输送、合成、分离、干燥等操作的机械设备。根据其特性可以分为动设备和静设备，其中动设备是指主要部件为运动的机械，其包括一些用于破碎、过滤、分离、搅拌的功能的机械及各类流体输送机械，化工静设备是指主要作用部件是静止的机械，如各类容器、塔器、换热器及各种静止分离设备。在常规的化工设计中，大部分动设备只需相关专业提供主要操作参数及技术要求，然后交由该类设备的专业制造商进行设计、加工及制作。而大部分静设备则需要设计单位设计并提供相应装配图纸，故本部分的重点是静设备的设计及装备图的绘制。通过12个学时的学习，使学生能够掌握设备图纸的常规表达方式及绘制方法，能够根据工艺专业的设备条件完成设备装配的绘制、标准零部件的选型、设备标注及相关表格的编写。

设备布置图(6学时)：设备布置图是根据工艺要求，在充分考虑各类安全间距、吊装、检修空间及经济合理的情况下将所有工艺设备布置在工艺装置图的合理位置[6]，它是指导管道设计及设备安装的重要依据。其组成主要包括一组视图、标注、方位标及标题栏。本部分重点包括两个部分，第一部分为简单建构筑物的绘制，第二部分为设备布置图纸的绘制。其中简单建构筑物的绘制主要内容为墙、柱、门、窗、孔洞及楼梯的绘制。设备布置图则根据工艺专业相关条件、设备图纸及土建图纸分区、分层分别绘制。通过6个学时的学习，使学生能够根据正投影法完成简单的设备布置图的绘制及标注。同时能够掌握化工设备布置图的阅读方法。

管道布置图(4学时)：管道布置图是以工艺管道及仪表流程图(P&ID)、设备布置图为基础，绘制的各类管道、管件、阀门、仪表安装位置的图纸，其主要表达各类管道及附件的相对位置及规格，以及各机械设备的连接关系。其组成主要包括一组视图、管口表、标注、方位标及标题栏。通过4个学时的学习，使学生掌握管道布置图、单管图的阅读方法。

2 课程内容的设计

《化工制图CAD》课程应充分结合化工设计、化工过程模拟等相关课程进行教学设计，以提高学生的工程设计、实践能力。课程教学采用学生课前预习，教师课堂讲解、学生课堂、课后练习的教学方式，并根据班级人数将学生划分为若干个由5～6人组成的团队，课程所需要完成的设计任务均是通过团队协作的方式完成，学生在学习的过程能够明白团队的重要性，并在团队中找到自己的位置。《化工制图CAD》课程内容以完成一个完整的化工生产工段的设计为主线，鼓励学生合理分配团队成员侧重点，查阅学习相关资料，完成工艺流程图、设备装配图、设备布置图的设计、绘制工作。学生可以根据自己的兴趣、专业方向自行选择的化工工艺流程，也可以选择教师提供的参考工艺。

在课程开始的前4个学时的基础教学过程中，要求学生在课堂上掌握CAD的操作，并进行反复练习，同时利用课后时间完成所选工艺生产路线相关资料的收集和整理工作，及时与教师沟通确定工艺方案。

在化工制图标准及规范的学习过程中要求学生在课后查询《化工工艺设计手册》，完成设计所需要的标准规范的收集和整理工作。

在化工工艺流程图教学的过程中，教师首先使用2个学时的时间讲解工艺流程图常规设置及图面布局，并结合典型工艺流程图讲解图例中各类符号的意义及编制规则，然后利用2个学时的时间带领学生在课堂上完成典型工艺流程图的绘制工作。在学生完成典型工艺流程图的绘制工作后，由各队学生自行决定团队人员分工方式，共同完成所选工艺的PFD、P&ID图纸的绘制工作。此阶段教师需要随时关注学生的绘图进度，及时发现并纠正学生绘图中的不良习惯。此阶段安排的课程时间为4学时。学生根据绘图进度利用课余时间按时完成工艺流程图的绘制工作。

在化工设备装配图的教学过程中，教师需先要求学生完成工程制图课程的复习、化工制图CAD课程的预习工作，而后利用2个学时的时间向学生介绍常见化工设备零部件图的绘制及标注方法，并与学生一起绘制部分化工设备零部件。然后使用2个学时，结合塔、换热器、容器的设计条件单及装配成品图向学生介绍化工设备装配图的绘图内容、表达方法、标注方式及设备技术要求。最后利用2个学时的时间与学生在课堂上一起完成典型设备设计条件单、设备装配图主视图的绘制及标注工作。在学生完成典型设备装配图绘制后，由各队学生根据各自负责流程图自行决定自己需要绘制的非标设备，而后提出设计条件并完成设备装配图纸的绘制。此阶段教师需要随时关注学生的绘图进度，及时解决学生在绘图过程中存在的各类问题。此阶段安排的课程时间为6个学时。学生根据绘图进度利用课余时间按时完成设备装配的绘制工作，团队负责人最终需完成该工序所有设备的汇总工作，为后续课程做准备。

在设备布置图的教学过程中，教师需要求学生提前完成课程的预习工作，同时教师借助三维建模软件提前完成常规建构筑物、工艺装置的三维建模并完成与之对应的平、剖面图纸的绘制工作，在课堂上借助PPT向学生介绍常见建构筑物的绘制方法及注意事项。而后利用三维模型及与之对应的平、剖面图向学生介绍工艺装置设备布置图的绘制方法及各类要求。使学生能够对设备布置图有一个全面的认识。在2个学时的理论学习完成后，要求学生根据设备清单，完成各组的设备布置图的绘制工作。此阶段安排的课程时间为4个学时。学生需要根据工艺流程图及操作要求谨慎的布置所有的设备，在此阶段教师需要结合工艺流程图协助学生完成设备的总体布局工作，及时跟进学生的绘图进度，发现并解决绘图中的各类问题。

由于管道布置图涉及的内容及标准较为复杂，此部分课程主要要求学生能够读懂管道布置图。教师可以借助三维建模软件提设计一个简单装置(如一个塔系统)的配管，并完成管道平面布置图、管道轴测图的整理工作。在课堂上借助三维模型与CAD图纸指导学生阅读管道平面布置图及轴测图，通过4个学时的学习，最终使学生能够顺利的完成管道平面布置图及轴测图的阅读。

3 课程成绩的评定

《化工制图CAD》为一门实践性课程，课程成绩的评价更加侧重于学生的实际动手能力及团队协作能力，故课程成绩的评价由设计作品成绩、小组评定成绩、课堂表现成绩三个部分组成：其分值情况如下：

课程成绩=设计作品成绩(60%)+小组评价(20%)+课堂表现(20%)

学生的设计作品需在课程结束1周内以团队为单位，提交纸质及电子图纸给教师，教师根据学生的作品情况分别给予评价；课堂表现主要由教师根据学生的上课出勤、听课情况进行合理打分，由教师在教学过程中完成；而引入小组评价能够有效促进团队成员间的相互合作。

4 结语

化工制图CAD是一门实践课程，采用传统的授课方式，虽然可以使学生掌握基本的化工制图方法，但是对学生设计能力的提升却十分有限，通过让学生以一个特定工艺流程为主线，随着课程的学习逐步的完成工艺流程图、设备装配图、设备平面布置图的绘制工作，不但使学生掌握了化工制图的绘图方法，而且也提升了学生的综合设计能力，对于培养学生的工程实践能力有极大的现实意义。