《教育教学论坛》杂志社_编辑部【投稿】

 联系我们

点击这里给我发消息 韩编辑 984958817 点击这里给我发消息 韩编辑 984958817
联系电话:0311-80820729
 论文鉴赏
结合过程装备与控制工程专业特色的“机械制图测绘”实践课程的教学改革
发布时间:2020-08-26 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
结合过程装备与控制工程专业特色的“机械制图测绘”实践课程的教学改革
王江云,魏耀东,贺娇,刘建新,张晓蕾
1中国石油大学(北京)克拉玛依校区工学院,新疆克拉玛依校 834000;2中国石油大学(北京)机械与储运工程学院,北京 昌平 102249
摘 要:《机械制图测绘》是大学一年级学生学习《机械制图》后的实践教学环节。教学过程中为了反映过程装备与控制工程专业的特色,在机械制图测绘课程中选择了某些化工设备作为测绘对象开展教学活动。按照化工工艺流程的路线开始,要求绘制化工流程图,管路仪表流程图,化工设备施工图,使学生系统和全面地认识到了化工设备在化工流程中的作用,掌握了化工设备零件图和总装配图的绘制方法,获得了良好的教学效果。
关 键 词:机械制图测绘,化工设备制图,实践教学,过控专业,教育教学论坛
The Teaching Reform of the practical course of Mechanical drawing surveying and Mapping combined with the speciality of process equipment and Control Engineering
 
Wang Jiangyun * 1 / 2, Wei Yaodong 1 / 1 / 2, he Jiao 2, Liu Jianxin 1 / 1 / 2, Zhang Xiaolei 1 / 2 / 2
 
China University of Petroleum (Beijing) Karamay Campus Institute of Technology, Xinjiang Karamay School 834000 2 China University of Petroleum (Beijing) School of Machinery and Storage Engineering, Beijing Changping 102249
 
Abstract: mechanical drawing surveying and Mapping is a practical teaching link for freshmen after learning Mechanical drawing. In order to reflect the characteristics of the specialty of process equipment and control engineering in the course of teaching, some chemical equipments were selected as the objects of surveying and mapping in the course of mechanical drawing. According to the route of chemical process, it is required to draw chemical flow chart, pipeline instrument flow chart, chemical equipment construction drawing, so that students can realize the role of chemical equipment in chemical process systematically and comprehensively. Master the drawing method of part drawing and assembly drawing of chemical equipment, and get good teaching effect.
 
Key words: mechanical mapping, chemical equipment drawing, practical teaching, overcontrol major
中图分类号:TB 23
文献标识码:A
 
在1998年全国高等学校专业调整过程中,“化工机械专业”更名为“过程装备与控制工程专业”(以下简称“过控专业”),其培养方案中仍然保留了原化工机械专业的主体课程,即化工设备、流体机械等方面的专业特色课程。按照过控专业的教学计划,在第一学年完成机械制图课程后,需要进行1~2周的“机械制图测绘”实践教学环节。现有的“机械制图”课程主要面向通用机械类专业,教材中所选图样是通用机械图例,对过控专业的机械制图学习没有明确的针对性,不涉及化工设备方面的制图。同样后续的“机械制图测绘”教学也是选择普遍使用的齿轮减速机作为测绘模型,也没有反映出过控专业的专业特色来。过控专业的化工设备图纸不同于一般的通用机械制图。化工设备的零件和装配图的表达方法和技术要求比较特殊、尤其是总装配图有一些较为特殊的表达方法。按照以前的教学模式,学生在学完机械制图课程后,往往仍然不能很好地阅读化工设备的图样,也不能很好的绘制化工设备图纸,直接影响了学生的专业能力培养。为此,我们在过控专业的机械制图测绘课程中选择了某些化工设备作为测绘对象开展教学活动,在教学环节中主要从以下几个方面作了一些改革和探索。
1 对测绘内容做出适当调整
测绘实体选择一些常用的化工设备或附件作为测绘对象,例如列管式换热器、卧式和立式储罐、油水分离器、化工设备人孔、弹簧式安全阀等。这些设备和附件均选择工业用实物模型,主要来自石油化工企业报废的设备。这样测量的化工设备实体真实、准确、可靠。
为了规范化和程序化完成实践教学过程,为学生编写了化工设备零件及总装配图测绘指导书,从测绘的步骤,测绘的方法、工具的使用、图纸的绘制等方面给予指导。同时还编制了化工设备总装配样图、零件样图图册作为教学资料,对各类化工设备的装配图的工作原理、图样画法、视图表达、尺寸标注、技术要求等进行说明。
按照化工设计的专业分工,化工设备是在化工设计基础上进行的,化工设备设计需要满足工艺过程的要求。为此在测绘教学过程中补充了化工工艺流程图(PFD, Process Flowsheet  Diagram),化工管路与仪表流程图(PID, Pipe and Instrument Diagram)的绘制方法和要求的内容,要求学生在绘制化工设备前完成该设备所在流程的化工工艺流程图的绘制,加深化工设备在化工流程中作用的认识,具体的绘图安排路线见图1。整个测绘教学过程涵盖了化工工艺、管线和自动化仪表、化工设备施工图的全过程,全面反映了过程装备设计的系统完整性,也培养了学生从系统工程的观点分析问题的工程意识。

图1 绘图过程的路线
2 教学方案的设计和改进
2.1 化工流程图
首先需要明确化工设备与化工流程之间的关系。化工流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制的,是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。化工流程图直接关系到化工设备的工艺参数确定,是化工设备机械参数确定的基础数据和设计的依据。制图测绘过程中直接选择化工设备所在操作单元的工艺流程进行绘制物料流程图(PFD),要求表达单元内部工艺物料流程即可。在流程PDF图上用粗实线标注出各物料的组分、流量以及设备特性数据,用箭头表示流程方向等。工艺管道及仪表流程图(PID)是以物料流程图为依据,内容较为详细的一种工艺流程图,在管线和设备上画出配置的某些阀门、管件、工艺参数自控和仪表测量点等的有关符号。在流程图中的设备和附件按照结构特征进行绘制,不需按实物比例绘制。这些图纸按照HG 20559-1993 化工装置工艺系统工程设计规定进行绘制。
2.2 装配图
化工设备在工艺流程中是化工过程进行的主体,化工的单元操作是在化工设备内进行的,所以化工设备保证了工作过程的进行,执行了各种化工过程的功能。化工设备的装配图主要是表达总体结构和尺寸,设备的基本特性,各个零件之间的装配和连接关系的。通常情况下装配图的图样表达没有唯一性,只有相对合理性。为提升学生装配图的表达能力,在教学中采用图样进行比较法教学,通过对比同一设备的不同制图表达方法。对比主视图、俯视图和局部视图的布置,在课堂上组织学生展开讨论,进行对比和分析,确定视图的选择原则,加深对化工设备装配图的理解。进一步分析化工设备装配图的外形尺寸、特性尺寸、装配尺寸,对比与一般机械装配图的不同点,获得更深一步的理解。
此外化工设备装配图还需要表达与外部设备的管线连接关系,主要是接管方位和接管标高。这涉及到化工设备场地布置,要求符合化工设计的设备布置和管线配管的基本原则。化工设备装配图中除了单元操作的功能零件外,还有一些附件,如支座,人孔,仪表接管,安全阀接口,梯子平台等。通过测绘使学生认识到化工设备上各个零件的作用是一个多方面的系统组合,缺一不可。
2.3 零件图
化工设备的零件有两大类,一类是标准零件,另一类是非标零件。标准零件一方面可以现场测绘获得尺寸,另一方面也可以通过查阅有关化工设备设计手册获得尺寸。非标零件是单独进行设计的零件,需要现场测绘才能获得零件的尺寸。通常这些零件也是化工设备的化工工艺核心部分,例如换热器的换热管的布置,分馏塔的塔盘等。
化工设备的零件图是提供给制造厂的制造的基本单元。零件图纸包含视图表达,尺寸标注,技术要求及零件工艺结构等。为了方便学生学习、记忆和掌握,可以选取了典型的化工设备零件作为教学案例,对零件的视图表达,尺寸标注(基准选择),技术要求等进行详细分析,从而增强了学生的学习兴趣,也有助于提高教学效果。
2.4 实践教学
化工设备的测绘是“机械制图”课程的重要实践性教学环节。采用“教、学、做”三位一体的教学方法能达到对已经学习过的制图基本知识、基本原理和基本方法的综合运用。教师借助图样和测绘实体对被测对象进行详细的结构分析、功能分析,各个测绘尺寸的选择和尺寸数据的处理。学生通过阅图掌握化工设备图纸绘制的基本格式和要求,同时查阅有关的化工设备设计手册进一步理解化工设备总装配图和零件图的绘制要求。学生在测绘过程中绘制草图图样,完成详细测绘的尺寸信息,实验测绘报告和工程图样。例如卧式容器的鞍式支座的绘制,首先是教师的讲解鞍式支座中各个焊接板件的作用,鞍式支座的固定方法;然后学生则阅读样图和查阅化工设备设计手册中的鞍式支座尺寸进行对比;最后测绘鞍式支座的尺寸,参考样图绘制完成鞍式支座的装配图。
3 教学方法和教学手段
3.1 教学方法
在测绘教学的过程中,针对不同的教学内容,注重教与学的配合,目的是使学生深刻理解、牢固掌握 并能灵活应用已经学习过的机械制图知识。例如采用案例教学方法,引入了多个工程实例和图样,讲解一般设计院的设计过程和绘图过程,说明标准化和规范化的重要性,让学生树立起规范性、严谨性的工作态度;采用讨论式教学法组织学生在课堂上针对出现的问题展开讨论,让学生通过讨论得出解决问题的方法,增加了学生对教学过程的参与感,提升了学习兴趣;采用比较教学法对比同样化工设备不同的图纸表达方法,进行比较、分析、 讨论,从而加深理解。通过这些教学方法使学生参与完成尺寸测量、查阅资料、综合分析、绘制图样、作品完成展示的工作中。
3.2 教学手段
在“机械制图测绘”的教学过程中,为帮助学生提高空间形象思维能力,除了利用实物模型,样图等传统教学手段外,还需充分借助现代教学技术如CAI课件、Solid works三维造型软件等进行课堂的组织和实施。如利用三维软件的强大功能实现零件的造型,装配体的虚拟装配,并利用多媒体动画演示,实现化工设备装配体及零件的拆装分析,帮助学生理解模具零件结构和工作原理,增强了测绘对象的直观性,提高了学生的空间思维能力。
4 模型平台的建设
中国石油大学(北京)克拉玛依校区利用新疆油田公司技师学院的油气集输实训设备开展了化工设备测绘教学活动,包含了油田油气集输的各个方面,可以满足教学的要求。在教学资料方面编写了测绘大纲、测绘教案、装配体和零件测绘指导书,以及大量的化工设备样图。
机械制图测绘实践教学的目的是进一步提高学生绘制和阅读机械图的能力,培养学生综合运用所学制图知识应用于现场实际,也为后续专业课程的学习打下良好的基础。通过一个学期的教学过程表明,对真实的化工设备的实体测绘有助于锻炼学生动手能力,增强学生将书本知识应用于实际的能力,培养学生工程意识,提高学生的工程素质。今后逐渐将测绘对象扩展到相对复杂的化工设备上,测绘内容扩展到设备布置图、管路布置图、梯子平台图,使得机械制图测绘实践教学的内容更加完整和系统,以便为后续专业课程和综合课程设计及其他时间教学环节的学习打好良好的制图基础。
 
参考文献
1. 王淑侠,张茜,蔡旭鹏. 制图测绘课程的多元化实践教学改革研究. 图学学报,2017,38(3):453-457
2. 杨薇,张京英,张辉,佟献英. 机械制图三结合实践教学模式的探索. 图学学报,2014,35(1):127-130
3. 徐昌贵,王晶,刘斌,张磊. 工程制图测绘实践周教学实践与研究. 教学研究,2005,28(4):332-334
4. 赵军,商跃进,张慧. 机械制图测绘课程教学改革与卓越工程师能力培养,中国农机化学报,2106, 37(1):277-280
5. 张胜霞,田怀文. 机械制图课程实践教学与思考,实验科学与技术,2010年, 8(5):113-115
作者介绍:王江云,男,1977,汉,河南延津县,中国石油大学(北京)克拉玛依校区,工学博士,副研究员,过控系系主任。