“过程装备制造”系列课程教学内容与课程体系的研究和实践

朱振华　黄根哲　曹国华

（长春理工大学机电工程学院　吉林长春　130022）

1　“过程装备制造”系列课程的地位和作用

“过程装备与控制工程”是机械类所属八个本科专业之一。从学科构成来看，该专业是一个以机械工程为主体，以化学工程和控制工程为两翼的多学科交叉性专业。从专业知识结构来说，主要包括“过程装备设计”“过程装备制造”和“过程装备控制”三个方面，其中“过程装备设计”和“过程装备制造”是主体。从学生毕业后所从事的工作来看，主要有三类：一是到设计部门从事过程装备的设计工作；二是到过程装备的制造单位从事过程装备制造方面的技术管理工作；三是到使用过程装备的单位从事过程装备的管理和维护工作。无论从事哪方面工作，都必须了解和掌握“过程装备制造”方面的知识。比如在设计一台设备或某个零件时，首先要根据设备或零件的使用工况选择合适的材料。其次要考虑该设备或零件能否制造出来，以及如何制造出来。在画装配图和零件图时，也只有深入掌握了过程装备制造方面的知识才能提出合理的技术要求。从事过程装备管理和维护方面的工作更离不开过程装备制造方面的知识。几乎所有开办“过程装备与控制工程”专业的高校都把能够从事过程装备制造方面的工作作为一项重要的培养目标。因此“过程装备制造”方面的知识是该专业学生知识结构中非常重要的一个知识模块，对该专业学生知识结构的完整以及今后的就业和工作起到至关重要的作用。

2　我国高校“过程装备制造”系列课程的现状

“过程装备与控制工程”专业的前身是“化工设备与机械”专业。1998年专业调整之前，开设“化工设备与机械”专业的所有高校在机械制造方面开设的课程主要有三门：工程材料、金属工艺学和化工机械制造工艺。目前全国所有开设过程装备与控制工程专业的高校也都在其培养方案中设置了相应的“过程装备制造”方面的课程。国内部分高校在“过程装备制造”方面开设的课程见表1（有的高校非最新版培养方案）。

由表1可以看出，不同高校在“过程装备制造”方面所开设的课程门数、课程名称以及课程学时数差别较大。北京化工大学在“过程装备制造”方面设置了三门课程，分别是工程材料、机械制造技术和过程装备制造工艺，而且都是必修课程。该校在过程装备制造方面设置的课程比较具有代表性。其他学校在过程装备制造方面除了都开设工程材料课程外，其他课程差别较大。浙江大学的工程材料课程和现代过程装备制造技术课程都是选修课，如果这两门课程学生都不选修的话，在“过程装备制造”方面就只有机械制造基础一门课程。

课程名称方面也比较混乱。比如同样是讲述零件毛坯制造方法和切削加工方面的内容，有的学校课程名称叫金属工艺学，有的学校叫机械制造技术或机械制造基础，还有的学校把工程材料和机械制造基础合并为一门课程，叫做工程材料及机械制造基础。

不同高校在“过程装备制造”方面所开设课程的学时数和开课学期也相差比较大。比如西北大学工程材料课程为64学时，第五学期。而吉林化工学院工程材料及机械制造基础为56学时（两门课程合并后的总学时），第四学期。过程装备制造工艺（或过程装备制造技术）课程最多为64学时，最少为32学时。

另外我国高校过程装备与控制工程专业在“过程装备制造”方面所使用的教材和教学内容也存在一些不足之处。由表1可以看出，目前国内各高校在过程装备制造方面所开设的课程主要有工程材料、金属工艺学（或机械制造基础）和过程装备制造技术三门课程。其中工程材料属于学科基础课，每个学校都有，教学内容也差别不大。金属工艺学（或机械制造基础）属于专业技术基础课，主要介绍金属零件的常用制造方法。其中邓文英主编的《金属工艺学》是一部经典教材。但过程装备与控制工程专业的学生选用该教材存在一些不足之处。首先，该教材部分内容与前续课程和后续课程相重复。其次金属工艺学课程一般为32学时，该教材分上下两册，内容偏多。金属工艺学课程的其他教材一般也都存在上述几方面的不足。过程装备制造技术（或过程装备制造工艺）属于过程装备与控制工程专业一门非常重要的专业课，主要讲述过程装备的制造技术和工艺。目前各高校使用较多的过程装备制造技术教材是邹广华等编著的《过程装备制造与检测》。该教材的最大特点是把过程装备的制造与制造过程中的检测结合起来，同时教材内容包含了一些较新的制造工艺和检测方法。该教材大幅增加了过程装备检测方面的内容，而这部分内容很多高校都单独开设了无损检测课程，教材中有关过程装备检测（大约占1/3）的内容很多院校几乎一点也不讲，造成教材的很大浪费。

由以上分析可以看出，目前我国高校过程装备与控制工程专业在“过程装备制造”方面的课程设置和教学内容没有统一要求，“过程装备制造”方面的专业基础知识和专业知识没有形成一个完整的知识体系，所使用的教材也存在一些不足之处。

3　“过程装备制造”系列课程的教学内容和课程体系

“过程装备制造”系列课程的课程体系设置取决于教学内容，而教学内容取决于过程装备与控制工程专业的专业内涵和社会对该专业人才在“过程装备制造”方面的知识需求和技术需求。

顾名思义，过程装备是指过程工业中使用的装备。过程工业通过一系列有机结合的工艺过程来实现的。相应于不同的工艺过程，就有不同的过程装备。从过程装备制造角度可将过程装备大致分为两大类：以机械加工为主要制造手段的过程机器部分，如泵、压缩机、离心机等；以焊接为主要制造手段的过程设备部分，如换热器、塔设备、反应设备、储存容器及锅炉等；过程设备与过程机器统称为过程装备。过程装备制造就是指过程机器和过程设备这两类装备的制造。

过程机器的制造与一般机械（如汽车、拖拉机、车床等）的制造过程基本相同。任何机械都是由机械零件装配组合而成的。一般情况下，机械零件的制造过程都是先将原材料经过铸造、锻造、冲压、焊接等方法制成毛坯，再由毛坯经机械加工制成。机械加工的目的是使零件达到精确的尺寸和光洁的表面。常用的机械加工方法主要有以下几种：车削、铣削、刨削、磨削、钻削和镗削等。机械加工方面还要掌握金属切削理论，了解机械加工过程中所使用的机床、刀具、夹具和一些先进的机械加工方法。一般来说，毛坯要经过若干道机械加工工序才能成为合格的成品零件，因此要掌握机械加工工艺规程的制定。为了使切削加工后的零件达到规定的精度和表面质量要求，还需要了解零件精度和表面质量的影响因素以及如何控制零件精度和表面质量。在毛坯制造和机械加工的过程中，为便于切削和保证零件的力学性能，还需在某些工序之间对零件进行热处理。加工完毕并检验合格的各个零件，按照整台机器的技术要求，经过装配才能成为整台机器，因此还需要掌握机器的装配工艺。装配好的机器再经过调试和试运转，合格以后，整台机器的制造才算完成。

过程设备一般都由一个压力容器外壳和相应内件组成。压力容器又都由筒体、封头、法兰、接管、支座等零件组成。压力容器和不同内件组合形成不同类型的过程设备，如换热器由一个压力容器外壳和管板、管束、折流板等内件组成；板式塔由一个压力容器外壳和塔板、浮阀、液体分布器、降液管等内件组成。过程设备的制造主要包括压力容器外壳和各种内件的制造。过程设备很多内件的制造过程跟一般机械零件的制造过程基本相同，例如换热器管板由锻造毛坯经机械加工制成，折流板由冲压毛坯经机械加工制成。因此在过程设备的制造中，压力容器的制造是核心问题。压力容器的基本的制造工艺流程大致如下：选择材料、复检材料、净化处理、矫形、划线、切割、成型（包括筒节的卷制、封头的加工成型、管子的弯曲等）、组对安装、焊接、热处理、检验（无损检测、耐压实验等）。

过程装备的设计和制造还涉及材料选用和热处理等方面的知识。因此对于金属学的基础知识和材料性能、种类、牌号、选用等方面的知识也要掌握。

上述过程机器和过程设备制造过程中涉及的所有知识和技术就是“过程装备制造”系列课程的教学内容。

过程装备设计和制造过程中有关材料选用和热处理等方面的教学内容，绝大多数高校都开设了工程材料课程。过程机器制造过程中毛坯的制造方法以及机械加工过程中各种具体的切削加工方法和相关知识，一般高校都设置了机械制造基础课程或金属工艺学课程。过程设备制造方面的教学内容，一般高校都设置了过程装备制造技术课程或过程装备制造工艺课程。

工程材料课程、机械制造基础（或金属工艺学）课程和过程装备制造技术（或过程装备制造工艺）课程构成了目前我国高校“过程装备制造”方面的课程体系。

4　实践与思考

目前我国高校“过程装备制造”方面的教学内容没有形成一个完整而严密的课程体系。比如与机械零件切削加工有关的机械加工精度和表面质量、机械加工工艺规程和装配工艺这三部分内容应该归入机械制造基础课程，但一般高校都把这三部分内容放在了过程装备制造技术课程中。这样就使得机械制造基础课程的内容不够完整，而且使过程装备制造技术课程中这三部分内容显得比较突兀。基于这方面原因，我校在2007版教学计划中把金属工艺学和过程装备制造技术这两门课程整合为过程装备制造技术基础一门课程。这样就以“过程装备制造”所需要的技术为主线，把过程装备制造所需要的专业基础知识和专业知识进行整体优化组合，形成完整的“过程装备制造”方面的知识体系和课程内容。为此我们还专门申报了两项教研项目进行研究。确定了“过程装备制造”系列课程的教学内容和课程体系之后，便开始着手过程装备制造技术基础课程的教材编写。初步确定该教材内容共包含。绪论；铸造；压力加工；焊接；切削加工；机械加工质量；机械加工工艺规程；典型零件的加工；装配精度与装配尺寸链；零件的结构工艺性；典型过程装备的制造10章。这样过程装备的整个制造过程（包含过程机器与过程设备的制造）就包含在了一门课程中，与先修课程工程材料组成了“过程装备制造”方面完整的教学内容和课程体系。但在具体编写教材时却遇到了一些实际的问题和困惑。由于其他高校没有进行这方面的教学改革和课程整合，如果编写并出版整合后的“过程装备制造技术基础”教材，教材适用范围就会非常小。经与化学工业出版社协商，最终决定把“过程装备制造技术基础”课程的相应教材分为两本：金属工艺学和过程装备制造技术。这两门课程的内容合起来同样形成过程装备制造方面完整而严密的知识体系。我校过程装备与控制工程专业从2007级开始使用新的课程体系和相应教材，使用效果良好。由前面的分析可以看出，把机械制造基础和过程装备制造技术两门课程整合为过程装备制造技术基础一门课程是一项很好的教学改革，编写整合后的过程装备制造技术基础教材也非常必要。鉴于其他高校还没有进行这方面的教学改革，我们希望能在过程装备与控制工程专业教指委的组织和指导下，让更多的高校参与这方面的教学改革和实践，并把改革成果推广到更多高校。

参考文献

［1］　高金吉.过程装备与控制工程学科研究的特点、趋势和前沿.第八届全国高等学校过程装备与控制工程专业教学改革与学科建设校际交流会论文集［C］.北京：化学工业出版社，2002，1-4.

［2］　李志义、刘志军.对过程装备与控制工程专业知识背景的认识［J］.化工高等教育，2003（1）：11-14.

［3］　朱振华.新专业、新思路、新发展［J］.长春理工大学学报，2003（4）：80-82.