“過程裝備制造”系列課程教學內容與課程體系的研究和實踐

朱振華　黃根哲　曹國華

（長春理工大學機電工程學院　吉林長春　130022）

1　“過程裝備制造”系列課程的地位和作用

“過程裝備與控制工程”是機械類所屬八個本科專業之一。從學科構成來看，該專業是一個以機械工程為主體，以化學工程和控制工程為兩翼的多學科交叉性專業。從專業知識結構來說，主要包括“過程裝備設計”“過程裝備制造”和“過程裝備控制”三個方面，其中“過程裝備設計”和“過程裝備制造”是主體。從學生畢業后所從事的工作來看，主要有三類：一是到設計部門從事過程裝備的設計工作；二是到過程裝備的制造單位從事過程裝備制造方面的技術管理工作；三是到使用過程裝備的單位從事過程裝備的管理和維護工作。無論從事哪方面工作，都必須了解和掌握“過程裝備制造”方面的知識。比如在設計一臺設備或某個零件時，首先要根據設備或零件的使用工況選擇合適的材料。其次要考慮該設備或零件能否制造出來，以及如何制造出來。在畫裝配圖和零件圖時，也只有深入掌握了過程裝備制造方面的知識才能提出合理的技術要求。從事過程裝備管理和維護方面的工作更離不開過程裝備制造方面的知識。幾乎所有開辦“過程裝備與控制工程”專業的高校都把能夠從事過程裝備制造方面的工作作為一項重要的培養目標。因此“過程裝備制造”方面的知識是該專業學生知識結構中非常重要的一個知識模塊，對該專業學生知識結構的完整以及今后的就業和工作起到至關重要的作用。

2　我國高校“過程裝備制造”系列課程的現狀

“過程裝備與控制工程”專業的前身是“化工設備與機械”專業。1998年專業調整之前，開設“化工設備與機械”專業的所有高校在機械制造方面開設的課程主要有三門：工程材料、金屬工藝學和化工機械制造工藝。目前全國所有開設過程裝備與控制工程專業的高校也都在其培養方案中設置了相應的“過程裝備制造”方面的課程。國內部分高校在“過程裝備制造”方面開設的課程見表1（有的高校非最新版培養方案）。

由表1可以看出，不同高校在“過程裝備制造”方面所開設的課程門數、課程名稱以及課程學時數差別較大。北京化工大學在“過程裝備制造”方面設置了三門課程，分別是工程材料、機械制造技術和過程裝備制造工藝，而且都是必修課程。該校在過程裝備制造方面設置的課程比較具有代表性。其他學校在過程裝備制造方面除了都開設工程材料課程外，其他課程差別較大。浙江大學的工程材料課程和現代過程裝備制造技術課程都是選修課，如果這兩門課程學生都不選修的話，在“過程裝備制造”方面就只有機械制造基礎一門課程。

課程名稱方面也比較混亂。比如同樣是講述零件毛坯制造方法和切削加工方面的內容，有的學校課程名稱叫金屬工藝學，有的學校叫機械制造技術或機械制造基礎，還有的學校把工程材料和機械制造基礎合并為一門課程，叫做工程材料及機械制造基礎。

不同高校在“過程裝備制造”方面所開設課程的學時數和開課學期也相差比較大。比如西北大學工程材料課程為64學時，第五學期。而吉林化工學院工程材料及機械制造基礎為56學時（兩門課程合并后的總學時），第四學期。過程裝備制造工藝（或過程裝備制造技術）課程最多為64學時，最少為32學時。

另外我國高校過程裝備與控制工程專業在“過程裝備制造”方面所使用的教材和教學內容也存在一些不足之處。由表1可以看出，目前國內各高校在過程裝備制造方面所開設的課程主要有工程材料、金屬工藝學（或機械制造基礎）和過程裝備制造技術三門課程。其中工程材料屬于學科基礎課，每個學校都有，教學內容也差別不大。金屬工藝學（或機械制造基礎）屬于專業技術基礎課，主要介紹金屬零件的常用制造方法。其中鄧文英主編的《金屬工藝學》是一部經典教材。但過程裝備與控制工程專業的學生選用該教材存在一些不足之處。首先，該教材部分內容與前續課程和后續課程相重復。其次金屬工藝學課程一般為32學時，該教材分上下兩冊，內容偏多。金屬工藝學課程的其他教材一般也都存在上述幾方面的不足。過程裝備制造技術（或過程裝備制造工藝）屬于過程裝備與控制工程專業一門非常重要的專業課，主要講述過程裝備的制造技術和工藝。目前各高校使用較多的過程裝備制造技術教材是鄒廣華等編著的《過程裝備制造與檢測》。該教材的最大特點是把過程裝備的制造與制造過程中的檢測結合起來，同時教材內容包含了一些較新的制造工藝和檢測方法。該教材大幅增加了過程裝備檢測方面的內容，而這部分內容很多高校都單獨開設了無損檢測課程，教材中有關過程裝備檢測（大約占1/3）的內容很多院校幾乎一點也不講，造成教材的很大浪費。

由以上分析可以看出，目前我國高校過程裝備與控制工程專業在“過程裝備制造”方面的課程設置和教學內容沒有統一要求，“過程裝備制造”方面的專業基礎知識和專業知識沒有形成一個完整的知識體系，所使用的教材也存在一些不足之處。

3　“過程裝備制造”系列課程的教學內容和課程體系

“過程裝備制造”系列課程的課程體系設置取決于教學內容，而教學內容取決于過程裝備與控制工程專業的專業內涵和社會對該專業人才在“過程裝備制造”方面的知識需求和技術需求。

顧名思義，過程裝備是指過程工業中使用的裝備。過程工業通過一系列有機結合的工藝過程來實現的。相應于不同的工藝過程，就有不同的過程裝備。從過程裝備制造角度可將過程裝備大致分為兩大類：以機械加工為主要制造手段的過程機器部分，如泵、壓縮機、離心機等；以焊接為主要制造手段的過程設備部分，如換熱器、塔設備、反應設備、儲存容器及鍋爐等；過程設備與過程機器統稱為過程裝備。過程裝備制造就是指過程機器和過程設備這兩類裝備的制造。

過程機器的制造與一般機械（如汽車、拖拉機、車床等）的制造過程基本相同。任何機械都是由機械零件裝配組合而成的。一般情況下，機械零件的制造過程都是先將原材料經過鑄造、鍛造、沖壓、焊接等方法制成毛坯，再由毛坯經機械加工制成。機械加工的目的是使零件達到精確的尺寸和光潔的表面。常用的機械加工方法主要有以下幾種：車削、銑削、刨削、磨削、鉆削和鏜削等。機械加工方面還要掌握金屬切削理論，了解機械加工過程中所使用的機床、刀具、夾具和一些先進的機械加工方法。一般來說，毛坯要經過若干道機械加工工序才能成為合格的成品零件，因此要掌握機械加工工藝規程的制定。為了使切削加工后的零件達到規定的精度和表面質量要求，還需要了解零件精度和表面質量的影響因素以及如何控制零件精度和表面質量。在毛坯制造和機械加工的過程中，為便于切削和保證零件的力學性能，還需在某些工序之間對零件進行熱處理。加工完畢并檢驗合格的各個零件，按照整臺機器的技術要求，經過裝配才能成為整臺機器，因此還需要掌握機器的裝配工藝。裝配好的機器再經過調試和試運轉，合格以后，整臺機器的制造才算完成。

過程設備一般都由一個壓力容器外殼和相應內件組成。壓力容器又都由筒體、封頭、法蘭、接管、支座等零件組成。壓力容器和不同內件組合形成不同類型的過程設備，如換熱器由一個壓力容器外殼和管板、管束、折流板等內件組成；板式塔由一個壓力容器外殼和塔板、浮閥、液體分布器、降液管等內件組成。過程設備的制造主要包括壓力容器外殼和各種內件的制造。過程設備很多內件的制造過程跟一般機械零件的制造過程基本相同，例如換熱器管板由鍛造毛坯經機械加工制成，折流板由沖壓毛坯經機械加工制成。因此在過程設備的制造中，壓力容器的制造是核心問題。壓力容器的基本的制造工藝流程大致如下：選擇材料、復檢材料、凈化處理、矯形、劃線、切割、成型（包括筒節的卷制、封頭的加工成型、管子的彎曲等）、組對安裝、焊接、熱處理、檢驗（無損檢測、耐壓實驗等）。

過程裝備的設計和制造還涉及材料選用和熱處理等方面的知識。因此對于金屬學的基礎知識和材料性能、種類、牌號、選用等方面的知識也要掌握。

上述過程機器和過程設備制造過程中涉及的所有知識和技術就是“過程裝備制造”系列課程的教學內容。

過程裝備設計和制造過程中有關材料選用和熱處理等方面的教學內容，絕大多數高校都開設了工程材料課程。過程機器制造過程中毛坯的制造方法以及機械加工過程中各種具體的切削加工方法和相關知識，一般高校都設置了機械制造基礎課程或金屬工藝學課程。過程設備制造方面的教學內容，一般高校都設置了過程裝備制造技術課程或過程裝備制造工藝課程。

工程材料課程、機械制造基礎（或金屬工藝學）課程和過程裝備制造技術（或過程裝備制造工藝）課程構成了目前我國高校“過程裝備制造”方面的課程體系。

4　實踐與思考

目前我國高校“過程裝備制造”方面的教學內容沒有形成一個完整而嚴密的課程體系。比如與機械零件切削加工有關的機械加工精度和表面質量、機械加工工藝規程和裝配工藝這三部分內容應該歸入機械制造基礎課程，但一般高校都把這三部分內容放在了過程裝備制造技術課程中。這樣就使得機械制造基礎課程的內容不夠完整，而且使過程裝備制造技術課程中這三部分內容顯得比較突兀。基于這方面原因，我校在2007版教學計劃中把金屬工藝學和過程裝備制造技術這兩門課程整合為過程裝備制造技術基礎一門課程。這樣就以“過程裝備制造”所需要的技術為主線，把過程裝備制造所需要的專業基礎知識和專業知識進行整體優化組合，形成完整的“過程裝備制造”方面的知識體系和課程內容。為此我們還專門申報了兩項教研項目進行研究。確定了“過程裝備制造”系列課程的教學內容和課程體系之后，便開始著手過程裝備制造技術基礎課程的教材編寫。初步確定該教材內容共包含。緒論；鑄造；壓力加工；焊接；切削加工；機械加工質量；機械加工工藝規程；典型零件的加工；裝配精度與裝配尺寸鏈；零件的結構工藝性；典型過程裝備的制造10章。這樣過程裝備的整個制造過程（包含過程機器與過程設備的制造）就包含在了一門課程中，與先修課程工程材料組成了“過程裝備制造”方面完整的教學內容和課程體系。但在具體編寫教材時卻遇到了一些實際的問題和困惑。由于其他高校沒有進行這方面的教學改革和課程整合，如果編寫并出版整合后的“過程裝備制造技術基礎”教材，教材適用范圍就會非常小。經與化學工業出版社協商，最終決定把“過程裝備制造技術基礎”課程的相應教材分為兩本：金屬工藝學和過程裝備制造技術。這兩門課程的內容合起來同樣形成過程裝備制造方面完整而嚴密的知識體系。我校過程裝備與控制工程專業從2007級開始使用新的課程體系和相應教材，使用效果良好。由前面的分析可以看出，把機械制造基礎和過程裝備制造技術兩門課程整合為過程裝備制造技術基礎一門課程是一項很好的教學改革，編寫整合后的過程裝備制造技術基礎教材也非常必要。鑒于其他高校還沒有進行這方面的教學改革，我們希望能在過程裝備與控制工程專業教指委的組織和指導下，讓更多的高校參與這方面的教學改革和實踐，并把改革成果推廣到更多高校。

參考文獻

［1］　高金吉.過程裝備與控制工程學科研究的特點、趨勢和前沿.第八屆全國高等學校過程裝備與控制工程專業教學改革與學科建設校際交流會論文集［C］.北京：化學工業出版社，2002，1-4.

［2］　李志義、劉志軍.對過程裝備與控制工程專業知識背景的認識［J］.化工高等教育，2003（1）：11-14.

［3］　朱振華.新專業、新思路、新發展［J］.長春理工大學學報，2003（4）：80-82.