制药工程专业毕业设计模式的创新及实践.pdf

制药工程专业毕业设计模式的创新及实践 祝宏 刘永琼 巨修练 胡学雷 武汉工程大学化工与制药学院 (武汉 430073) 摘 要 根据制药工程专业的培养目标,结合实际工作经历,依学生现有的专业理论基础所设计,通过计算机辅助 工艺设计的手段,使学生首次在制药工程工艺设计中,实现了物料衡算、 能量衡算、 设备选型计算、 换热器传热系数 校核、 有关工程经济的同步联动计算和设计结果的即时动态显示,提高了设计计算精度和设计效率;学生从中深刻 领会到制药车间计算机辅助工艺设计的基本程序、 原则和方法,树立正确的设计理念,取得了满意的教学效果;同 时提出加强制药工程专业计算机辅助工艺设计的必要性和迫切性。 关键词 制药工程;毕业设计新模式;计算机辅助设计 随着现代科学技术的迅猛发展,计算机应用已经渗透到 各学科的每一个领域,那种利用纸和笔进行计算、 绘图的历 史终将被计算机辅助设计(Computer Aided Design ,CAD)所替 代。CAD就是建立起某种模式和方法,使计算机按照人的意 图,去进行分析和计算,作出判断和选择,最后输出满意的结 果,它把人类的逻辑推理、 学习联想、 富于创造性的优点与计 算机高速、 精确、 信息存贮量大的特性结合起来,通过人机交 互技术融为一体,从而使两者的优势都得到了充分的发挥; 用CAD手段来进行车间工艺设计,具有效率高,计算准确, 管理数据方便,查找、 修改数据容易,绘图快捷和准确,数据 与图的联动性强,可动态显示、 重复利用、 按需打印等普通 手工设计无法具备的优点。目前CAD技术已成为我国企业 提高自身技术素质,增强市场竞争力的重要手段,但目前设 计人员中熟练掌握计算机辅助设计技术的不多,所以培养掌 握现代设计人才已成为一项迫切的任务,这就要求在组织教 学内容时,除了向学生传授常规设计方法内容外,还要加强 CAD与分析,增加现代设计方法与先进CAD软件的应用等 教学内容,使学生的知识结构符合21世纪人才的需求。 毕业设计是教学计划中最重要的实践性教学环节之一, 它的基本要求是培养学生综合运用所学的基础理论、 基本知 识和基本技能,用以分析、 解决工程、 科研、 社会实际问题的 能力,使学生得到工程设计方法和科研能力的初步训练,同 时培养学生正确的思想方法,树立严谨的治学态度、 理论联 系实际的工作作风。毕业设计也是学生即将完成学业的最 后一个重要环节,它既是对所学知识的全面检验、 总结和综 合应用,又为今后走向社会的实际工作铸就了一个良好的开 端,优秀的毕业设计可以使学生的设计思路和创新理念得到 很好的展现,充分体现设计者对知识掌握和运用的熟练程 度,优秀的设计方案还能够推广应用。 就制药工程专业毕业设计的实践教学而言,各兄弟院校 都有丰富的教学经验可供借鉴,但为本课程配套的CAD设 计环节却没有成熟的教学模式可以参考。因此,根据制药工 程专业的培养目标,结合本校制药工程专业教师所具有的实 际工作经历,学院对制药工程专业毕业设计模式进行了探索 和实践,初步形成了一套较完整的CAD毕业设计模式。 一、CAD毕业设计大纲、 题目与设置原则 11CAD毕业设计大纲 (1) CAD毕业设计的目的与任务 通过本环节的学习,使学生掌握CAD的基本工作程序、 原则和方法,掌握制药工艺流程设计、 物料衡算、 能量衡算、 设备选型、 车间工艺布置设计等的CAD步骤,培养学生综合 运用所学计算机知识和专业知识,特别是用CAD方法解决 制药工程车间工艺设计实际问题的能力,从技术上的可行性 与经济上的合理性两个方面树立学生正确的设计思想,提高 学生计算机编程及运用计算机设计绘图的能力。 (2) CAD毕业设计的基本环节 毕业实习时间为4周,详细了解实习车间的生产工艺 流程、 控制点、 主要工序操作、 控制方法、 操作条件、 主要设备 的结构、 尺寸和性能及工作原理;熟悉实习产品的能源条件、 节能措施、“三废” 防治及综合利用、 实习车间的布置、 技术安 全、 实习车间的生产组织和技术管理情况;掌握实习产品的 技术经济指标、 实习车间曾出现过和现存的问题、 曾采取或 打算采取的改进措施。 CAD毕业设计时间为11周,首先按毕业实习收集的 实际生产过程信息,确定生产工艺、 绘制工艺流程框图,结合 工程实际指导学生查阅所需资料及检索相关规范标准,从技 术可行性和经济合理性两方面树立正确的设计思想。 将采集到的工艺参数、 估测经验参数和物性常数分别 编入电子表格数据库,编制物料衡算、 能量衡算、 设备选型计 算、 换热器传热系数校核和有关工程经济的计算程序模块。 71 药学教育2005年 第21卷 第5期 收稿日期:2005208202。 作者简介:祝宏(1963 - ) ,男,湖北武汉人,硕士,副教授,从事药物合成与制药工程研究。 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 绘制随电子表格数据库内容变化、 即时显示设备位 号变动的带控制点工艺流程图、 物料流程图、 主要设备的平 立面布置图和部分设备的局部配管图,且能动态输出物料流 程图中的计算内容,编制含程序计算模块的设计说明书。 设计考核、 评定成绩。 (3) CAD毕业设计的考核、 评分方法 设计考核的内容含设计说明书与图纸的质量,说明书内 容是否完整,文字表达是否简洁、 清楚,程序模块能否进行联 动计算,工作界面是否友好,可读性、 可移植性是否强,设备 选型与车间布置是否合理、 先进,主要设备总装图结构是否 正确,图纸表达是否规范,图面是否整洁、 清楚等。 CAD毕业设计结束后,由指导教师以及相关教师主持毕 业设计答辩会,学生分别进行汇报和答辩,这既增强了学生 的工程观念,又激发了学生的学习兴趣,成绩评定按百分制 记分。 (4) CAD毕业设计要求 针对每个设计题目均编写有设计任务书,规定了设计 说明书包括的内容,设计参考资料目录,绘制图纸的要求,给 每个学生发1份设计任务书。 要求学生一律采用计算机编程计算、 制图,并进行指 导。 工艺参数、 估测经验参数和物性常数必须分别编入电 子表格数据库的不同区域,以便学生到实验室自行研究核 实。 除建立电子表格数据库时直接键入工艺参数、 估测经 验参数和物性常数外,其它计算过程均必须采用引用方式操 作。 21CAD毕业设计题目设置原则 所选设计题目均来源于我校教师或毕业生曾经承担或 正在主持的工程设计的一部分,这些题目的设置让毕业设计 摆脱照搬课本、 脱离实际的模式,使之具有真实性,更贴近工 程实际,让学生进行 “真刀实枪” 的设计,调动其积极性,增强 其责任感。 二、 具体设计实例:年产110吨甲磺酸培氟沙星车间计 算机辅助工艺设计 11CAD毕业设计课程设计任务书 设计题目:年产110吨甲磺酸培氟沙星车间计算机辅助 工艺设计。设计时间:11周。 (1)设计内容和要求 按毕业实习中收集的宜昌天仁制药有限公司甲磺酸 培氟沙星原料药车间的部分生产工艺资料,合理地调整其部 分流程,依相似放大原理,基本按现行医药化工设计规范要 求,采用计算机辅助工艺设计手段,进行设计工作。 将收集到的工艺参数、 估测经验参数和物性常数分别 列入微软的办公套件Excel中的电子表格数据库,编制其物 料衡算、 能量衡算、 设备选型计算、 换热器传热系数校核和有 关工程经济的计算模块。 利用Autodesk公司的平面设计软件AutoCAD绘制其 生产车间带控制点的工艺流程图、 主要设备的平立面布置 图、 部分设备的局部配管图、 典型设备的装配图和物料流程 图。 在微软的办公套件Word中编制其含程序计算模块的 设计说明书。 (2)设计成果 在工艺设计说明书中,首次实现物料衡算、 能量衡算、 设备选型计算、 换热器传热系数校核和有关工程经济的同步 联动计算,提高了计算精度和自动化程度。 在工艺流程图、 主要设备的平立面布置图、 部分设备 的局部配管图和物料流程图上,首次实现了设计结果的即时 动态显示,提高了设计效率。 工作界面友好,可读性、 可移植性强,易被企业一线工 作人员掌握和使用,以创造更好的经济效益。 21 教师的指导原则 (1)强化学生的工程观念 在设计中,要求学生从多方案中筛选出技术上先进、 经 济上合理、 操作中安全的合理数学模型,使学生对所设计的 结果具有责任感。 (2)注意能力培养 设计的特点是综合性强,要求学生综合应用所学计算机 知识和专业知识,利用不同的计算机辅助设计软件,完成工 艺流程图、 工艺平面图及设备结构图等的绘制,根据实际情 况编写一些新程序或修改某些原有的程序,来开拓思路,进 一步完善设计软件。 (3)启发诱导式的答疑 由于学生各自基础有差异,设计过程中会遇到一些自己 不能够解决的问题。指导教师在答疑时,对学生的问题不宜 讲解得过于具体细致,应采取启发诱导的方式,尽量让学生 独立思考,自己解决问题。 31 答辩是毕业设计中的一个重要环节 组织好答辩对巩固和加深学生设计知识,扩大设计收获 具有重要意义,主要采用在多媒体教室进行 “公开答辩” 的形 式;答辩时,学生首先利用多媒体设备,通过大屏幕依次介绍 自己的设计过程、 特点,然后由学生或教师提问;答辩后,答 辩组全体教师集体评分,由参与过该项目研发的教师根据自 己的工作经验和理论知识对学生进行讲解和总结,使学生感 受到生动的教育。这种答辩形式,既提高了学生处理综合问 题的能力,也是对设计成果的再次拓展和巩固。 三、CAD毕业设计教学特色与效果 11 设计课题与生产实践相结合 通过与来源于生产实际的工程设计项目结合,使得CAD 毕业设计达到 “实战学习”,将理论与实际紧密结合,学生通 过CAD毕业设计达到接触新的科学与工程技术的效果,同 时获得有关设备与工程技术的最新动态和知识,其设计成果 也具有潜在的使用价值。学生毕业后,能够迅速适应企业与 科研机构的需要。 21设计内容中基本做到专业知识与计算机辅助设计知 81 药学教育2005年 第21卷 第5期 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 识灵活结合 整个设计过程完全采用计算机辅助设计,做到了 “无绘 图板、 无绘图仪、 无描图工序”,实现了 “三无设计”,既运用和 检验了专业课所学知识,又为学生提供了一种新的设计方法 和思路,适应了现代工程设计发展的需要;由于设计应用了 计算机,大大缩短了计算时间,教师可用更多时间培养学生 的独立思考能力。 31 毕业设计与实验的结合 学生通过编制工艺参数、 估测经验参数和物性常数电子 表格数据库,获取设计所需的各种参数,进一步明确工艺参 数、 估测经验参数和物性常数影响设计结果的重大意义,实 现毕业设计与实验的有机结合,既培养了学生工程设计的正 确理念,同时也加强了学生的动手能力,实现科研与工程设 计双丰收。 毕业设计不同于平时作业,在设计中需要学生做出决 策,即自己制定方案、 选择流程、 查取资料、 进行过程和设备 计算,并要对自己的选择作出论证和核算,经过反复的分析 比较,择优选定最理想的方案和合理的设计。所以毕业设计 是培养提高学生独立工作能力的有益实践,在毕业设计实践 教学过程中增设和加强CAD内容非常必要。 参考文献 1李铭才.计算机辅助设计课程教学改革的研究与实践 J .高等工程教育研究,1996 ,2:262301 2李雪梅.中英两国高校计算机课程辅助教学研究J . 广西大学学报(哲学社会科学版) ,2002 ,24(6) :10221041 3权华.工业设计教学中的计算机应用与研究J .甘肃 科技, 2003 ,19(10) :112121 4姚佑平.互动式教学在工程制图及CAD整合教学