崔晶晶，王照成，袁 華

（1.武漢工程大學化學與環(huán)境工程學院環(huán)境與化工清潔生產(chǎn)國家級實驗教學示范中心，武漢 430205；2.中國五環(huán)工程有限公司，武漢 430223）

0 引言

畢業(yè)設計是本科教育的重要環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設計，學生運用本科階段所學的知識，獨立完成某一特定課題。該過程既是對學生理論知識的綜合檢驗，也是對學生運用所學知識解決實際問題的鍛煉，是培養(yǎng)學生獨立研究能力及創(chuàng)新能力的有效方式，還是針對未來研究及工作的一次重要實習［1-3］。近年來，隨著招生規(guī)模的不斷擴大，高校教師指導力量逐漸不足，同時研究生入學考試、找工作競爭壓力不斷增大，導致學生投入在畢業(yè)設計上的時間明顯縮短。以上客觀現(xiàn)實疊加諸如監(jiān)管制度尚不完善、學生科學寫作能力缺失、防剽竊教育力度低等其他諸多因素，本科畢業(yè)設計出現(xiàn)了一系列如設計題目脫離生產(chǎn)實際、抄襲嚴重、選題不當，學生無法獨立完成、論文寫作不規(guī)范等嚴重影響畢業(yè)論文質(zhì)量的問題［4-6］。鑒于以上問題，教育界甚至出現(xiàn)了本科畢業(yè)設計制度存廢之爭［7］。化學化工專業(yè)學生畢業(yè)后主要是從事化學化工領(lǐng)域的研究、設計及生產(chǎn)工作，畢業(yè)設計環(huán)節(jié)對學生的日后發(fā)展具有重要的作用。針對化學化工專業(yè)畢業(yè)設計存在的問題，一些文章進行了討論并提出了相關(guān)解決措施［8-11］，但是難以從根本上解決問題。校企合作完成本科畢業(yè)設計是一種新型的培養(yǎng)模式［12-14］，該模式依托實際工程項目并使用項目管理模式對畢業(yè)設計進行指導和監(jiān)督，可以鍛煉學生的工程思維，提高學生解決實際問題的能力，增強學生的創(chuàng)新意識，全面提高畢業(yè)設計的質(zhì)量。

1 工程項目下本科畢業(yè)設計

化學化工本科生培養(yǎng)目的是為社會輸送工程技術(shù)人才，傳統(tǒng)的畢業(yè)設計僅依托于學校本身，畢業(yè)設計的選題缺乏工程背景，指導教師理論知識豐富但實際工程經(jīng)驗相對不足，導致學生的工程實踐能力無法在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)得到有效提升?？紤]到工程公司承擔著大量的工程項目設計工作，擁有高素質(zhì)的工程師隊伍，因此，采用校企聯(lián)合的方式，基于實際工程項目對化學化工專業(yè)本科生進行畢業(yè)設計指導，是提高學生工程實踐能力的有效方式。該模式還有助于工程公司充分了解畢業(yè)生能力，提供了一種潛在的人才選拔機制。

1.1 管理方式

傳統(tǒng)的畢業(yè)設計通常由高校老師作為指導教師，每個高校導師指導多個學生，但是，由于高校老師承擔著繁重的教學和科研任務，同時還要負責研究生培養(yǎng)，指導監(jiān)督多個本科生的畢業(yè)設計的精力極為有限，這是造成畢業(yè)論文質(zhì)量下降的一個重要原因［15-16］。工程公司擁有實踐經(jīng)驗豐富、專業(yè)素養(yǎng)精良的工程師隊伍，同時在參與工程項目過程中也積累了充足的管理經(jīng)驗，因此在畢業(yè)設計中引入企業(yè)導師不僅可以有效解決高校導師人力緊張的問題，還有助于學生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。在校企聯(lián)合的畢業(yè)設計中，高校導師可以根據(jù)傳統(tǒng)模式指導多個學生，工程公司指派具有豐富設計經(jīng)驗的工程師，根據(jù)實際工作負荷指導1 或2 名學生。同時將畢業(yè)設計過程進行任務分解，根據(jù)高校導師及企業(yè)導師的自身特點采用矩陣式管理模式，明確管理任務，提高管理效率。高校導師主要負責策劃和協(xié)調(diào)工作，企業(yè)導師主要負責工程設計指導工作。畢業(yè)設計任務分解及管理分工如表1 所示。

表1 畢業(yè)設計任務管理分工

1.2 選題原則

選題是畢業(yè)設計的關(guān)鍵步驟之一，選題合適與否將直接影響到畢業(yè)設計的質(zhì)量［17］。首先選題要基于實際工程項目，著眼于解決工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題，這樣才能引起學生的興趣。其次選題的范圍要合適，題目范圍不宜過大或過小。如果選題范圍過大，例如選用“煤制合成氨工藝系統(tǒng)設計”，則會因涉及內(nèi)容過多，導致學生在有限的時間內(nèi)無法完成設計任務，即使勉強完成也只是囫圇吞棗，淺嘗輒止，學生的綜合素質(zhì)無法得到全面提升。如果選題范圍太小，例如選用“某離心泵系統(tǒng)工藝設計”，則會因為內(nèi)容太少，導致學生不能全面系統(tǒng)的學到工程設計，畢業(yè)設計內(nèi)容單薄。因此，在選題時最好是選擇工程項目中某個獨立的單元，即要流程簡單便于按時完成，又要盡量包含各種單元操作，使學生充分得到鍛煉。再次在選擇課題時，盡量選擇正在執(zhí)行的工程項目，創(chuàng)造機會讓學生參與實際的項目設計，這樣既可提高學生的參與感和積極性，同時也能減輕企業(yè)導師的工作負荷。

1.3 實施方案

1.3.1 工程設計流程

工程設計中，與化學化工專業(yè)相關(guān)的主要設計文件有工藝流程圖、物料平衡表、設備布置圖、管道儀表流程圖等。為了最終完成這些設計文件，在畢業(yè)設計初始階段需要讓學生掌握工程設計的流程。工程設計首先要明確設計輸入，包括確定裝置或單元的處理能力或產(chǎn)品能力、明確產(chǎn)品的質(zhì)量要求、收集原料及所需公用工程的規(guī)格。然后通過閱讀文獻，對不同工藝方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較，確定適合于本課題的工藝方案。接下來，根據(jù)確定的工藝方案，對工藝流程進行流程模擬計算得到物料平衡，并根據(jù)計算結(jié)果進行相應的工藝計算（例如泵的系統(tǒng)計算，管道尺寸的計算，設備尺寸的計算）。最后根據(jù)工藝計算結(jié)果編制設計文件。

1.3.2 工藝方案選擇

工藝方案選擇是工程設計的重要環(huán)節(jié)之一，方案選擇的正確與否將直接決定整個設計工作的成敗。該環(huán)節(jié)中，學生根據(jù)選定的課題進行文獻檢索，通過大量閱讀文獻來找出不同方案的優(yōu)缺點，對不同的方案在投資、消耗、占地等方面進行定性分析，從而最終確定最佳的工藝方案。該階段，由于學生可能對課題熟悉度不夠，需要企業(yè)導師提供給學生相關(guān)的檢索詞，并及時甄別學生所查詢參考文獻的質(zhì)量。學生則需要積極思考，主動和企業(yè)導師進行方案討論，提高自己的分析能力并建立初步的工程思維。

1.3.3 工藝系統(tǒng)計算

工藝系統(tǒng)計算是工程設計的核心內(nèi)容，在該過程中學生首先要根據(jù)選定的題目通過模擬軟件對整個工藝流程進行建模并計算，常用的流程模擬計算軟件是Aspen Plus，企業(yè)導師需要首先指導學生對軟件進行學習，然后讓學生進行獨立建模并進行計算，同時在計算過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維及實踐能力。以課題“酸性水汽提系統(tǒng)設計”為例，圖1（a）給出了酸性水汽提系統(tǒng)的原始流程，其基本原理為酸性水自汽提塔（C01）塔頂進入塔中，低壓蒸汽自塔底進入塔內(nèi)，在汽提塔內(nèi)低壓蒸汽和酸性氣進行逆流接觸從而脫除酸性水中的CO2和H2S 等酸性氣體。塔底冷凝液經(jīng)泵加壓后送出界外。塔頂汽提氣經(jīng)循環(huán)水冷卻后進行氣液分離，分離后的氣相送出界外，液相經(jīng)泵加壓后送出界外。首先讓學生根據(jù)圖1（a）進行建模并計算，然后指導學生在塔頂增加一個酸性水加熱器（E02）再進行模擬計算，優(yōu)化后的流程如圖1（b）所示。計算結(jié)果表明，通過增加酸性水加熱器不僅降低了塔底蒸汽的消耗，而且減少了塔頂循環(huán)水冷卻器的水耗。通過這種方式讓學生掌握工藝流程優(yōu)化的技巧。

圖1 酸性水汽提工藝流程

通過流程模擬得到物料及熱量平衡，然后再進行設備尺寸、管道尺寸等計算。同樣以“酸性水汽提系統(tǒng)設計”為例，所需要進行的計算如表2 所示。

表2 中的計算內(nèi)容學生基本上都在課堂上學習過，但是課堂上接觸的計算比較簡單，一般是以習題的方式出現(xiàn)，達不到工程設計的深度。實際工程設計中，上述計算需要依據(jù)相應的標準規(guī)范，例如泵的系統(tǒng)計算是根據(jù)《HG／T 20570.5-95 泵的系統(tǒng)設計計算和設備安裝高度的確定》來完成。在工藝系統(tǒng)計算過程中，由企業(yè)導師告知學生不同計算所遵循的標準規(guī)范，由學生根據(jù)標準規(guī)范自行完成Excel 計算表格的編制并進行相關(guān)計算。可以使學生夯實理論基礎，熟悉工程設計所需的標準規(guī)范，進而掌握相應的工藝系統(tǒng)計算。

1.3.4 設計文件編制

基于工程項目的畢業(yè)設計成品文件一般包括工藝流程圖、管道儀表流程圖、建議設備布置圖等。企業(yè)導師提供編制設計文件所需要的輸入條件及遵循的標準規(guī)范，學生完成設計文件的編制。

1.3.5 畢業(yè)論文撰寫

基于方案選擇，工藝計算及設計文件的編制內(nèi)容，學生完成最終的畢業(yè)論文撰寫。在畢業(yè)論文撰寫的過程中，高校導師充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，在科學寫作、論文結(jié)構(gòu)、論文格式等方面對學生進行指導，企業(yè)導師則在工程計算的嚴謹性方面進行把關(guān)。通過校企雙導師的共同協(xié)作，共同保證畢業(yè)論文的質(zhì)量。

1.4 過程管理

1.4.1 進度控制

本科畢業(yè)設計一般是在大四的第二學期，持續(xù)時間一般為3～4 個月，而在這個時期，很多學生還要忙于準備研究生復試及找工作，能夠全身心投入畢業(yè)設計的時間有限。因此制定清晰明了的進度計劃并嚴格執(zhí)行是保證畢業(yè)設計保質(zhì)保量完成的前提。針對不同課題的特點，由企業(yè)導師和學生共同制定切實可行的進度計劃，圖2 為典型的畢業(yè)設計進度計劃橫道圖。學生根據(jù)進度計劃安排自己的畢業(yè)設計工作，同時每周提交任務清單及上周任務完成情況，企業(yè)導師和學校導師共同監(jiān)督任務完成情況，及時要求學生及時按進度完成設計任務。除了日常溝通討論，學生每半月向企業(yè)導師當面匯報畢業(yè)設計進展，提出所面臨的問題并和企業(yè)導師討論解決。

圖2 畢業(yè)設計進度計劃橫道圖

1.4.2 質(zhì)量控制

引入PDCA循環(huán)理論，對畢業(yè)設計全過程及每個任務的質(zhì)量進行控制。PDCA（Plan-Do-Check-Act）循環(huán)是一個持續(xù)改進模型，廣泛應用于各行各業(yè)的質(zhì)量管理活動［18］。對每個任務通過Plan（計劃）、Do（執(zhí)行）、Check（檢查）、Act（處理）4 個步驟不斷循環(huán)，直到質(zhì)量達標。例如對于工藝流程計算任務，首先制定方案（Plan），企業(yè)導師提供設計輸入及產(chǎn)品要求，同時指導學生對模擬軟件進行學習。然后進行模擬計算（Do），由學生獨立對流程進行建模，輸入設定參數(shù)并進行模擬計算，得到初步的計算結(jié)果。接著由企業(yè)導師對計算結(jié)果進行檢查（Check），看產(chǎn)品要求是否滿足，如果滿足則說明計算結(jié)果正確，進入下一個設計任務，如果不滿足，則需要對模型、參數(shù)設定等進行檢查，找出問題所在。最后由學生對模型進行修正，并重新計算（Act），最終得到正確的計算結(jié)果。通過對整個畢業(yè)設計及分解任務進行PDCA 循環(huán)，可以有效保證畢業(yè)設計的質(zhì)量。

1.4.3 設計對標

所謂“對標”是指對比標桿找差距，進而達到改進提升的目的。在學生完成初步的設計文件后，和實際工程項目的最終設計文件進行對標，從而找到差距，然后針對這些差距和企業(yè)導師進行討論并對設計文件進行修改完善，提升設計文件的質(zhì)量。以“酸性水汽提系統(tǒng)設計”為例，使用同樣的模擬軟件和設計輸入，學生計算的循環(huán)水用量和對標設計文件不同，計算偏差超過了5%，因此需要對這個差距進行分析。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)學生在建立計算模型時，選用ELECNRTL 作為全局物性方法，但是針對純水系統(tǒng)的模擬，此物性方法計算結(jié)果會有偏差，因此需要將循環(huán)水冷卻器的循環(huán)水側(cè)物性方法改為STEAM-TA。對模型參數(shù)進行調(diào)整后進行計算，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)和對標設計文件一致。通過設計對標，可以使學生進一步掌握工程設計的技巧，改進設計文件質(zhì)量，提升學生的獲得感。

2 實踐效果

（1）提高學生的工程化及實戰(zhàn)化能力?；诠こ添椖块_展畢業(yè)設計，使學生接觸到了實際的工程項目，工程設計能力及實踐能力得到了提升。學生不僅學會了很多專業(yè)的軟件（例如Aspen Plus，Auto CAD，HTRI等），熟悉了工程設計所需的標準規(guī)范，還掌握了工程設計的流程及如何進行工程計算，夯實了大學期間學習的知識，建立了初步的工程思維。同時分析問題，解決問題的能力也得到了提升。為今后的科研及工作打下了良好的基礎。

（2）開闊學生應用視野，提高學生的綜合素質(zhì)。在畢業(yè)設計的過程中，學生可以了解工程公司所開展的業(yè)務及執(zhí)行的項目，熟悉本領(lǐng)域的各種工藝技術(shù)。企業(yè)導師可以向?qū)W生展示項目中的現(xiàn)場圖片，使學生對工程項目有更加直觀的認識。實際工程項目要想能夠順利地執(zhí)行，需要用到很多項目管理的工具?；诠こ添椖康漠厴I(yè)設計可以使學生接觸并了解這些項目管理的知識，例如矩陣式管理、橫道圖進度計劃、PDCA循環(huán)等，從而使學生的綜合素質(zhì)得到提升。

（3）產(chǎn)教融合，企?！半p贏”。通過校企合作共同輔導本科生進行畢業(yè)設計，減輕了高校導師的工作負荷，提高了畢業(yè)設計的質(zhì)量，為社會培養(yǎng)了高素質(zhì)的技術(shù)型人才。企業(yè)在承擔社會責任的同時，也可以分配一些設計工作給學生，降低企業(yè)導師的工作負荷，同時這種模式也為企業(yè)選拔人才提供了一種新的機制，使企業(yè)和高校形成“雙贏”的局面。

3 結(jié)語

針對化學化工專業(yè)的人才培養(yǎng)特點，采用校企聯(lián)合的方式共同指導本科畢業(yè)設計。該模式可以充分發(fā)揮高校導師和企業(yè)導師的優(yōu)勢，利用工程公司豐富的工程項目資源及高素質(zhì)的工程師隊伍，提高了學生的工程意識及實踐實戰(zhàn)能力，開拓了學生專業(yè)應用視野，提升了學生的綜合素質(zhì)，取得了良好的效果。同時學校和企業(yè)的溝通得到了增強，雙方形成了“雙贏”的局面，共同為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才。