Программа По дисциплине " Моделирование и оптимизация материалов и технологических процессов" По специальности

Вид материала

Содержание

Индекс по учебному плану
Форма обучения
1.2. Требования к знаниям и умениям
2. Содержание дисциплины
Общая трудоемкость (часов)
2.2. Содержание разделов дисциплины
Тема 2. Основы моделирования материалов и процессов
Тема 3. Постановка задач оптимизации и поиск оптимальных решений
Тема 4. Моделирование материалов и покрытий и оптимизация параметров состав - структура - технологические и эксплуатационные сво
Тема 5. Моделирование технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимиза
5. Лабораторный практикум
2.4. Курсовая работа, её характеристика
Наименование тем, разделов
3. Учебно-методические материалы по дисциплине

Подобный материал:

М

ИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ

ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

______________ Т.В. Маркелова

«_____» ___________2011 г.

рабочая программа

По дисциплине"Моделирование и оптимизация материалов и технологических

процессов"

По специальности 150601.65 – Материаловедение и технология новых материалов

Факультет Принтмедиа технологий

Кафедра «Материаловедение»

Индекс по учебному плану	Цикл	Компонент
Индекс по учебному плану	Цикл	Федеральный	Национально-региональный (вузовский)	Элективный
CД.02	Общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины
	Общие математические и естественнонаучные дисциплины
	Общепрофессиональные дисциплины
	Специальные дисциплины	
	Дисциплины специализации

Форма обучения	курс	семестр	Трудоемкость дисциплины в часах								Форма итогового контроля
Форма обучения	курс	семестр	Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практически) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая работа	Курсовой проект	Самостоятельная работа	Форма итогового контроля
Очная	4	7	136	85	34		51			51	экзамен
Очно-заочная	4	7	136	51	34		17			85	экзамен
Заочная

Москва — 2011 г

Составитель: _ктн, проф. Поташников П.Ф.

Рецензенты: __дтн, проф. _Бабаевский П.Г.

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Материаловедения»

(дата) 18 июня 2009 г, протокол № 9.

Зав. кафедрой ____________________/А.Ф.Бенда/

Одобрена Советом факультета

(дата) 23 июня 2009 г, протокол № 11.

Председатель____________________/Т.Е.Сретенцева/

1. Цели и задачи дисциплины, требования к знаниям и умениям

1.1. Цель и задачи изучения дисциплины

Цель изучения дисциплины - освоение общих принципов, методов и процедур математического и компьютерного моделирования и оптимизации состава, структуры, технологических и эксплуатационных свойств материалов и параметров технологических процессов их производства и обработки.

Основными задачами, решаемыми при изучении дисциплины, являются:

освоение основных видов моделирования как формы отражения, описания или имитации действительных объектов, процессов и явлений, принципов, методов и процедур их проведения;
расширение и закрепление теоретических и практических знаний по теории оптимизации, постановке оптимизационных задач и методах их решения;
освоение теоретических (аналитических), полуэмпирических и эмпирических, в первую очередь компьютерных методов моделирования простых веществ и соединений и их композиций для определения технологических и эксплуатационных свойств и решения задач по оптимизации параметров состав – структура - свойства материалов и покрытий;
получение навыков и умения строить модели и оптимизировать параметры состав – структура - свойства по типам материалов и покрытий и группам их свойств;
теоретическое и практическое освоение принципов, методов и процедур моделирования технологических процессов, их стадий и переходов с помощью теории подобия, основных законов сохранения и явлений переноса;
получение навыков и умения решать конкретные прямые, обратные и сопряженные задачи моделирования технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимизации их параметров по типам и группам материалов и процессов.

Изучение данной дисциплины базируется на освоении предшествующих дисциплин циклов ЕН, ОПД и СД: Математика, Информатика, Физика, Химия, Метрология, стандартизация и сертификация, Перенос энергии и массы, основы теплотехники и аэрогидродинамики, Методы исследования материалов и процессов, Материаловедение, Технология материалов и покрытий, Физика и химия материалов и покрытий и служит основой для изучения последующих дисциплин цикла СД (Теория и технология процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий, Проектирование цехов и участков по получению, обработке материалов и покрытий) и дисциплин специализаций.

1.2. Требования к знаниям и умениям

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

знать:

основы моделирования и теории оптимизации;
теоретические (аналитические), полуэмпирические, эмпирические и компьютерные методы моделирования простых веществ и соединений и их композиций для определения их технологических и эксплуатационных свойств;
принципы, методы и процедуры моделирования технологических процессов, их стадий и переходов с помощью теории подобия, основных законов сохранения и явлений переноса, уравнений математической физики и экспериментальных данных;
методы решения задач по оптимизации параметров состав – структура - свойства материалов и покрытий и процессов из получения и обработки;

владеть:

основными понятиями теории моделирования и оптимизации технологических процессов;

математическим аппаратом теории моделирования, позволяющим решать конкретные технологические задачи.

уметь:

строить модели и оптимизировать параметры состав – структура - свойства по типам материалов и покрытий и группам их свойств;
решать конкретные прямые, обратные и сопряженные задачи моделирования технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимизации их параметров.

2. Содержание дисциплины

2.1. Наименование тем, их содержание, объем в часах.

№п/п	Наименование тем, разделов	Общая трудоемкость (часов)
№п/п	Наименование тем, разделов	Аудиторные занятия (всего часов)	Лекции	Практические занятия (семинары)	Лабораторные занятия
1	Введение. Тема 1. Основные понятия, задачи моделирования	2	2
2	Тема 2. Основы моделирования материалов и процессов	16	4		8
3	Тема 3. Постановка задач оптимизации и поиск оптимальных решений	21	10		12
4	Тема 4. Моделирование материалов и покрытий и оптимизация параметров состав – структура - технологические и эксплуатационные свойства	26	10		16
5	Тема 5. Моделирование технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимизация их параметров	20	8		15
6	Итого	85	34		51

2.2. Содержание разделов дисциплины

Тема 1. Введение. Основные понятия, задачи моделирования.

Основные определения и терминология, цель, задачи и основные разделы лекционного курса, другие формы занятий. Роль математического и компьютерного моделирования и решения задач оптимизации в комплексной разработке и автоматизации проектирования и подготовки производства в области новых материалов и технологических процессов.

Тема 2. Основы моделирования материалов и процессов

Принципы, методы и процедуры моделирования как формы отражения, описания и имитации действительных систем (объектов и процессов). Основные виды моделирования: концептуальное, структурно-функциональное, физическое, математическое и компьютерное. Математический аппарат статистического моделирования: метод наименьших квадратов, регрессионный анализ, статистическое оценивание.

Особенности и возможности математического и компьютерного моделирования непрерывных и дискретных систем.

Тема 3. Постановка задач оптимизации и поиск оптимальных решений

Классификация и постановка задач оптимизации, условия и критерии оптимальности. Построение целевой функции, безусловная оптимизация, линейные и нелинейные ограничения, многокритериальные задачи оптимизации.

Активный и пассивный эксперимент. Планирование экспериментов. Полный факторный эксперимент, дробные реплики, планы высоких порядков. Композиционные планы. Планирование на диаграммах состав-свойство.

Методы решения задач оптимизации: расчетно-аналитические методы, методы поиска оптимума на основе статистических моделей (градиентный метод, метод крутого восхождения, симплексный метод). Линейное и нелинейное программирование оптимальных задач. Составление обобщенных параметров оптимизации. Периодическая оптимизация. Постановка задач оптимального управления. Основные алгоритмы теории распознавания образов и их реализации. Метод экспертных оценок. Факторный и дисперсионный анализ.

Тема 4. Моделирование материалов и покрытий и оптимизация параметров состав - структура - технологические и эксплуатационные свойства

Принципы, методы и процедуры математического и имитационного моделирования структуры и свойств простых и сложных, в том числе композиционных материалов: методы атомных и молекулярных орбиталей, полуэмпирические подходы, принцип аддитивности атомных и групповых вкладов.

Основные приемы расчетного прогноза термодинамических и физико-химических параметров веществ. Использование моделей для решения задач оптимизации состава, структуры и свойств материалов и покрытий.

Особенности и примеры построения моделей и решения задач оптимизации состава и структуры основных классов материалов и покрытий (металлических, неметаллических неорганических, углеродных и полимерных) и их основных химических и физических (термодинамических, теплофизических, механических, электрических и магнитных и диффузионных) свойств.

Тема 5. Моделирование технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимизация их параметров

Общие принципы, методы и процедуры математического и компьютерного моделирования явлений и процессов в технологии полиграфических производств, основных соотношений сохранения (балансов) энергии, массы и количества движения, законов равновесной и неравновесной термодинамики, химической кинетики, кинетики массо- и теплопереноса. Примеры решения прямых, обратных и сопряженных задач моделирования и оптимизации параметров технологических процессов печати. Пакеты прикладных программ и базы данных по моделированию и оптимизации материалов и покрытий различных типов (по природе и назначению), технологических процессов (по типам материалов и процессов).

5. Лабораторный практикум

№ п/п	N раздела дисциплины	Наименование лабораторных работ
1	Тема 2	Построение статистической модели численным методами по результатам пассивного эксперимента применительно к параметрам состав – структура - свойства материала
2	Тема 3	Построение статистической модели по результатам активного эксперимента применительно к параметрам состав – структура - свойства материала
3	Тема 3	Разработка алгоритма расчета и оптимизации процесса охлаждения неограниченной пластины с учетом граничных условий первого рода и внутреннего тепловыделения
4	Тема 3	Моделирование свойств газов и жидкостей и сложных смесей на основе их состава
4	Тема 4	Моделирование процесса испарения органических растворителей при сушке красочных покрытий
5	Тема 4	Моделирование химической кинетики и химико-технологических схем.
6	Тема 5	Моделирование процесса набухания форм флексографской печати в процессе вымывания
7	Тема 5	Моделирование процесса окислительной полимеризации красок УФ-отверждения на ЭВМ
8	Тема 5	Моделирование процесса травления форм глубокой печати на ЭВМ

2.4. Курсовая работа, её характеристика

Не предусмотрена

2.5. Организация самостоятельной работы

	Наименование тем, разделов	Виды и формы самостоятельной работы * (распределение по часов по формам обучения)
		Подготовка к практическому (семинару, лаб. работе)			Подготовка рефератов (докладов, сообщений и информационных материалов т.п.)			Выполнение домашних контрольных и иных заданий			Подготовка к промежуточной аттестационной работе (в т.ч. коллоквиум, тестирование и пр.)			Подготовка к зачету (экзамену)
		Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная	Очная	Очно-заочная	Заочная
1	Введение. Тема 1. Основные понятия, задачи моделирования.	2
2	Тема 2. Основы моделирования материалов и процессов	8	17								2	2		2	4
3	Тема 3. Постановка задач оптимизации и поиск оптимальных решений	7	14								2	2		2	4
4	Тема 4. Моделирование материалов и покрытий и оптимизация параметров состав – структура - технологические и эксплуатационные свойства	7	14		2	2					2	2		3	4
5	Тема 5. Моделирование технологических процессов производства, обработки и переработки материалов и нанесения покрытий и оптимизация их параметров	7	14								2	2		3	4

3. Учебно-методические материалы по дисциплине

3.1. Рекомендуемая литература

а) основная литература:

Савицкий Е.М. и др. Прогнозирование в материаловедении с использованием ЭВМ. –М.: Наука, 1990, 342 С.
Аскадский А.А., Кондращенко В.И. Компьютерное материаловедение полимеров. Атомно-молекулярный уровень. М.: Научный мир, 1999, 544 С.
Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. –М.: Химия, 1985, 448С.
Шараф М.А., Иллмен Д.Л., Ковальски Б.Р. Хемометрика. –Л.: Химия, 1989, 270С.
Вабищевич П.Н. Численное моделирование. –М.: МГУ, 1993, 152 С.
Гилл Ф., Мюррей У. Практическая оптимизация. –М.: Мир, 1985, 509 С.
БояриновА.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. –М.: Химия, 1975, 576С.

б) дополнительная литература:

Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. –М.: Высшая школа, 1991, 399 С.
Стьюпер Э., У.Брюггер, П.Джурс. Машинный анализ связи химической структуры и биологической активности. –М.: МИР, 1982, 235С.
Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. –М.: Химия, 1974, 343С.
Неуструев А.А. Планирование эксперимента. – М.: МАТИ, 1985, 23 С.