Рабочая программа по дисциплине дс 05. «Моделирование и оптимизация технологии полимерных материалов» для специальности 240205 «Технология переработки пластмасс и эластомеров» дневной формы обучения

Вид материала

Рабочая программа

Содержание 1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе 1.2. Задачи изучения дисциплины. 1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для усвоения данной дисциплины. 2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине. Студент должен уметь 3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам занятий. 4. Содержание лекционного курса. Введение в химическую кибернетику. Основы математического моделирования. Общие принципы планирования эксперимента. Полный факторный эксперимент. Методы оптимизации. Композиционное планирование. 5. Перечень практических занятий – не предусмотрены 7. Задания для самостоятельной работы студентов 8. Курсовой проект – не предусмотрен 12. Список основной и дополнительной литературы по дисциплине.

Подобный материал:

• Рабочая программа по дисциплине опд р01 «Приоритетные химические технологии» 240502., 165.02kb.
• «Технология переработки пластмасс и эластомеров», 394.35kb.
• Рабочая программа по дисциплине дс02 «Основы проектирования и оборудование предприятий, 124.77kb.
• Рабочая программа по дисциплине дс02 «Основы проектирования и оборудование предприятий, 140.91kb.
• «Химия и технология переработки пластмасс и полимерных композитов», 351.62kb.
• Курс 4,5 Семестр 8,9 Часов в неделю 8 сем. 4 Часов в неделю 9 сем., 295.7kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд ф 12 «Химия и физика полимеров» для специальности, 321.91kb.
• Рабочая программа по дисциплине опд ф. 04 «Электротехника и электроника» 240502., 219.89kb.
• Рабочая программа по дисциплине: «Технология хранения и переработки продукции растениеводства», 233.3kb.
• Рабочая учебная программа факультет, 281.64kb.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»


Энгельсский технологические институт (филиал)


Кафедра химической технологии


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине ДС 05.

«Моделирование и оптимизация технологии полимерных материалов»

для специальности 240205 «Технология переработки пластмасс и эластомеров» дневной формы обучения

Курс 5

Семестр 9

Часов в неделю:

Лекции – 2 часа

Лабораторные занятия - 2 часа

Зачет 9 семестр

	Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры « 09 » 11 2011 г. протокол № 3 Зав. кафедрой, профессор_______Устинова Т.П.
	Рабочая программа утверждена на заседании УМКС « 11 » 11 2011 г. протокол № 2 Председатель УМКС, профессор ______ Устинова Т.П.

Саратов 2011 г.


1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

1. 1. Цель преподавания дисциплины:
   

Целью изучения дисциплины «Моделирование и оптимизация технологии полимерных материалов» является:

• ознакомление студентов с возможностями использования средств вычислительной техники для решения задач модели­рования, оптимизации и управления производственными про­цессами в технологии полимерных материалов;
  
• привитие студентам навыков корректной постановки задач технологии полимерных материалов для решения на ЭВМ, реализация на них вычислительных алгоритмов и получение физически обоснованных результатов расчета;
  
• обучение студентов методологии проведения расчетных ис­следований химических процессов на ЭВМ и использование последних для решения задач проектирования и оптимизации технологии полимерных материалов.
  

1.2. Задачи изучения дисциплины.

В соответствии с поставленной целью основными задачами изучения дисциплины «Моделирование и оптимизация технологии полимерных материалов» являются:

• изучение возможности использования ЭВМ в исследовании химико-технологических процессов и химико-технологиче­ских систем и, в частности, технологии переработки полимерных материалов, а именно модели­ровании, оптимизации и управления технологическими про­цессами;
  
• подготовка студентов к решению практических задач технологии полимерных материалов, приобретение ими умения на должном инженерном уровне формулировать технологическую задачу для решения на ЭВМ, навыков применения ЭВМ и проведения оценки целесообразности использования вычислительных машин при изучении технологии переработки полимерных материалов.
  

Изучение дисциплины сопровождается лабораторными занятиями.


1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для усвоения данной дисциплины.

Для успешного усвоения дисциплины «Моделирование и оптимизация технологии полимерных материалов» необходимо знание дисциплин, на которых он базируется, а именно:

• математика;
  
• новые информационные технологии;
  
• общая химическая технология;
  
• технология переработки полимеров;
  
• основы проектирования и оборудование предприятий по переработке полимеров;
  
• химия и физика полимеров;
  
• химия и технология полимерных композиционных материалов.
  

2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине.

Студент должен знать:

что такое химическая кибернетика; системный анализ; методы моделирования химико-технологических процессов; этапы математического моделирования; различие в подходах к моделированию детерминированных и стохастических процессов; жесткие и вероятностные модели; теплопередача и моделирование режимов охлаждения изделий из полимерных материалов; реология и особенности моделирования течения полимерных материалов; экструзия и моделирование движения расплава полимера в зазорах шнекового экструдера; моделировние отверждения термораективных смол; использование статистико-вероятностных методов при математическом моделировании; планирование эксперимента; регрессионный анализ; факторы и параметры оптимизации; полный факторный эксперимент; дробный факторный эксперимент; композиционное планирование второго порядка; методы оптимизации.

Студент должен уметь:

уверенно пользоваться программными продуктами Microsoft Word и Microsoft Excel; принципами активного проведения эксперимента с применением метода полного факторного эксперимента, позволяющим получить несложную и наглядную математическую модель изучаемого процесса; владеть практическими методами планирования эксперимента, построения математической модели в виде уравнения регрессии и ее инженерной интерпретации.


3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам занятий.

№ модуля	№ недели	№ темы	Наименование темы	Часы
				Всего	Лекций	Л. з.	Пр. з.	СРС
1	2	3	4	5	6	7	8	9
I	1	1	Введение в химическую кибернетику, методы моделирования ХТП.	16	4	4		8
	3	2	Основы математического моделирования. Теплопередача и моделирование режимов охлаждения изделий из полимерных материалов; реология и особенности моделирования течения полимерных материалов; экструзия и моделирование движения расплава полимера в зазорах шнекового экструдера; моделировние отверждения термораективных смол.	48	12	12		24
II	7	3	Общие принципы планирования эксперимента. Полный факторный эксперимент	56	14	14		28
	14	4	Композиционное планирование второго порядка. Методы оптимизации	16	4	4		8
		ИТОГО		136	34	34		68

4. Содержание лекционного курса.

№ темы	Всего часов	№ лекции	Тема лекции. Вопросы, отрабатываемые на лекции
1	2	3	4
1	4	1 2	Введение в химическую кибернетику. Методы моделирования ХТП. Предмет и задачи дисциплины. Определение химической кибернетики как науки (предмет, метод и средство исследований). Характеристика химико-технологических процессов (ХТП) и химико-технологических систем (ХТС): элементы структуры ХТС и информационные связи, операторы ХТС, свойства ХТС. Анализ и синтез ХТС и их оптимизация. Вклад отечественной науки и практики в решение вопросов изучения ХТС с применением ЭВМ. Методы моделирования процессов: физическое и математическое моделирование. Области их применения. Метод аналогий для изучения явлений, имеющих разное физическое содержание, но описывающихся одинаковыми отношениями. Исследование ХТП и ХТС методом математического моделирования.
2	12	3 4 5 6-7 8	Основы математического моделирования. Этапы математического моделирования. Описание, формализованная схема и математическая модель процесса. Детерминированные и стохастические процессы в технологии полимерных материалов. Основные виды математических моделей. Модели с распределенными и сосредоточенными параметрами. Динамические и статические модели. Жесткие и вероятностные модели. Принцип «черного ящика». Составление уравнений математического описания. Уравнения баланса массы, энергии. Системы уравнений математического описания и их анализ. Критерии адекватности математической модели. Алгоритмизация математических моделей с целью реализации их на ЭВМ. Языки программирования. Алгоритмы решения уравнений математического описания типовых процессов технологии полимерных материалов. Теплопередача и моделирование режимов охлаждения изделий из полимерных материалов; реология и особенности моделирования течения полимерных материалов; экструзия и моделирование движения расплава полимера в зазорах шнекового экструдера; моделировние отверждения термораективных смол. Исследование ХТП и ХТС методом вычислительного эксперимента. Получение статических и динамических характеристик моделей объекта на ЭВМ. Составление математических моделей статистико-вероятностным методом. Активный эксперимент.
3	14	9 10 11 12 13-14 15	Общие принципы планирования эксперимента. Полный факторный эксперимент. Планирование эксперимента. Регрессионный анализ. Факторы, их свойства. Выбор необходимого числа факторов. Требования, предъявляемые к факторам, совокупности факторов. Параметр оптимизации. Требования, предъявляемые к параметру оптимизации. Решение задач с единственным параметром оптимизации. Полный факторный эксперимент. Проверка воспроизводимости результатов эксперимента. Матрица планирования полного факторного эксперимента, ее свойства и правила составления. Расчет коэффициентов уравнения регрессии, проверка их значимости. Проверка адекватности уравнения регрессии. Инженерная интерпретация уравнения регрессии. Дробный факторный эксперимент, правила построения матрицы дробного факторного эксперимента. Генерирующие соотношения и определяющие контрасты.
4	4	16 17	Методы оптимизации. Композиционное планирование. Методы оптимизации. Метод «крутого восхождения» («крутого спуска»). Симплекс-планирование. Описание «почти стационарной области». Композиционное планирование. Ортогональные планы второго порядка. Ротатабельные планы второго порядка. Эволюционное планирование.

5. Перечень практических занятий – не предусмотрены

6. Перечень лабораторных занятий.

№ темы	Всего часов	№ занятия	Тема лабораторного занятия. Вопросы, отрабатываемые на лабораторном занятии
1	2	3	4
1	4	1 2	Изучение текстового редактора Microsoft Word, в т.ч. модуля Microsoft Graph. Изучение электронных таблиц Microsoft Excel. Форматирование и программирование ячеек. Инженерные расчеты в Microsoft Excel.
2	12	3-8	Разработка схемы алгоритма, составление и отладка программы для расчета показателей свойств полимерных композиционных материалов. Представление результатов в виде различного типа диаграмм. Построение линий тренда, вычисление коэффициентов достоверности аппроксимации описывающей функции.
3	14	9 10-12 13 14-15	Составление математической модели ХТП переработки или получения одного из полимерных материалов методом полного факторного эксперимента с использованием электронных таблиц Microsoft Excel: разработка алгоритма, составление и отладка программы для оценки воспроизводимости результатов эксперимента по критерию Кохрена. расчет коэффициентов уравнения регрессии; оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии по критерию Стъюдента и проверка полученного уравнения на адекватность при помощи критерия Фишера. Сравнение программ для расчета математической модели на языке Бейсик и электронных таблиц Microsoft Excel с точки зрения удобства использования, быстроты и точности расчетов.
4	4	16-17	Моделирование оптимизации методом «крутого восхождения» («крутого спуска»). Симплекс-планирование. Композиционное планирование. Ортогональные планы второго порядка. Ротатабельные планы второго порядка. Эволюционное планирование.

7. Задания для самостоятельной работы студентов

№ темы	Всего часов	Вопросы для самостоятельного изучения	Литература
1	2	3	4
1	4	Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах. Модель идеального вытеснения.	/1, 2, 9/
2	4	Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах. Модель идеального смешения.	/1, 2, 9/
3	4	Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах. Диффузионная модель.	/1, 2, 9/
4	4	Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах. Ячеечная модель.	/1, 2, 9/
5	4	Типовые математические модели структуры потоков в аппаратах. Комбинированные модели.	/1, 2, 9/
6	4	Параметр оптимизации. Виды параметров оптимизации. Требования, предъявляемые к параметру оптимизации	/7,8,10,12,13/
7	4	Факторы. Требования, предъявляемые к факторам при планировании эксперимента. Требования к совокупности факторов.	/7,8,10,12,13/
8	4	Преимущества метода полного факторного эксперимента (дробного факторного эксперимента) перед классическим экспериментом	/7,8,10,12,13/
9	4	Дробный факторный эксперимент (метод дробных реплик)	/8, 13/
10	4	Градиентные методы оптимизации	/1, 7, 10, 12/
11	4	Симплексный метод планирования эксперимента	/8, 12, 13/
12	4	Метод Бокса-Уилсона, его сущность и основные этапы. Крутое восхождение.
13	4	Метод Бокса-Уилсона, его сущность и основные этапы. Исследование области оптимума.	/1,7,8,10,12,13/
14	4	Центральное композиционное планирование. Ортогональные планы второго порядка.	/8, 12, 13/
15	4	Центральное композиционное планирование. Ротатабельные планы второго порядка.	/8, 12, 13/
16	4	Представление уравнения регрессии в канонической форме.	/12, 13,/
17	4	Эволюционное планирование (EVOP)	/1, 7, 9/

8. Курсовой проект – не предусмотрен

9. Курсовая работа – не предусмотрена

10. Расчетно-графическая работа – не предусмотрена.

11. Контрольная работа – по данной дисциплине предусмотрена 1 контрольная работа для студентов заочного обучения.


12. Список основной и дополнительной литературы по дисциплине.

Основная

1. Введение в математическое моделирование. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Логос, 2007. – 440 с.
   

2. А. А. Самарский, А. П. Михайлов. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005 г. 320 с.

3. Технология переработки полимеров: Ч. 1: Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов (под ред. Кулезнева В.Н., Гусева В.К.) Изд. 2-е, испр., доп.. Власов С.В., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др. М.: Мир, 2006. – 600 с.

Дополнительная

1. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и технологии полимерных материалов. -М.: Химия, 1985.
   
2. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Химия, 1982.
   
3. Кузичкин Н.В., Саушин Л.П. Методы и средства автоматизированного расчета химико-технологических систем. Учебное пособие для ВУЗов. Л.: Химия, 1987
   
4. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2008. – М.: ОЛМА Медиа Групп, 2008. – 960 с.: ил.
   
5. Кольцова Э.М., Гордеев Л.С. Методы синергетики в химии и химической технологии: Учебное пособие для вузов. – М.: Химия, 1999. – 256 с.: ил.
   
6. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в технологии полимерных материалов. М.: Химия, 1975.
   
7. Ровенскова Т.А. Планирование эксперимента в производстве химических волокон. М.: Химия, 1977.
   
8. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцова З.М. Системный анализ процессов технологии полимерных материалов. М.: Наука, 1983.
   
9. Островский Г.М., Бережинский Т.А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. М.: Химия, 1984.
   
10. Дильман В.В., Полянин А.Д. Методы модельных уравнений и аналогий. М.: Химия, 1988.
    
11. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1971.
    
12. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969.
    
13. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и технологии полимерных материалов. Л.: Химия, 1975.
    

13. Перечень наглядных пособий и ТСО.

1. Компьютерный класс на базе PC Pentium
   
2. Программное обеспечение:
   

• текстовый редактор Microsoft Word, в т.ч. модуль Microsoft Graph.
  
• электронные таблицы Microsoft Excel.
  
• программа расчета полного факторного эксперимента, состоящая из отдельных модулей.
  

Рабочую программу составил

доцент каф. ХТ _________ /Арзамасцев С.В./


«_____»_____________2011 г.