Рабочая программа учебной дисциплины по дисциплине «Основы мехатроники» для специальности 220401 Мехатроника Форма обучения очная

Вид материала

Рабочая программа

Содержание 1 Цели и задачи учебной дисциплин 2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины 3 Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы 4 Содержание дисциплины по темам и видам занятий 5 Содержание лекционного курса 6 Перечень лабораторных занятий 7 Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы 8 Учебно-методическое, материально-техническое обеспечение

Подобный материал:

• Рабочая программа учебной дисциплины по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», 251.9kb.
• Учебной программе дисциплины пс тупд п2 тематика и структура оценки кр/кп приложение, 41.37kb.
• Учебной программе дисциплины пс тупд п2 тематика и структура оценки кр/кп приложение, 51.62kb.
• Рабочая программа по учебной дисциплине Основы электронной коммерции, оэк наименование, 744.36kb.
• Рабочая учебная программа по дисциплине: «Организационные основы управления персоналом», 589.12kb.
• Учебной программе дисциплины пс тупд п2 тематика и структура оценки кр/кп приложение, 58.46kb.
• Рабочая учебная программа по дисциплине «Теория перевода» для специальности «031202, 514.42kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд07 "автоматизация технологических процессов" для, 223.62kb.
• Рабочая учебная программа по дисциплине «Практический курс перевода» для специальности, 682.26kb.
• Рабочая учебная программа по дисциплине «Делопроизводство в кадровой службе» для специальности, 510.33kb.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


УП 220401-08-5-0

РП СД.Ф.01.

Кафедра «Мехатроника и международный инжиниринг»


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


по дисциплине «Основы мехатроники»


для специальности 220401 Мехатроника


Форма обучения очная


Орел 2011 г.


Автор, доктор техн. наук, профессор

Л.А. Савин _____________


Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры

«Мехатроника и международный инжиниринг».

Протокол № 1 от «сентября» 2011 г.


Заведующий кафедрой «Мехатроника и международный инжиниринг»

д-р техн. наук, профессор Л.А. Савин_____________


Рабочая программа согласована с заведующим выпускающей кафедрой

«Мехатроника и международный инжиниринг»

д-р техн. наук, профессор Л.А. Савин _____________


Рабочая программа утверждена на заседании УМС факультета новых технологий и автоматизации производства.

Протокол №____ от «____» _____________2011 г.


Председатель УМС факультета новых технологий и автоматизации производства

д-р техн. наук, профессор Пилипенко О.В. ______________

Содержание

Введение	4
1. Цели и задачи дисциплины	5
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплин	5
3. Распределения трудоемкости дисциплины по видам учебной работы	6
4. Содержание дисциплины по темам и видам занятий	6
5. Содержание лекционного курса	7
6. Перечень лабораторных занятий	11
7. Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы	12
8. Учебно-методическое, материально-техническое обеспечение дисциплины	12
9. Рекомендуемая литература	13

Введение


Данная дисциплина является платформой и своеобразным ключом для изучения базовых курсов учебного плана специальности 220401 – Мехатроника. Содержит в себе информационные и методологические предпосылки для целостного понимания концептуальных основ, структуры и принципов создания технических объектов, соединяющих в себе элементы точной механики, электроники, электромеханики, информацирнных технологий.

Дисциплина открывает цикл специальных дисциплин для специальности подготовки кадров высшей квалификации 220401 – Мехатроника. В курсе данной учебной дисциплины рассматриваются предпосылки развития мехатроники и области применения мехатронных систем; концепция построения мехатронных систем; определения и терминология мехатроники; структура и принципы интеграции мехатронных систем; мехатронные модули движения; современные мехатронные системы; проблематика и современные методы управления мехатронными модулями и системами.

Изучение курса «Основы мехатроники» должно обеспечить целостное понимание студентами предмета их будущей специальности «Мехатроника», а также первичный необходимый объем фундаментальных инженерных знаний в области мехатроники для углубленного изучения последующих специальных курсов, неразрывно связанных с курсом «Основы мехатроники» и определяющих профессиональных уровень будущих специалистов специальности «Мехатроника».

1 Цели и задачи учебной дисциплин

Цель преподавания дисциплины заключается в обеспечении целостного понимания студентами базовых категорий и принципов мехатроники, формировании информационной и методологической базы для изучения специальных дисциплин, а также приобретении практических навыков анализа и синтеза мехатронных объектов

Задачами:

1. ознакомление студентов с базовыми понятиями, историей становления и ключевыми факторами развития мехатроники;
   
2. изучение концептуальных принципов построения структур и элементной базы мехатронных модулей систем;
   
3. изучение истории становления и ключевых факторов развития мехатроники;
   
4. изучение базовых понятий и определений мехатроники;
   
5. изучение концепции построения, состава и структуры мехатронных модулей и систем;
   
6. изучение принципов действия основных элементов мехатронных модулей;
   
7. изучение модульного принципа построения мехатронных систем;
   
8. изучение современных подходов к синергетической интеграции элементов в единые мехатронные модули и системы;
   
9. изучение современных принципов и интеллектуальных методов управления мехатронными объектами;
   
10. изучение областей эффективного применения мехатронных систем;
    
11. изучение основ современных (интеллектуальных) методов моделирования и проектирования мехатронных систем.
    
12. изучение основ теории управления, дискретной математики и численных методов с последующим применением полученных знаний для приобретения практических навыков и умений в области технико-экономическими обоснованного и рационального проектирования мехатронных систем.
    

Программа построена на основании Государственного образовательного стандарта для специальности 220401 – Мехатроника , выписка из которого по дисциплине «Основы мехатроники» включает следующие разделы: предпосылки развития мехатроники и области применения мехатронных систем; концепция построения мехатронных систем; определения и терминология мехатроники; структура и принципы интеграции мехатронных систем; мехатронные модули движения; современные мехатронные системы; проблематика и современные методы управления мехатронными модулями и системами.


2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения курса студенты должны:

1. знать типовые конструкции мехатронных узлов;
   
2. выполнять синтез кинематических схем механизмов;
   
3. использовать при проектировании синергетический подход;
   
4. использовать при проектировании экономический подход;
   
5. проводить сравнительный анализ технико-экономических возможностей различных видов мехатронных узлов;
   
6. выполнять расчет мехатронных элементов и систем;
   
7. уметь рационально выбрать принципиальные мехатронных систем;
   
8. выполнять проектные, проверочные и оптимизационные расчеты для типовых задач проектирования мехатронных систем с использованием ЭВМ;
   
9. иметь навыки и умения в области проектирования и расчета мехатронных систем.
   

3 Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы

Таблица 1

Распределение часов учебного плана

Вид учебной работы		Всего часов
№	Общая трудоемкость дисциплины	136
1 1.1 1.2	Аудиторные занятия. Всего Лекции (Л) Лабораторные работы (ЛР)	86 46 36
2	Индивидуальные занятия с преподавателями	2
3 3.1 3.2 3.3	Самостоятельная работа (СРС). Всего Подготовка к Л и ЛР Самостоятельное изучение теоретического материала. Выполнение расчетно-графической работы	56 38 12 4
Вид итогового контроля		Экзамен

4 Содержание дисциплины по темам и видам занятий

Таблица 2

Распределение нагрузки по темам и видам занятий

№ Раздела	Тема раздела	Количество часов
		Всего	Л	ЛР	СРС
1 2 3 4	Базовые категории мехатроники Элементная база мехатронных систем Моделирование мехатронных объектов Применение мехатронных устройств		12 12 12 10	8 12 12 8	12 16 14 12
Всего часов		136	46	36	54

5 Содержание лекционного курса

Таблица 3

№ Раздела	№ лекции	Тема лекции, план лекций	Кол-во час.	Рекомендуемая литература
1	1 2 3 4 5 6	Общие сведения о мехатронике. Основные понятия, термины и категории мехатроники. Тенденции и стадии НТР. Микро- и макроциклы. Виды технических систем. Этапы развития мехатроники. Показатели качества и требования к мехатронным объектам. Принципы построения и элементная база мехатронных систем. Общая концепция построения и компоненты мехатронной системы. Синергетический подход. Интеллектуальные технические системы. Человек как мехатронная система. Системность в мехатронике. Основные понятия системологии. Системотехника. Принципы системного подхода. Классификация систем. Структурные модели. Процессы декомпозиции и агрегатирования. Этапы синтеза систем. Управление мехатронными объектами. Понятие и способы управления. Программное управление. Автоматическое регулирование. Параметрическая и структурная адаптация. Интеллектуальное управление. Законы управления. Уровни интеллектуализации мехатронных систем. Принцип конфигурируемого управления. Пределы аппаратной и программной централизации. Вопросы теории автоматического управления. PID управление. Надёжность мехатронных систем. Понятие отказа. Виды отказов. Показатели надёжности. Характеристики случайных величин. Основные уравнения надёжности. Вероятность безотказной работы различных видов систем. Вопросы проектирования мехатронных систем. Этапы и стадии проектирования. Жизненный цикл изделий. Методы проектирования. Направления совершенствования проектирования. Особенности инженерных расчётов. Алгоритмы проектного и проверочного расчётов. Проблемы интеграции информационных, проектных, технологических, организационно-экономических и образовательных процессов в мехатронике.	2 2 2 2 2 2	/18/,c.11-21 /15/,c.9-36 /8/,c.6-11, 62-104 /1/,с.62-105 /3/,с.6-19 /18/,c.28-34, 45-51 /6/,c.54-62 /8/,c.15-22 /21/,c.30-36 /9/,c.113-292 /18/,c.150-315 /9/,c.240-250 /18/,c.267-277 /8/,c.487-497 /9/,c.198-215 /18/,c.228-248 /6/,c.1-72-76 /8/,c.220-235 /21/,c.340-357 /9/,c.113-197 /18/,c.150-227 /8/,c.169-212 /21/,c.285-339 /1/,c.169-213 /2/,c.113-198
2	7 8-9 10 11 12	Исполнительные устройства мехатронных систем. Способы преобразования движения. Классификация механизмов. Принципы функционирования механических, пневмогидравлических, электромагнитных, пьезоэлектрических устройств. Передаточные функции и характеристики исполнительных механизмов. Мехатронные модули движения. Параметры вращательного и поступательного движения. Редукторы и мультипликаторы. Схемы зубчатых редукторов. Мотор-редукторы. Структурный и кинематический анализ зубчатых передач. Дифференциальные и планетарные зубчатые механизмы. Степень подвижности. Передаточные отношения. Конструктивные исполнения. Волновые зубчатые передачи. Энергетические элементы мехатронных систем. Источники энергии. Двигатели вращательного и поступательного движений. Классификация, принципы работы, КПД, рабочие характеристики. Электродвигатели. Информационно-измерительные системы. Виды информационных систем: измерительная, автоматического контроля, технической диагностики, распознавания образов. Выполняемые функции, уровни интеллектуализации и принципы построения ИС. Первичные преобразователи. Средства очувствления. Системы технического зрения. Принципы передачи и преобразования информации. Вычислительные устройства. Компьютер как мехатронная система. Характеристики вычислительных устройств. Вычислительные сети. Параллельные вычисления. Суперкомпьютеры.	2 4 2 2 2	/9/,c.132-144 /18/,c.165-168 /8/,c.193-205 /18/,c.168-172 /9/,c.295-307 /18/,c.316-337 /8/,c.339-353 /9/,c.308-340 /18/,c.372-401 /15/,c.323-401 /8/,c.396-431 /21/,c.425-439 /9/,c.341-375 /18/,c.417-459 /18/,c.406-416 /15/,c.488-524
3	13 14 15 16 17 18	Математическое моделирование ТС. Понятие моделирования. Классификация, структура и принципы построения математических моделей. Фундаментальные законы физических объектов. Базовые уравнения микро- и макроуровня. Фундаментальные законы сохранения, превращения и взаимосвязи. Базовые соотношения гидромеханики, теории упругости, термодинамики и теории колебаний. Методы моделирования. Схемные модели объектов. Типы переменных. Нелинейные модели. Имитационное моделирование. Аналитические и численные методы. Структурный и кинематический анализ. Кинематические пары и соединения. Степень подвижности. Формула Чебышева. Последовательность структурного анализа. Аналитический, графический и графоаналитический метод кинематического анализа. Силовой расчёт и динамический анализ. Виды действующих сил. Принцип Гамильтона. Уравнение Лагранжа. Последовательность силового расчёта механизмов. Уравнения движения в интегральной и дифференциальной форме. Виды и параметры колебаний. Амплитудно-частотные характеристики. Устойчивость движения. Нелинейные колебания: параметрические, самовозбуждающиеся, хаотические. Автоматизированное проектирование мехатронных систем. Назначение САПР. CAD/CAM/CAE, PLM системы. CALS технологии. Прикладные программы расчёта: структура и алгоритмы.	2 2 2 2 2 2	/9/,c.21-57 /18/,c.56, 90-117 /15/,c.57-97 /8/,c.284-303 /21/,c.206-228 /1/,c.257-315 /6/,c.257-284 /1/,c.462-497 /18/,c.11-21 /15/,c.9-36 /8/,c.6-11, 62-104 /1/,с.62-105 /3/,с.6-19 /18/,c.28-34, 45-51 /6/,c.54-62 /8/,c.15-22 /21/,c.30-36
4	19 20 21 22 23	Сферы применения мехатронных объектов. Тенденции практического применения мехатронных изделий. Бытовые, медицинские, транспортные, полиграфические и другие мехатронные объекты. Мехатронные технологии в роторных машинах. Технологические и специальные мехатронные системы. Гибкие автоматизированные производства. Уровни автоматизации технологических процессов. Аппаратно-программное сопровождение РТС. АСНИ. Роботы-манипуляторы. Роботы и робототехнические комплексы. Робототехника как отрасль науки и техники. Классификация роботов. Антропоморфные механизмы. Специальные технологии в мехатронике. Супертехнологии. Кинетотроника. Пьезоэлектрические устройства. Биомеханика. Бионические мехатронные устройства. Нанотехнологии в мехатронике. Мехатроника и международный инжиниринг. Виды и уровни знаний. Понятия и категории инжиниринга. Особенности международной научно-исследовательской и проектно-конструкторской деятельности. Инженерная консалтинговая деятельность.	2 2 2 2 2	/18/,c.11-21 /15/,c.9-36 /8/,c.6-11, 62-104 /1/,с.62-105 /3/,с.6-19 /18/,c.11-21 /15/,c.9-36 /8/,c.6-11, 62-104 /1/,с.62-105 /3/,с.6-19 /18/,c.28-34, 45-51 /6/,c.54-62
Всего часов			46

6 Перечень лабораторных занятий

Таблица 4

Рабочий план лабораторных занятий и СРС

Наименование лабораторной работы	Кол-во часов на одну лаб/раб		Номер методической литературы	Номер и стр. основной и (или) дополнительной литературы
	Ауд.	СРС
1. Структура и принципы функционирования автоматизированной технологической линии	4	2	/1/	/1/, c.302-305 /2/, c.330-335
2. Исполнительные механизмы мехатронных модулей. Планетарный редуктор	4	2	/1/	/1/, c.301-324 /2/, c372-399
3. Исполнительные механизмы мехатронных модулей. Волновой редуктор	4	2	/1/	/1/, c.301-324 /2/, c372-399
4. Управление электродвигателем	4	2	/1/	/1/, c325-340 /2/, c.338-370
5. Устройство мобильного робота (LEGO робот)	4	2	/1/	/1/, c.251-275 /2/, c278-304 /3/, c.226-246
6. Привод шагающего робота	4	2	/1/	/1/, c.113-197 /2/, c.150-227 /3/, c.309-320
7. Кинематический анализ механизма	4	2	/1/	/9/,c.198-215 /18/,c.228-248 /6/,c.1-72-76 /8/,c.220-235 /21/,c.340-357
8. Изучение виртуальной модели активного магнитного подшипника	4	2	/1/	/9/,с.292-294 /18/,c.308-315
9. Моделирование подвеса ротора на активных магнитных подшипниках	4	2	/1/	/18/,c.406-416
10.Принцип работы и структура микропроцесс- сорных устройств	4	2	/1/	/1/, c.251-275 /2/, c278-304 /3/, c.226-246
Всего часов	40	20

7 Распределение самостоятельной работы студентов по формам работы

Таблица 5

№ п/п	Вид самостоятельной работы	Неделя	Кол-во часов	Рекомендуемая литература
1 2 3 4	Подготовка к лекциям Подготовка к лабораторным работам Изучение теоретического материала Выполнение расчетно-графической работы	1-18 1-18 1-18 5-16	20 20 12 4	1-18 1-18 1-18, (1-14 доп. лит-ра) Конспект лекций

8 Учебно-методическое, материально-техническое обеспечение

1. Программное обеспечение для проведения виртуальных лабораторных работ и проведения расчетов в среде Matlab.

2. Электронный учебный комплекс «Мехатронные системы»

3. Автоматизированная система контроля и оценки знаний


9 Рекомендуемая литература

Основная литература

1. Афонин В. Л. Интеллектуальные робототехнические системы : курс лекций: учеб. пособие для вузов/ В. Л. Афонин, В. А. Макушкин. -М.: Интернет-Ун-т Информационных Технологий, 2005. -208 с.
   
2. Вильман Ю. А. Основы роботизации в строительстве : учеб. пособие для вузов/ Ю. А. Вильман; доп. Гос. ком. СССР по народ. образов. -М.: Высш. шк., 1989. -271 с.
   
3. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы : Справочник/ Ю.Г. Козырев. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1988. -392 с
   
4. Механика машин : учеб. пособие для втузов/ под ред. Г. А. Смирнова; рек. Гос. ком. РФ по высш. образ. -М.: Высш. шк., 1996. -511 с.
   
5. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 1 : Кинематика и динамика/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР . -М.: Высш. шк., 1988. -304 с.
   
6. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 3 : Основы конструирования/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР. -М.: Высш. шк., 1989. -383 с.
   
7. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 2 : Расчет и проектирование механизмов/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР. -М.: Высш. шк., 1988. -367 с
   
8. Накано Э. Введение в робототехнику : Пер. с япон./ Э. Накано; Ред. А.М. Филатов . -М.: Мир, 1988. -336 с
   
9. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9 кн : Учеб. пособие, Кн. 7. Гибкие автоматизированные производства в отраслях промышленности/ Под ред. И.М. Макарова ; Доп. Мин. высш. и средн. спец. образов. СССР. -М.: Высш.шк., 1986. -176 с.
   
10. Робототехнические системы и комплексы : учеб. пособие для студ. вузов ж/д тр-та/ под ред. И. И. Мачульского; утв. Деп. кадров и учеб. завед. МПС России. -М.: Транспорт, 1999. -445 с.
    
11. Теория механизмов и механика машин : учеб. для втузов/ под ред. К. В. Фролова; рек. Мин. образов РФ. -4-е изд., испр. -М.: Высш. шк., 2003. -496 с.
    
12. Тимофеев А.В. Роботы и искусственный интеллект/ А.В. Тимофеев. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1978. -191 с
    
13. Юревич Е.И. Основы робототехники : Учебник/ Е.И. Юревич; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР . -Л.: Машиностpоение, 1985. -271 с
    
14. Юдин В.А. Теория механизмов и машин : Учеб. пособие/ В.А. Юдин, Л.В. Петрокас; Доп. Мин. высш. и сред. спец. образ. СССР. -2-е изд., перераб. и доп. -Высш. шк.: М., 1977. -527 с
    
15. Крейнин Г.В. Гидравлические и пневматические приводы промышленных роботов и автоматических манипуляторов/ Крейнин Г.В., Кривц И.Л., Винницкий Е.Я., Ивлев В.И.. -М.: Машиностроение, 1993. -304с.
    
16. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 1 : Кинематика и динамика/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР . -М.: Высш. шк., 1988. -304 с.
    
17. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 3 : Основы конструирования/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР. -М.: Высш. шк., 1989. -383 с.
    
18. Механика промышленных роботов : В 3 кн, Кн. 2 : Расчет и проектирование механизмов/ Ред. К.В. Фролова, Е.И. Воробьева; Доп. Мин. высш. и средн. образ. СССР. -М.: Высш. шк., 1988. -367 с
    
19. Mechatronic System: fundamentals. R. Iserman. Springer-Verlag London Limited, 2005 – 625 p.
    
20. The Mechatronics Handbook. Editor-in-Chief Robert H. Bishop. CRC Press, 2002 .
    

Дополнительная литература

1. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. Пособие для студетов вузов. – 2-е изд., стер. – М.: Машиностроение, 2007. – 256 с.
   
2. Подураев Ю.В. Основы мехатроники: Учебное пособие. – М.: МГТУ «СТАНКИН», 2000. – 80 с.
   
3. Готлиб Б.М. Основы мехатроники: Учебное пособие. – Екатеринбург: УрГУПС, 2005 (электронная версия).
   
4. Егоров О.Д., Подураев Ю.В. Мехатронные модули. Расчет и конструирование: Учебное пособие. – М.: МГТУ «СТАНКИН», 2004. – 360 с.
   
5. Теоретический и прикладной научно-технический журнал «Мехатроника, автоматизация, управление». – М.: Новые технологии (с 2000 года).
   
6. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. – 320 с.
   
7. 
   
8. Мехатроника: Пер. с яп. /Исии Т., Симояма И.И., Иноуэ Х. И др. – М.: Мир, 1988. – 318 с.
   
9. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М.Макарова, В.М.Лохина. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 576 с.
   
10. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред. Н.Д.Егупова; издание 2-е, стереотипное. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. – 744 с.
    
11. Юревич Е.И. Основы робототехники. 2-е изд., перераб. И доп. – СПб.: БУВ-Петербург, 2005. – 416 с.
    
12. Автоматизированные кузнечно-прессовые комплексы / Б.М.Готлиб, И.А.Добычин, М.Б.Готлиб. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 1998. – 647 с.
    
13. Шабалин Н.Г. Автоматизированная система управления качеством технологических процессов на железнодорожном транспорте. – М.: Железнодорожные технологии, 2004. – 348 с.
    
14. V. Giurgiutiu, S.E. Lyshevski. Micromechatronics modeling, analysis, and design with MATLAB -- 2nd ed. – CRC Press Taylor & Francis Group 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, 2009 – 950 p.