4 - Орловский государственный аграрный университет

Реклама
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Рабочая программа дисциплины (модуля)
«Теория поиска оптимальных условий проведения эксперимента»_
(наименование дисциплины (модуля))
Направление подготовки
(специальности)
Профиль подготовки
Квалификация (степень)
Форма обучения
110800.68 – «Агроинженерия»___________________
«Технические системы в агробизнесе»_________
магистр___________________________
очная_______________________________
Орел 2012 год
Составитель Полохин А. М., к.т.н., доцент________________________
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«__» __________20__г.
Рецензент к.т.н., доцент Кулаков К. В.
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«____» ___________20___ г.
Программа разработана в соответствии с ФГОС ВПО по направлению
подготовки (квалификация (степень)) 110800.68 –
«Агроинженерия»_магистр
Программа обсуждена на заседании кафедры
МТП в
АПК___________
протокол №
от «
Зав. кафедрой
А.В.___________________
» ________ 20____ г.
к.т.н., доцент Волженцев
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«____» ___________20__г.
Программа рассмотрена и одобрена методической комиссией факультета
протокол №____ от «____» ________ 20____ г.
Председатель методической комиссии факультета к.т.н., доцент Коренев
В.Н._
«___» __________20__г.
2
Лист согласования рабочей программы
Декан
к.т.н., доцент Коношин И.В._____________________
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«____» ____________20__г.
Программа обсуждена на заседании Ученого совета
протокол №_____ от «____» ___________20___г.
Секретарь Ученого совета факультета: ____________Махиянова
Н.В.____________
«____» _____________20__г.
Программа принята учебно-методической комиссией по направлению
подготовки протокол №___ от «___» _________20__г.
Председатель учебно-методической комиссии по направлению
подготовки
В.Н._______________________
к.т.н., доцент Коренев
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«____» ____________20__г.
Заведующий выпускающей кафедрой
к.т. н., доцент Волженцев А. В.___
(ФИО, ученая степень, ученое звание)
«____» ____________20__г.
Директор научной библиотеки
Е.В.__________________
Ишханова
(Ф.И.О.)
«____» __________20__г.
3
Оглавление
Введение…………………………………………………………………………5
1. Цели освоения дисциплины………………………………………………….7
2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры…………………..…7
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения дисциплины………………………………………………………….8
4. Объем дисциплины и виды учебной работы………………………………10
5.Содержание дисциплины……………………………………………………11
5.1. Содержание модулей и разделов дисциплины…………………….11
5.2. Лабораторный практикум…………………………………………...12
5.3 Самостоятельная работа студентов………………………………….12
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и
учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов…..13
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины (модуля)………………………………………………………….15
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)…………17
4
Введение
Данная программа соответствует ФГОС ВПО по направлению
полготовки 110800.68 «Агроинженерия». Магистр по направлению
подготовки
110800.68
должен
быть
подготовлен
к
решению
профессиональных задач в соответствии с профилем подготовки и видами
профессиональной деятельности.
Учебная дисциплина «Теория поиска оптимальных условий проведения
эксперимента» является профилирующей, формирующей инженера. Ее
изучение тесно связано с изучением других дисциплин учебного плана: высшей
математики, физики, химии, технология производства продукции
растениеводства, кормопроизводства с основами ботаники и агрономии,
кормления сельскохозяйственных животных, зоогигиены, молочного дела,
охраны труда, экологии. В соответствии с ФГОС ВПО, область
профессиональной деятельности магистров включает: организация
разработки мероприятий по повышению и контролю качества продукции,
определение номенклатуры измеряемых и контролируемых параметров
продукции и технологических процессов, анализ состояния и динамики
качества продукции, разработка планов, программ и методик проведения
испытаний, измерений и контроля качества продукции, применение
проблемно-ориентированных методов анализа, синтеза и оптимизации
процессов управления качеством, стандартизации и сертификации в
области
научно-исследовательской
деятельности;
эффективное
использование и сервисное обслуживание сельскохозяйственной техники,
машин и оборудования, средств электрификации и автоматизации
технологических процессов при производстве, хранении и переработке
продукции растениеводства и животноводства; разработку технических
средств для технологической модернизации сельскохозяйственного
производства.
Обучение студентов ведется по модульной технологии.
Изучение дисциплины осуществляется по модульному принципу,
сущность которого состоит в делении учебного материала на отдельные
логически завершенные блоки (модули). Качество их освоения
определяется с помощью специальных контрольных мероприятий.
Модульное формирование курса позволяет осуществлять перераспределение
времени, отводимого учебным планом на отдельные виды учебного
процесса, расширяя долю самостоятельной работы студентов. В начале
семестра сообщается: количество модулей в семестре, какие разделы
5
дисциплины входят в каждый модуль, график проведения отчета по модулям,
условия допуска к отчету по теме модуля. Все это также утверждается на
заседании кафедры в начале семестра.
Количество промежуточных этапов контроля учебной работы
магистров, их форму, сроки и максимальную оценку их в рейтинговых
баллах устанавливается на заседании кафедры "МТП в АПК". Преподаватель
кафедры, ведущий занятия с магистерской группой, обязан информировать
группу об этом решении кафедры на первом занятии в семестре.
Безупречное усвоение изучаемых магистром в семестре разделов
дисциплины оценивается в 100 рейтинговых баллов (в таблице 1 дано
соответствие рейтинговых баллов академическим оценкам).
Таблица 1 – Шкала пересчета
традиционные академические оценки
балльная
оценка
академическая
оценка
зачет
от 0 до 49
рейтинговых
от 50 до 66
неудовлетворит удовлетворитель
ельно
но
не зачтено
баллов
от 67 до
83
от 84 до
100
хорошо
отлично
в
зачтено
По результатам промежуточных этапов контроля в семестре
максимальное количество рейтинговых баллов, которое может набрать
магистр, равно 70, что соответствует оценке ”хорошо”. Также студент в
течение семестра на оценку “отлично” может набрать дополнительно еще 15
баллов за домашнее решение задач.
Кроме того, предусматривается система поощрительных баллов
(всего 15) за выступления на конференциях, а также за опубликованные
статьи в журналах и сборниках по тематике НИР.
Если суммарный результат, набранный в течение семестра, равен 50
баллам и выше, то студент имеет право получить зачет или экзаменационную
оценку (по шкале) без участия в итоговом испытании.
Магистр, по уважительной причине пропустивший контрольные
мероприятия в течение семестра, может сдать отчет по индивидуальному
графику на зачетной неделе в конце семестра.
6
Умагистров, набравших менее 50 баллов, а также у магистров,
которых не удовлетворяет общий набранный балл в семестре и
соответствующая ему академическая оценка, баллы аннулируются. Такие
магистры сдают письменный экзамен в экзаменационную сессию по
билету, содержащему вопросы по всем разделам изучаемой дисциплины.
Максимальная сумма баллов, которую при этом может набрать студент – 85.
Использование 100-балльной шкалы обеспечивает более высокую
степень
дифференциации оценки (например, оценке «отлично»
соответствует диапазон от 84 до 100 баллов). Особенно это заметно при
изучении разделов, завершающихся зачетом.
1 Цели освоения дисциплины
Изучением дисциплины является подготовка магистров к научнопроизводственной деятельности с применением методов теории
планирования эксперимента и современных информационных технологий.
Теоретическая и практическая подготовка магистрантов к самостоятельному
рассмотрению существующих на данном этапе развития проблем, связанных с
эффективным ведением сельского хозяйства в России и их решению.
2 Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Теория поиска оптимальных условий проведения
эксперимента» включена в базовую часть основной образовательной
программы подготовки магистра по направлению 110800 - «Агроинженерия».
К исходным требованиям, необходимым для изучения дисциплины
относятся знания, умения и виды деятельности, сформулированные в
образовательном стандарте основного общего образования по механизации
растениеводства.
Знания по механизации, электрификации и автоматизации в
растениеводстве
базируются
на
принципах
материалистической
методологии, на знаниях по физиологии, химии и физике, зоологии и
кормопроизводству, высшей математике, кибернетике и других дисциплин.
Приобретенные студентами знания и умения будут использоваться при
дальнейшем изучении профильных дисциплин и в практической
деятельности по приобретенной специальности.
7
Дисциплина «Теория поиска оптимальных условий проведения
эксперимента» позволит вооружить обучаемых теоретическими знаниями и
практическими навыками, необходимыми для:
- определения методик и плана эксперимента при создании новых машин и
оборудования для сельского хозяйства;
- определение оптимальных условий для проведения эксперимента;
-определения наилучших вариантов решения проблемы на основе
сопоставления альтернатив и учета неопределенности исходных данных.
- освоения информационных технологий в управлении производством;
-организации научно-исследовательской работ в производстве.
3 Компетенции
освоения дисциплины
обучающегося,
формируемые
в
результате
В результате изучения данной учебной дисциплины у обучающихся
формируются:
Общекультурные компетенции (ОК):
- владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу,
восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
(ОК-1);
- стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и
мастерства, владение навыками самостоятельной работы (ОК-2);
- владение основными методами, способами и средствами получения,
хранения, переработки информации; навыками работы с компьютером как
средством управления информацией (ОК-3).
Профессиональные компетенции (ПК):
- способность применять методики планирования эксперимента при
создании новых машин и оборудования для сельского хозяйства (ПК-1);
- способность определить оптимальные условия для проведения
эксперимента (ПК-2);
- способность выявить наилучшие варианты решения проблемы на
основе сопоставления альтернатив и учета исходных данных (ПК-3);
- способность решать задачи, связанные с технологическим расчетом и
выбором машин и оборудования для производства продукции (ПК-4);
8
- готовность использовать информационные технологии в управлении
производственными процессами (ПК-5).
По видам деятельности:
научно-исследовательская деятельность (НИД):
- готовность использовать методики планирования эксперимента;
- готовность к участию в исследованиях по определению оптимальных
условий проведения эксперимента;
- готовность
исследований.
к
обработке
результатов
экспериментальных
В результате освоения дисциплины обучающийся магистр должен:
знать:
- организационно-методические основы дисциплины;
- правила проведения испытаний;
- методики поиска оптимальных условий;
уметь:
- применять методики планирования эксперимента при создании новых
машин и оборудования для сельского хозяйства;
- определять оптимальные условия для проведения эксперимента;
- выявить наилучшие варианты решения проблемы на основе
сопоставления альтернатив и учета исходных данных;
- решать задачи, связанные с технологическим расчетом и выбором
машин и оборудования для производства продукции;
- управлять производственными
информационных технологий.
владеть навыками:
9
процессами
с
применением
- планирования эксперимента;
-оценки эффективности проведения эксперимента;
- выбора оптимальных условий для проведения эксперимента;
-анализа полученных данных при проведении эксперимента.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу.
Виды учебной нагрузки
Всего
часов/
Семестры
зач.ед
Аудиторные занятия (всего)
36/1
36/1
Лекции
10/0,27
10/0,27
в т.ч. активные формы обучения
6/0,17
6/0,17
Практические занятия (ПЗ)
26/0,73
26/0,73
в т.ч. активные формы обучения
16/0,61
6/0,61
Семинары (С)
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
-
-
36/1
36/1
Расчетно-графические работы
-
-
Реферат
-
-
Другие виды самостоятельной работы
-
-
-
-
Вид промежуточной аттестации (зачет,
экзамен)
зачет
зачет
Общая трудоемкость 144/4
72/2
72/2
В том числе
Самостоятельная работа (всего)
В том числе
час/зач. ед
10
5 Содержание дисциплины
5.1 Содержание модулей и разделов дисциплины
Семестр 2 (количество модулей 2)
Модуль I «Планирование эксперимента»
Цель: В результате усвоения данного модуля формируются компетенции
ОК-1, ОК-2, ОК-3, ПК-1, ПК-2, ПК-3
1
Эксперимент в науке и
производстве
1/1
2
2
Теория планирования
эксперимента. Параметры
оптимизации
2/3
4
3
Полный факторный
эксперимент.
2/4
4
4
Дробный факторный
эксперимент.
1/4
4
Модуль II «Поиск оптимальных условий»
Цель: В результате усвоения данного модуля формируются компетенции
ОК-1, ОК-2, ОК-3, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4,
1
Проведение
предварительных
экспериментов.
2/4
2
2
Определение условий
2/4
2
3
Проведение эксперимента.
2/4
4
4
Обработка результатов
эксперимента.
2/4
2
5
Матричный подход к
регрессионному анализу.
2/4
2
6
Принятие решений после
построения модели
2/2
1
11
7
Крутое восхождение по
поверхности отклика.
2/2
0,5
8
Классификация
экспериментальных планов
2/4
0,5
9
Вычислительные методы
в планировании и
организации эксперимента
2/2
2
5.2. Лабораторные занятия
Лабораторные занятия не предусмотрены учебным планом.
Трудоемкость
(час.)
-
-
7
-
14
11
-
-
11
-
22
Подготовка
докладапрезентации
Подготовка к
отчету по
модулям
7
Выполнение
РГР, ТР и т.д.
Другие виды
Домашнее
решение задач
Самостоятельн
ое изучение
теоретического
материала
5.3 Самостоятельная работа студентов
Модуль 2 Модуль 1
Семестр 2
итого за семестр
12
36
6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебнометодическое обеспечение самостоятельной работы студентов
1) Контрольные вопросы для отчетов по модулям:
Семестр 1. Модуль 1
1. Планирование и организации эксперимента: становление, развитие,
современные аспекты.
2. Научный и промышленный эксперимент.
3. Задачи планирования эксперимента.
4. Основные понятия теории планирования эксперимента: объект
исследования, факторы {контролируемые и неконтролируемые, качественные
и количественные), функция отклика, план эксперимента.
5. Простые сравнивающие, последовательные и многофакторные
эксперименты. Требования, предъявляемые к факторам и их совокупности
при планировании эксперимента.
6. Виды параметров оптимизации. Требования к параметру
оптимизации. О задачах с несколькими выходными параметрами.
7. Обобщенный параметр оптимизации.
8. Построение обобщенного отклика.
9. Требования, предъявляемые к модели, выбор модели.
10. Шаговый принцип. Полиномиальные модели.
11. Принятие решения перед планированием эксперимента.
12. Полный факторный эксперимент типа 2к, его свойства и математическая
модель.
13. Минимизация числа опытов. Дробная реплика.
14. Анкета для сбора априорной информации.
15. Реализация плана эксперимента. Ошибки параллельных опытов.
16. Дисперсия параметра оптимизации.
13
Семестр 2. Модуль 2
1. Метод наименьших квадратов. Планирование эксперимента при
регрессионном анализе.
2. Проверка адекватности модели. Проверка значимости коэффициентов.
Интерполяционные методы.
3. Метод наименьших квадратов для одного фактора. Некоторые операции
над матрицами. Обобщение метода наименьших квадратов на
многофакторный линейный случай.
4. Статистический анализ. Взвешенный метод наименьших квадратов и
статистический анализ.
5. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий - критерии
оптимальности планов.
6. Интерпретация результатов. Принятие решений после построения
модели процесса. Построение интерполяционной формулы. Линейная
модель неадекватна.
7. Движение по градиенту. Расчет крутого восхождения. Реализация
мысленных опытов.
8. Крутое восхождение эффективно. Крутое восхождение неэффективно.
Обсуждение результатов. Чем кончается эксперимент. Перспективы.
9. Планирование
эксперимента
в
производственных
условиях;
последовательный симплексный метод и метод эволюционного
планирования (ЭВОП). Планы выборочного контроля
10. Применение ЭВМ при обработке результатов эксперимента. Методы
решения задач интерполяции, экстраполяции, определения экстремума,
нахождения корня уравнении, решения системы линейных алгебраических
уравнений.
11. Размеры промышленных экспериментов. Цель автоматизированного
эксперимента. ЭВМ в автоматизированном эксперименте. Решение
распределительных задач. Перспективы развития теории планирования
эксперимента.
14
Шкала интервальных баллов, соответствующая итоговой оценке,
или количество баллов достаточное для получения зачета
100 баллов = 70 баллов - результаты сдачи модулей, посещаемость занятий,
активность работы магистров на занятиях + 15 дополнительных баллов + 15
поощрительных баллов.
25 дополнительных баллов:
домашнее решение задач 15 баллов = 15 домашних работ (1 балл за каждую
полностью выполненную работу)
15 поощрительных баллов
Поощрительные баллы начисляются за участие в научно-исследовательской работе,
а также за выполнение индивидуальных творческих заданий.
5 баллов – работа в кружке
5 баллов – выступление на НИК
5 баллов – издание статьи по теме НИР.
Баллы могут вычитаться из общей суммы:
Если не выполнены домашние работы минус 15 баллов (1 балл за каждую работу)
балльная
от 0 до 49
от 50 до 66
от 67 до от 84 до
оценка
83
100
академическая неудовлетворительно удовлетворительно хорошо отлично
оценка
зачет
Не зачтено
Зачтено
7
Учебно-методическое
дисциплины (модуля)
и
информационное
обеспечение
а) Основная литература:
1. Синдяев Н. И. Теория планирования эксперимента и анализ
статистических данных- Москва: Юрайт, 2011,- 400с.;
2. Козлов В.П. Избранные труды по теории планирования эксперимента и
обратным задачам оптического зондирования – СПб: СПбГУ, 2000,- 500 с;
3. Синдяев Н. И. ТЕОРИЯ ВЕРОЯТНОСТИ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
СТАТИСТИКА- Москва: Юрайт, 2011,- 219с.;
4. Дьяконов В. Mathcad 2000: учебный курс. СПб. Литер. 2001 592 с.
5. Дьяконов В. Mathlab 2000: учебный курс. СПб. Литер. 2001 586 с.
6. Дьяконов В. Mathematica: учебный курс. СПб. Литер. 2000 548 с.
7. Дьяконов В. Mapple: учебный курс. СПб. Литер. 2000 574 с.
15
б) Дополнительная литература
1. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. – Москва:
Металлургия, 1968, - 155с.;
2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента
при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 280 с.;
3. Красовский Г.И., Филаретов Г.Ф. Планирование эксперимента. – Мн.:
Издательство БГУ, 1982. – 302 с.;
4. Основы научных исследований: Учебник для технических вузов /
В.И.Крутов, И.М.Грушко, В.В.Попов и др.; Под ред. В.И.Крутова,
В.В.Попова. – М.: Высшая школа, - 1989. – 400с.: ил.;
5. Планирование эксперимента в технике / В.И.Барабащук, Б.П.Креденцер,
В.И.Мирошниченко; Под ред. Б.П.Креденцера. – К.: Техніка, 1984. – 200с.,
ил.
7.Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в
технико- экономических исследованиях. М., 974. 240 с.
8.Налимов В.В. Теория эксперимента. М., 1971. 193 с.
9.Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента в
исследовании технологических процессов. М., 1977. 374 с.
10.Воробьев М.Н. Числа Фибоначчи. М., 1969. 286 с.
11.Федоров В.В. Теория оптимальных экспериментов (при выяснении
механизма явлений), М., 1971. 191 с.
12.Планирование эксперимента. Библ. Указатель. М., 1969, 1972. 482 с.
13.Дьяконов В. Mathcad 2001: специальный справочник. СПб. Литер. 2002
832 с.
в) Методические материалы преподавателю:
1. Маркова Е.В., Лисенко А.Н. Планирование эксперимента в условиях
неоднородностей. М.,1973. 228 с.
2. Федоров В.В. Теория оптимальных экспериментов (при выяснении
механизма явлений), М., 1971.191с
3. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования
16
эксперимента в технико- экономических исследованиях. М., 974. 240 с.
4. Налимов В.В. Теория эксперимента. М., 1971. 193 с.
5. Хартман К., Лецкий Э., Шефер В. Планирование эксперимента
в исследовании технологических процессов. М., 1977. 374 с.
6. Воробьев М.Н. Числа Фибоначчи. М., 1969. 286 с.
7. Планирование эксперимента. Библ. Указатель. М., 1969, 1972. 482 с.
8. Белкин Е.А., Гудков В.Л., Барабанов ГЛ., Андросюк Е.Р. Организация
самостоятельной работы студентов. Волгоград, изд-во ВолгПИ, 1998. 17 с.
9. Качалов В. А. Стандарты ИСО 9000 и проблемы управления качеством в
вузах: (записки менеджера качества). -М.: Издат, 2001. - 126 с.
10.Федоров В.В. Теория оптимальных экспериментов (при выяснении
механизма явлений), М., 1971. 191 с.
11.Банд и Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь. 1988.
128 с.
12. Березин И.П., Жидков Н.Н. Методы вычислений. В 2-х т. М.: Высшая
школа. 1988.
13.Дьяконов В. Mathcad 2000: учебный курс. СПб. Литер. 2001 592 с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1. Autocad — двух – и трехмерная система автоматизированного
проектирования и черчения разработанная компанией Autodesk.
2. Компас — семейство систем автоматизированного проектирования с
возможностями оформления проектной и конструкторской документации
согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Разработана российской
компанией “Аскон”.
3. Библиографические и реферативные ресурсы по естественным и
техническим наукам http://www.fuyi.viniti.msk.su.
4. Государственная
http://www.gpntb.ru.
публичная
17
научно-техническая
библиотека
5.
Единое
http://window.edu.ru.
окно
доступа
к
образовательным
ресурсам
6. Образовательный портал http://www.informika.ru
8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины:
1. При освоении дисциплины рекомендуется использовать пакеты
математических программ: Statistica, MathCAD.
2. Рекомендуемая основная и дополнительная литература.
Занятия возможно проводить в лаборатории конструкторского бюро
Предусмотрено проведение лекций-презентаций
занятий с использованием наглядных пособий.
и
практических
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с
учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению и профилю
подготовки.
Автор: Полохин А.М.
Рецензенты:
к.т.н., доцент Кулаков К. В.
Программа одобрена на заседании _________________________________
(Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, НМС, Ученый совет))
от ___________ года, протокол № ________.
18
Скачать