Наладка, программирование и эксплуатация мехатронных

Приложение
Институт
Направление
Профиль/программа
Описание образовательной
программы
№
пп
Индек
с по
УП
Б.2
2.8
2.9
2.9.1
2.10
2.10.1
Наименования
дисциплин
ММИ
221000 Мехатроника и робототехника
221000. 62 Наладка, программирование и эксплуатация мехатронных и робототехнических систем
Цели и задачи профиля – подготовка бакалавров, специалистов MES-систем для наладки, программирования и
эксплуатация мехатронных и робототехнических систем в области автоматизации оборудования, технологических процессов
и производств, потребителями которых являются предприятия машиностроения, ВПК, приборостроения, практически все
предприятия, связанные с современным автоматизированным производством.
Уникальность профиля – подготовка конструкторов и технологов широкого профиля, освоивших совокупность
средств, методов и способов создания, внедрения и обеспечения оптимального функционирования систем управления,
автоматизированных и автоматических комплексов проектирования, расчета и изготовления изделий, а также систем
автоматизации и управления оборудованием и технологическими процессами.
Востребованность выпускников связана с их разносторонней подготовкой и способностью решать вопросы
программирования, наладки, обслуживания практически любого современного автоматизированного оборудования – от
автоматизированных загрузочных систем в машиностроении до машин подсчета купюр в банковском деле; подготовкой к
научно-исследовательской работе и творческой инновационной деятельности в области анализа и синтеза мехатронных
систем и систем управления мехатронными модулями и системами, к проектной деятельности в области создания и
внедрения мехатронных систем, систем управления мехатронными модулями и системами.
Аннотации к рабочим программам
Математический и
естественнонаучный
цикл
Вариативная часть
Операционные системы и
базы данных
Дисциплина является комплексной и состоит из двух основных разделов – баз данных (БД) и операционных систем
(ОС), являющихся различными формами работы с данными. Раздел БД знакомит будущих специалистов с современным
состоянием теории баз данных, обучить их работе с системами управления базами данных (СУБД) на примере современной
сетевой СУБД Microsoft Access. В разделе ОС изучаются основные понятия ОС, принципы их построения, их
функционирование. Наиболее полно рассматриваются ОС Windows, UNIX (Linux) и особенности ОС ПЛК.
Дисциплины по выбору
студента
Дисциплина №1
Методы математической
физики
Дисциплина №2
Основы искусственного
интеллекта
Дисциплина «Методы математической физики» адаптирована для направления «Автоматизация производственных
систем в машиностроении» и посвящена изучению математических моделей тех физических процессов, которые составляют
основу инженерных систем в области машиностроения. Приводится информация о дифференциальных уравнениях и методах
их решения. Рассматривается решение задач технической механики методом конечных элементов. Подробно рассматривается
реализация методов математической физики в прикладных программах компьютерного инженерного анализа, применяемых
при проектировании электронных приборов.
Целью дисциплины является ознакомление студентов с основными направлениями исследований в области
искусственного интеллекта, моделями, методами, средствами и языками, используемыми при разработке систем
2.10.2
Теория принятия решений
2.11
Дисциплина №3
2.11.1
Моделирование систем и
процессов
2.11.2
Дискретная математика
2.12
Дисциплина №4
2.12.1
Механика жидкостей и
газов
2.12.2
Теория массового
обслуживания
Б.3
3.3
Профессиональный
цикл
Базовая часть
Детали мехатронных
модулей, роботов и их
конструирование
искусственного интеллекта и с основными методами поиска решений, применяемых в системах искусственного интеллекта.
Целью дисциплины является освоение методологии и технологии выработки количественно обоснованных
рекомендаций по принятию решений на базе овладения основами теории математических моделей процессов принятия
решений и их свойств, применение этой теории к практическим задачам в различных областях человеческой деятельности.
Основными задачами изучения дисциплины являются: раскрытие теоретических, технических и практических аспектов
принятия решений для управления сложными объектами и процессами различной природы с учетом имеющейся информации
о вариантах действий лица, принимающего решение, и критериев выбора; основы теории и общие методологические
принципы компьютерной обработки экспериментальных данных.
Моделирования систем и процессов является дисциплиной, изучающей основные теоретические и практические
вопросы моделирования, дающей представления о методах моделирования и методологии их применения к решению научнотехнических задач (исследований, оптимального проектирования, изготовления и эксплуатации систем), формирующей
практические навыки моделирования технических объектов, систем и процессов машиностроения. Дисциплина включает в
себя разделы, посвященные изучению основных понятий и определений теории моделирования в целом и математического
моделирования, в частности, алгоритмов построения моделей, теории планирования факторного эксперимента, методологии
построения различных видов математических моделей для исследования систем, возможностей современного технического и
программного обеспечения для моделирования систем.
Целью дисциплины является выработка у студентов навыков интерпретации сигналов различной природы в дискретных
базисах, алгоритмов и их вычислительной обработки. Первый раздел посвящён изучению теории дискретных и цифровых
преобразований сигналов в различных представлениях (временных, частотных, комплексных, логических). Представлен
аппарат дискретной математики (P и Z –преобразования, спектрально-корреляционные векторные и матричные
преобразования, процедуры свёртки и корреляции). Второй раздел посвящён теории и синтеза комбинационных схем баз
памяти и последовательных схем.
Целями освоения учебной дисциплины (модуля) являются изучение законов равновесия и движения жидких и
газообразных тел и применение этих законов в практической деятельности для решения технических задач.
Задачами курса являются: Дать студентам необходимые знания, умения и навыки, в том числе: освоение основных
понятий и терминов в области гидравлики и гидропривода; изучение приборов для измерения основные параметров
гидропривода; изучение законов движения и равновесия жидкости и газа, изучение общих законов уравнений динамики
жидкости и газа; ознакомление с подобием гидродинамических процессов и анализом размерностей; изучение основ
гидропневмопривода, конструкций и принципа действия объемных гидромашин, гадроаппаратов и их основных параметров.
Цель преподавания дисциплины «Теория массового обслуживания» состоит в приобретении студентами знаний и
представлений о потоках событий, которые повторяются многократно в системах производства, сервиса, управления, приема,
переработки и передачи информации, телекоммуникаций, в автоматических линиях. Студенты должны освоить базовые
понятия курса «Теория массового обслуживания», научиться выяснять характер зависимостей между потоком заявок, числом
каналов обслуживания и производительностью отдельного канала с целью нахождения оптимальных способов управления
этими процессами. Кроме того, студенты должны получить представление о способах минимизирования затрат на ожидание
обслуживания, потерь времени и ресурсов на обслуживания, простоев каналов обслуживания. Изучение дисциплины должно
заложить основу для анализа и оптимизации работы систем массового обслуживания реальных предприятий.
Цель дисциплины состоит в обучении студентов методам конструирования деталей и узлов мехатронных и
робототехнических систем с использованием современных технических средств и программных продуктов. Задачей изучения
3.4
Программное обеспечение
мехатронных и
робототехнических систем
3.6
Теория автоматического
управления
3.7
Микропроцессорная
техника в мехатронике и
робототехнике
3.9
Основы мехатроники и
дисциплины является освоение методики конструирования деталей и узлов мехатронных и робототехнических систем,
основанной на использовании нормативных документов и современных программных средств.
Основные разделы: Общие понятия о конструировании деталей и узлов мехатронных модулей и робототехнических
систем, системный подход и стадии конструирования. Техническая документация. Классификация механизмов, узлов и
деталей; требования к деталям и узлам. Механизмы передачи движения в мехатронике: зубчатые, червячные, планетарные,
волновые, гибким органом, шарнирно – рычажные. Валы и оси их конструкция и расчет. Опоры, уплотнения, направляющие.
Соединения. Упругие элементы. Муфты. Типовые механизмы в робототехнике и мехатронике. Мехатронные модули.
Основные приемы и правила конструирования. Расчеты на точность и жесткость.
Цель дисциплины – дать студентам знания принципов и методов проектирования и разработки прикладного
программного обеспечения, базовых понятий системного программирования, практические навыки алгоритмизации
прикладных инженерных задач.
Задачи дисциплины – изучить современные методики разработки программных средств и оценке качества и
эффективности программного обеспечения; освоить современные технологии структурного программирования (объектноориентированное, событийно-управляемое программирование, разработка графических приложений); сформировать у
студентов стиль и культуру программирования, принятые в мировой практике и базирующиеся на технологии структурного
программирования.
Теория автоматического управления (ТАУ) – это дисциплина, в которой изучаются принципы построения систем
автоматического управления, закономерности протекающих в них процессов, математические методы анализа и синтеза
автоматических систем. Изучение дисциплины ТАУ начинается с основных понятий и определений, рассмотрения базовых
принципов построения систем автоматического управления и различных способов их классификации. В следующих трёх
разделах подробно изучается теория линейных непрерывных систем: методы математического описания систем и способы
построения и преобразования их математических моделей, временные и частотные характеристики, типовые звенья систем,
методы анализа систем (устойчивость, точность в установившихся режимах, качество переходных процессов), методы
синтеза корректирующих устройств (регуляторов). В последующих разделах изучаются основы теории линейных дискретных
систем, нелинейных систем, а также основы теории оптимального управления. Теоретические знания по дисциплине
закрепляются на практических занятиях (решение задач) и на лабораторных занятиях (исследование систем в виртуальной
среде моделирования с помощью компьютера).
Основным назначением дисциплины «Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике» является получение
студентами общесистемных знаний в области построения современных микропроцессорных систем и их использования в
прикладных аспектах. Целью преподавания дисциплины является подготовка студентов к решению задач связанных с
эксплуатацией и проектированием аппаратной части микропроцессорных систем управления мехатронными устройствами, а
также робототехническими системами и комплексами.
В результате изучения курса студенты должны: знать: архитектуру и интерфейс микропроцессоров; микропроцессорный
комплект; способы, методы и циклы обмена, виды адресации; систему команд; микроконтроллеры; модульные
микропроцессорные системы; устройства сопряжения с объектом управления; процессы, состояния процессов, события,
диспетчеры и мониторы; непосредственное, последовательное и параллельное программирование; каналы, маршруты и
пакеты в локальных сетях, физический и канальный уровни; методики разработки принципиальных схем аппаратных средств;
разработку и отладку программных средств микропроцессорных систем, реализующих алгоритмы управления; уметь: вести
анализ и разработку структурных и принципиальных схем аппаратных средств микропроцессорных систем; разрабатывать и
отлаживать программные средства микропроцессорных систем, реализующие алгоритмы управления; уметь создавать
экспериментальные и макетные образцы; применять; применять стандартные программы САПР для проектирования
микропроцессорных систем; обосновывать технические требования к микропроцессорным системам по общему
техническому заданию; владеть: навыками применения микропроцессоров в приводах мехатронных и робототехнических
систем, микропроцессорной обработки данных в информационных системах.
Цель дисциплины – формирование знаний областей применения промышленных роботов и основных концепций
робототехники
3.10
Электронные устройства
мехатронных и
робототехнических систем
3.11
Электрические приводы
мехатронных и
робототехнических
устройств
3.12
Гидравлические и
пневматические приводы
мехатронных и
робототехнических
устройств
робототехнических систем. Изучаются классификация роботов и мехатронных систем, конструкция основных узлов, типы и
характеристики приводов, особенности информационно-сенсорных систем, принципы построения систем управления,
функции программных средств управления.
В результате изучения курса студенты должны: знать области применения мехатронных и робототехнических систем,
концепции их построения и терминологию в мехатронике и робототехнике; уметь выбирать необходимые типы
робототехнических и мехатронных систем, определять для них способы и системы управления; владеть способностью
оценивать мехатронные и робототехнические системы на пригодность решения конкретной задачи.
Цель дисциплины состоит в обучении студентов схемотехническому моделированию и проектированию электронные
устройства мехатронных и робототехнических систем. Задачей изучения дисциплины является освоение элементной базы
аналоговых и цифровых электронных устройств и освоение методов схемотехнического моделирования и проектирования
электронные устройства мехатронных и робототехнических систем.
Основные разделы: Параметры и характеристики полупроводниковых приборов; усилительные каскады переменного и
постоянного тока; операционные усилители; активные фильтры; компараторы; аналоговые ключи; вторичные источники
питания; источники эталонного напряжения и тока. Методы и средства автоматизации схемотехнического моделирования и
проектирования электронных схем. Государственные стандарты: виды и типы электронных схем, правила выполнения
электрических схем, буквенно-цифровые обозначения в электрических схемах, условные графические обозначения.
Импульсное и цифровое представление информации, системы счисления. Цифровые логические элементы в интегральном
исполнении; комбинационные логические устройства, элементная база цифровых устройств, последовательностные
устройства, арифметико-логические устройства, элементы коммутации и преобразования информации. Цифроаналоговые
(ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи; элементы схемотехники интегральных ЦАП и АЦП; Схемотехника
устройств сопряжения с объектом для цифровых систем управления.
Цель дисциплины - формирование навыков применения автоматизированных электроприводов в системах управления
технологическими процессами. Изучаются электромеханические свойства электродвигателей, методики выбора
электродвигателей типовых механизмов, методики поверочных расчётов электродвигателей, силовые преобразователи
электрической энергии в электроприводе, модели силовых преобразователей и двигателей как объектов управления, типовые
структуры систем управления электроприводами и особенности их реализации, современные комплектные электроприводы с
цифровой системой управления, параметризация и экспериментальная настройка цифровых систем управления
электроприводов мехатронных и робототехнических устройств.
Изучение дисциплины направлено на приобретение знаний об устройстве, принципах действия и технических
параметрах всех составных частей системы гидропневмопривода, приобретения навыков выбора гидропневмодвигателя для
привода механизма с заданным режимом его работы, разработки системы гидропневмопривода для мехатронных и
робототехнических устройств. Цель преподавания дисциплины – дать студентам знание устройства, принципов действия,
технико-экономических характеристик гидравлических и пневматических аппаратуры и машин различного назначения,
методов разработки и применения систем автоматизированного гидро- и пневмопривода.
Задачи изучения дисциплины – освоение студентами основ применения законов механики жидкости и газа в гидро- и
пневмоприводе, конструкций и работы гидравлических и пневматических машин и аппаратов, методов проектирования
гидро- и пневмоприводов, методов построения систем управления на гидро- и пневмоаппаратуре.
Вариативная часть
3.16
Диагностика и надежность
робототехнических систем
Диагностика и надежность робототехнических систем является дисциплиной, изучающей общие факторы, влияющие на
надежность объектов и технологических систем, методы расчета параметров надежности и методы поиска оптимальных
решений в задачах конструирования и эксплуатации технологических систем и математические методы исследования и
проектирования этих систем. Дисциплина включает в себя разделы, посвященные изучению критериев надежности,
классификации отказов, моделей их формирования, основных законов применяемых в теории надежности, методов расчета
надежности резервируемых и не резервируемых элементов, методов технического диагностирования систем,
эксплутационную надежность систем управления технологического оборудования и автоматизированных систем, методы
3.20
Технология
конструкционных
материалов
3.22
Средства автоматизации и
управления
3.23
Наладка и эксплуатация
мехатронных и
робототехнических систем
3.24
Дисциплины по выбору
студента
Дисциплина №1
3.24.1
Основы технологии
приборостроения
3.24.2
Технологические
процессы сборки
робототехнических и
мехатронных систем
3.25
3.25.1
обработки результатов испытаний на надежность и пути повышения надежности объектов электронного машиностроения.
Изучаются свойства конструкционных материалов (прежде всего металлических), способы получения металлов и
сплавов, способы повышения качества металлических материалов, способы получения заготовок, способы обработки
заготовок и получения из них деталей машин (элементов конструкций и сооружений). Основные разделы дисциплины:
металлургия черных и цветных металлов, обработка металлов давлением, литейное производство, сварка металлов, обработка
металлов резанием. Кроме производства и обработки металлов значительное внимание уделяется производству пластмасс и
переработке их в изделия, технологии резиновых изделий, производству спеченных изделий и композитов.
Цели дисциплины заключаются в следующем: дать будущим инженерам знания о конструкционных материалах и
технологиях изготовления изделий из них; изучить механические свойства конструкционных материалов; изучить способы
изготовления заготовок деталей машин; изучить способы изготовления деталей машин (прежде всего, обработка металлов
резанием); изучить способы получения заготовок и деталей машин из пластмасс и резины; изучить технологию получения
спечённых изделий (порошковая металлургия) и производство композиционных материалов.
Изучаются управляющие устройства систем автоматического управления; особое внимание уделяется современным
программируемым контроллерам. Изучаются методы синтеза управляющих алгоритмов автоматических систем и средства
аппаратной и программной реализации этих алгоритмов, а также средства цифровых коммуникаций и человеко-машинного
интерфейса.
Дисциплина завершает цикл технических дисциплин, касающихся разработки или модернизация мехатронных систем,
включая совокупность средств, методов и способов создания, внедрения и обеспечения оптимального функционирования
систем управления, автоматизированных и автоматических комплексов проектирования, расчета и изготовления изделий, а
также систем автоматизации и управления мехатронных и робототехнических систем.
Цель изучения дисциплины состоит в получении знаний об эксплуатации и проведении монтажных, наладочных и
испытательных работ мехатронных и робототехнических систем. Задачей дисциплины является изучение инструкций по
эксплуатации оборудования и программ испытаний, технической документации на ремонт, показателей качества
функционирования, изучение методов достижения заданного уровня надежности оборудования и систем управления, развить
у обучающихся способность выполнять работу по эксплуатации мехатронных и робототехнических систем, используя
современные методы, способов обеспечения необходимых показателей надежности и экономичности..
Дисциплина №2
Компьютерный
инженерный анализ
Рассматриваются вопросы технологичности конструкции деталей, базирования заготовок на металлорежущих станках,
назначения припусков и режимов резания для обеспечения точности механической обработки и качества обрабатываемых
поверхностей. На основании полученных теоретических знаний рассматриваются методы практического построения
технологического маршрута обработки деталей, способы обработки различных типов поверхностей, применение
установочных приспособлений и соответствующего режущего и вспомогательного инструмента. Кроме того
рассматриваются технологические особенности применения автоматизированного оборудования для обработки заготовок в
условиях единичного, мелкосерийного и серийного производства.
Рассматриваются основные методы разработки технологических процессов сборки изделий и, в частности, приборов
робототехнических и мехатронных систем, формируются умения по разработанному технологическому процессу собирать
отдельные узлы робототехнических и мехатронных систем, выполнять контрольные и регулировочные операции сборки
робототехнических и мехатронных систем. Методы сборки, правила и методы разработки и составления технологических
процессов сборки узлов робототехнических и мехатронных систем, правила оформления документации на технологические
процессы сборки робототехнических и мехатронных систем.
Дисциплина «Компьютерный инженерный анализ мехатронных систем» посвящена изучению компьютерных
мехатронных систем
3.25.2
Моделирование систем
управления роботов и
мехатронных систем
3.26
Дисциплина №3
3.26.1
Программируемые
средства мехатронных
систем
3.26.2
Автоматизация
управления жизненным
циклом продукции
Директор института
вычислительных методов и программных средств, применяемых для расчетного обоснования прочности, жесткости,
устойчивости и долговечности конструкций при их проектировании в конструкторских бюро, а также для выбора
оптимальных технологических параметров при изготовлении заготовок деталей машин. Приводится информация о системах
автоматизированного проектирования в машиностроении. Рассматриваются теоретические основы компьютерного
инженерного анализа конструкций и технологий, изучаются практические приемы инженерных расчетов с использованием
программных средств на конкретных примерах.
Моделирования систем управления роботов и мехатронных систем является дисциплиной, изучающей основные
теоретические и практические вопросы моделирования, дающей представления о методах моделирования и методологии их
применения к решению научно-технических задач (исследований, оптимального проектирования, изготовления и
эксплуатации систем), формирующей практические навыки моделирования технических объектов, систем и процессов
машиностроения. Дисциплина включает в себя разделы, посвященные изучению основных понятий и определений теории
моделирования в целом и математического моделирования, в частности, алгоритмов построения моделей, теории
планирования факторного эксперимента, методологии построения различных видов математических моделей для
исследования систем, возможностей современного технического и программного обеспечения для моделирования систем.
Цель дисциплины - формирование навыков применения программируемых контроллеров, программируемых устройств
человеко-машинного интерфейса (операторских панелей) в системах автоматизации технологических процессов. Изучаются
функции и технические характеристики контроллеров, интерфейсы контроллеров, способы связи контроллера с управляемым
процессом, средства разработки и отладки программ контроллеров, принципы основных языков программирования
контроллеров, программные способы реализации типовых операций контроллера, средства разработки среды оператора для
устройства человеко-машинного интерфейса, способы организации взаимодействия устройств человеко-машинного
интерфейса и контроллеров программными средствами.
Дисциплина дает представление о едином, интегрированном характере автоматизации производства. Студенты
знакомятся с концепцией CALS, обеспечивающей последовательное, непрерывное изменение и совершенствование бизнеспроцессов разработки, проектирования, производства и эксплуатации изделия. Студенты знакомятся с используемыми
наборами разнообразных методов, техническими, а также программными средствами обеспечения CALS-технологий, ГПС и
КИП. В основе применения таких технологий лежит переход от «островов автоматизации» к «единому информационному
пространству» на основе однократного ввода и многократного использования информации, уменьшение количества
бумажных документов и дублирования информации в них.
Цель дисциплины: знакомство с современными системами организации синхронного проектирования и
распределенного доступа к инженерной информации при проектировании; изучение основ организации защиты, хранения и
внесения изменений в данные проекта в процессе производства продукции; ознакомление с возможностями
автоматизированных систем учета материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в масштабах предприятия;
ознакомление с имеющимися программными продуктами, предназначенными для организации управления производством на
основе сквозной информационной поддержки жизненного цикла изделия: MRP, ERP-системами, PDM, PLM-системами,
интерактивными электронными техническими руководствами, средствами управления потоками заданий и
документооборотом, системами поддержки принятия решений и другими компонентами CALS-технологий.
О.Г. Блинков