УТВЕРЖДАЮ

Директор ИК

__________

«___» ____________2015 г.

БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

АВТОМАТИЗАЦИЯ И РОБОТИЗАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Направление ООП: 15.03.06 «Мехатроника и робототехника»

Профиль подготовки: «Интеллектуальные робототехнические
и мехатронные системы»

Квалификация (степень): бакалавр

Базовый учебный план приема: 2015 г.

Курс 4 семестр 8

Количество кредитов 6

Код дисциплины Б1.ВМ5.1.10.2

Вид промежуточной аттестации: экзамен

Обеспечивающее подразделение: кафедра интегрированных компьютерных систем управления (ИКСУ)

Заведующий кафедрой ИКСУ __________

(ФИО)

Руководитель ООП ___________

(ФИО)

Преподаватель ___________

(ФИО)

2015 г.

1. Цели освоения дисциплины

В результате освоения данной дисциплины студент приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2 – Ц4 основной образовательной программы 15.03.06 «Мехатроника и робототехника».

Дисциплина нацелена на подготовку студентов к:

- к проектно-технологической деятельности в области создания средств и систем мехатроники и робототехники с использованием современных инструментальных средств и информационных технологий. (Ц2);

- комплексным инженерным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой аппаратных и программных средств объектов мехатроники и робототехники. (Ц3);

- монтажно-наладочной и сервисно-эксплуатационной деятельности для ввода разработанных объектов мехатроники и робототехники в опытную и промышленную эксплуатацию с выполнением требований защиты окружающей среды и правил безопасности производства. (Ц4).

2. Место дисциплины в структуре ООП

Дисциплина «Автоматизация и роботизация технологических процессов» входит в вариативную часть профессионального цикла дисциплин.

ПРЕРЕКВЕЗИТЫ – дисциплины «Математический анализ 1.3», «Математические основы теории систем», «Теория автоматического управления», «Программное обеспечение мехатронных и робототехнических систем», «Электрические и гидравлические приводы мехатронных и робототехнических систем». В процессе изучения этих дисциплин студент получает базовые знания по математике, профессиональные знания в области аппаратно-программных средств мехатронных и робототехнических систем.

КОРЕКВЕЗИТЫ – дисциплины «Проектирование устройств мехатроники и робототехники», «Силовые электронные устройства мехатроники и робототехники», а также – выполнение заданий по УИРС, НИРС и выпускных квалификационных работ. При изучении указанных дисциплин используются умения студентов, полученные по дисциплине «Компьютерное управление в мехатронике и робототехнике» в процессе постановки задач, выполнении расчетов, анализе результатов в рамках лабораторных работ и индивидуальных заданий.

3.  Результаты освоения дисциплины

В процессе освоения дисциплины в соответствии с ФГОС ВПО у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные):

– способностью владеть культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

– готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-2);

– способностью иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-5);

– способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-6).

– способностью понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, сознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе, соблюдать основные требования информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны (ОК-10).

2. Профессиональные:

способностью и готовностью:

– применять необходимые для построения моделей знания принципов действия и математического описания составных частей мехатронных и робототехнических систем (информационных, электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники);

– реализовывать модели средствами вычислительной техники (ПК-1);

– вести патентные исследования в области профессиональной деятельности;

– вести разработку алгоритмов и программных средств реализации корректирующих устройств (ПК-3);

– разрабатывать рабочую программную документацию по составным частям опытного образца мехатронной или робототехнической системы (ПК-5).

Соответствие результатов освоения дисциплины формируемым компетенциям ООП представлено в таблице 1.

Таблица 1

*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций представлена в основной образовательной программе подготовки бакалавров.

Планируемые результаты освоения дисциплины «Автоматизация и роботизация технологических процессов» показаны в таблице 2.

Таблица 2

Планируемые результаты освоения дисциплины

4.  Структура и содержание дисциплины

Раздел 1. Основы автоматизации и роботизации технологических процессов.

Задачи и содержание курса АРТП. Особенности АРТП на предприятиях отраслей промышленности. Объекты автоматизации в машиностроительного производства, станкостроение и их параметры, подлежащие автоматическому управлению. Структуры систем АТПП. Системы автоматического управления динамическими объектами автоматизации. Методы математического описания объектов автоматизации.

Раздел 2. Автоматическое регулирование параметрами технологических установок

Проблемы автоматического регулирования параметрами технологических установок. Методические основы выбора параметров ПИД – регуляторов. Автоматическая настройка и адаптация регуляторов. Simulink - моделирование систем автоматического регулирования технологическими параметрами. Автоматизация пуска и останова технологического оборудования. StateFlow-моделирование систем автоматного регулирования технологических процессов.

Раздел 3. Автоматизация типовых технологических процессов. Математическое описание расхода. Регулирование расхода, соотношения расхода. Передаточная функция объекта управления расходом. Математическое описание резервуара с жидкостью. Регулирование уровня. Передаточная функция объекта управления уровнем. Регулирование давления. Передаточная функция объекта управления давлением. Регулирование температуры. Передаточная функция объекта управления температурой. Регулирование рН. Передаточная функция объекта управления рН воды. Регулирование параметров состава и качества. Передаточная функция объекта управления составом энергоностителя. Математическое описание трубопровода как объекта регулирования расхода жидкости или газа. Автоматизация процессов перемещения жидкостей и газов. Передаточная функция объекта управления трубопроводом. Автоматизация сепарации и очистки неоднородных составов. Математическое описание теплообменных процессов. Автоматизация тепловых процессов. Передаточная функция объекта управления теплообменным процессом. Автоматизация процесса ректификации. Автоматизация процесса абсорбции. Автоматизация процесса выпаривания. Автоматизация процесса экстракции. Автоматизация процесса сушки.

Раздел 4. Роботизация производственных процессов

Промышленные роботы как один из средств автоматизации производственных процессов. Состав роботизированных производств. Роботизированная технологическая линия. Роботизированный технологический комплекс, его состав, устройство управления, устройства оснащения.

Лабораторные занятия

1.  Ознакомление с программным комплексом Infinity.

2.  LabView-симуляция технологических процессов предприятия.

3.  Matlab-моделирование технологических процессов предприятия.

4.  Исследование автоматизированной системы «Вируальный промысел».

5.  Исследование АС управления температурным объектом.

6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)

6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:

-  работе студентов с лекционным материалом и раздаточными материалами, поиске и анализе литературы и электронных источников информации,

-  выполнении домашних заданий,

-  изучении теоретического материала к лабораторным занятиям и подготовке ответов на контрольные вопросы по лабораторным работам,

-  изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,

-  подготовке к выполнению практических работ,

-  подготовке к экзамену.

6.2 Темы, выносимые на самостоятельную проработку:

поиск необходимых сведений о компонентах АС в сети Internet,

- освоение пакета LabView,

- освоение программно-технического оборудования стендов для выполнения лабораторных работ по курсу,

- отладка модельных исследований систем автоматизации в пакете Matlab.

6.3 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа

ТСР направлена на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала бакалавров и заключается в:

-  поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе научных публикаций по определенной теме исследований,

-  анализе теоретических и фактических материалов по заданной теме, составлении моделей и документированных процедур на основе бизнес процессов машиностроительного производства.

6.4 Примерный перечень рефератов:

1.  Автоматизация технологических процессов сборки.

2.  Автоматизация технологических процессов управления резервуарным конвейером.

3.  Автоматизация технологических процессов сборки автомобиля.

4.  Роботизация промышленного производства в машиностроении.

5.  Автоматизация и роботизация технологических процессов склада.

6.  Автоматизация и роботизация технологических процессов управления транспортировкой продукции.

7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины (фонд оценочных средств)

Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам контролирующих мероприятий, представленных в таблице 3.

Таблица 3

Контролирующие мероприятия дисциплины

Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства (фонд оценочных средств).

7.1. Примеры контрольных работ

Контрольное задание № 1

Рис. 1. Регулирование уровня

Резервуар, в котором необходимо регулировать уровень жидкости, показан на рис.1а. Исполнительное устройство уменьшает приток жидкости в резервуар при увеличении уровня в нем и увеличивает его при уменьшении уровня. В результате проведенных экспериментов определено то, что передаточная функция объекта управления представляет собой апериодическое звено с запаздыванием, вызванным тем, что исполнительное устройство находится на расстоянии от резервуара.

W(p)= = ,

,

где, L – длина участка пути потока между клапаном и поверхностью жидкости в резервуаре; V – средняя скорость потока жидкости после клапана.

Исполнительное устройство (ИО) реализовано в виде регулируемого клапана, передаточная функция которого представляет собой апериодическое звено. Измерительное устройство является безинерционным звеном (Кизм). Оно выдает сигнал 4-20 мА, который служит входом для программируемого логического контроллера, управляющего клапаном. На этом контроллере реализуется алгоритм управления. С использованием Matlab/Simulik провести исследование показателя качества (перерегулирование, время регулирования, точность регулирования) САР, показанной на рисунке, при использовании алгоритмов (П-. ПИ. ПИД типов и двухпозиционного с гистерезисом для трех значений его ширины : 0,1%, 0,5% и 1% диапазона изменения ошибки регулирования). В отчете представить Simulik-модели и результаты исследования, осциллограммы переходных процессов.

Контрольное задание № 2

Рис. 2. Регулирования уровня с насосным забором жидкости

Объект управления (рис.22) состоит из резервуара и насоса с постоянной производительностью, установленного на выходе из резервуара.

Исполнительное устройство уменьшает приток жидкости в резервуар при увеличении уровня в нем и увеличивает его при уменьшении уровня. В результате проведенных экспериментов определено то, что передаточная функция объекта управления представляет собой интегрирующее звено с запаздыванием, вызванным тем, что исполнительное устройство находится на расстоянии от установки.

W(p)= = ,

,

где, L – длина участка пути между клапаном и поверхностью жидкости в резервуаре; V – средняя скорость потока жидкости после клапана.

Исполнительное устройство (ИО) реализовано в виде регулируемого клапана, передаточная функция которого представляет собой апериодическое звено. Измерительное устройство является безинерционным звеном с запаздыванием, вызванным большим временем измерения концентрации кубовой жидкости. Измерение осуществляется в течение длительного времени. Оно выдает сигнал 4-20 мА, который служит входом для программируемого логического контроллера, управляющего клапаном. С использованием Matlab/Simulik провести исследование показателя качества (перерегулирование, время регулирования, точность регулирования) САР, показанной на рисунке при использовании алгоритмов (П-. ПИ. ПИД типов и двухпозиционного с гистерезисом для трех значений его ширины: 0,1%, 0,5% и 1% диапазона изменения ошибки регулирования). В отчете представить Simulik-модели и результаты исследования, осциллограммы переходных процессов.

8. Рейтинг качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины «Информационные технологии» в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 01.01.2001 г.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:

- текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на контрольные работы) и результаты практической деятельности (решение задач лабораторных работ, защита рефератов) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);

- промежуточная аттестация (экзамен) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)

Литература основная

1. Шишмарев технологических процессов: учебное пособие для среднего профессионального образования / . – 5-е изд., стер. – Москва: Академия, 2009. – 352 с.

2. Автоматизация, робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства: учебник / [и др.]. – Старый Оскол: ТНТ, 2010. – 484 с.

3. , , Хомченко технологических процессов и производств: учебник. – М., 2009. – 40 с.

Литература дополнительная

1. Конюх автоматизированных систем производства: учеб. пособие. – М., 2009. – 15 с.

2. Громаков автоматизированных систем. Курсовое проектирование: учеб. пособие.– Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 150 с.

3.  Э. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учебное пособие для среднего профессионального образования / , . – Москва; Минск: Инфра-М Новое знание, 2011. – 265 с.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Материально-техническое обеспечение дисциплины «Автоматизация и роботизация технологических процессов» (табл. 4).

Таблица 4

Материально-техническое обеспечение дисциплины

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению 15.03.06 «Мехатроника и робототехника» и профилю подготовки «Интеллектуальные робототехнические и мехатронные системы».

Программа одобрена на заседании кафедры ИКСУ

(протокол № 40 от «21» мая 2015 г.).

Автор:доцент

Рецензент: доцент