Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki - Mechanika i robotyzacja przemysłu (S1)
Sylabus przedmiotu Techniki obliczeniowe:
Informacje podstawowe
| Kierunek studiów | Mechanika i robotyzacja przemysłu | ||
|---|---|---|---|
| Forma studiów | studia stacjonarne | Poziom | pierwszego stopnia |
| Tytuł zawodowy absolwenta | inżynier | ||
| Obszary studiów | charakterystyki PRK, kompetencje inżynierskie PRK | ||
| Profil | ogólnoakademicki | ||
| Moduł | — | ||
| Przedmiot | Techniki obliczeniowe | ||
| Specjalność | przedmiot wspólny | ||
| Jednostka prowadząca | Katedra Mechatroniki | ||
| Nauczyciel odpowiedzialny | Sławomir Marczyński <Slawomir.Marczynski@zut.edu.pl> | ||
| Inni nauczyciele | Sławomir Marczyński <Slawomir.Marczynski@zut.edu.pl>, Tadeusz Ziębakowski <Tadeusz.Ziebakowski@zut.edu.pl> | ||
| ECTS (planowane) | 3,0 | ECTS (formy) | 3,0 |
| Forma zaliczenia | zaliczenie | Język | polski |
| Blok obieralny | — | Grupa obieralna | — |
Formy dydaktyczne
Wymagania wstępne
| KOD | Wymaganie wstępne |
|---|---|
| W-1 | Matematyka: równania algebraiczne (w tym równanie stopnia drugiego); ciągi liczbowe; funkcje jednej i dwóch zmiennych; pochodna funkcji; obliczanie pola powierzchni pod krzywą; liczby losowe, wartość średnia, mediana, odchylenie standardowe; współrzędne kartezjańskie. Informatyka: podstawowe umiejętności obsługi komputera (pisanie na klawiaturze, obsługa myszy komputerowej); wskazana znajomość języka programowania (takiego jak C lub podobne, Java lub podobne, Python lub Basic) w którym używa się zmiennych, instrukcji warunkowych, pętli i funkcji/procedur. Fizyka: mechanika – układ współrzędnych, siła, prędkość, przyspieszenie, prawa dynamiki Newtona. |
Cele przedmiotu
| KOD | Cel modułu/przedmiotu |
|---|---|
| C-1 | Umiejętność wykonywania rachunków (interaktywnie i za pomocą skryptów) z użyciem uniwersalnych środowisk obliczeniowych dedykowanych dla inżynierów. W szczególności umiejętność posługiwania się takim oprogramowaniem jak Matlab i MathCAD. |
Treści programowe z podziałem na formy zajęć
| KOD | Treść programowa | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| T-L-1 | Zgodne z tematyką wykładów. | 30 |
| 30 | ||
| wykłady | ||
| T-W-1 | Struktury danych używane w Matlabie: macierze i macierze komórkowe. Koncepcja macierzy rzadkich. Podstawowe operacje na macierzach w języku Matlab: tworzenie różnych macierzy, wyodrębnianie ich fragmentów, indeksowanie, usuwanie wierszy i kolumn, operacje arytmetyczne takie jak mnożenie, dodawanie, odejmowanie macierzy, transpozycja, obliczanie wyznacznika i macierzy odwrotnej. Obliczenia element-po-elemencie (iloczyn Hadamarda-Schura). Sortowanie, tasowanie i operacje logiczne na macierzach i na ich elementach. Wyszukiwanie wartości największych i najmniejszych, obliczanie średnich, mediany, odchylenia standardowego. Skrypty i funkcje użytkownika w języku Matlab: podstawowe, anonimowe, lokalne, zagnieżdżone, prywatne i inline. Zastosowanie funkcji jako parametrów w poleceniach Matlaba. Instrukcje sterujące w języku Matlab: instrukcja warunkowa i instrukcja wielokrotnego wyboru, pętle for i while. Zapobieganie przedwczesnemu zakończeniu obliczeń przez przechwytywanie wyjątków. Techniki pozwalające uniknąć niepotrzebnych pętli for i przyspieszyć obliczenia. Graficzna prezentacja wyników w programie Matlab. Wykresy dwuwymiarowe i wykresy trójwymiarowe (tworzenie siatki punktów) oraz mapy konturowe. Sposoby tworzenia opisów wykresów, eksportowanie wykresów w postaci plików nadających się do publikacji. Modyfikowanie grafiki: zmiana stopnia pisma, grubości i koloru linii oraz symboli, skali (z liniowej na logarytmiczną), umieszczanie tekstu na wykresie, synchronizacja zakresów osi. Zapisywanie rysunków w postaci dostępnej dla innych programów. Rozwiązywanie równania liniowego, równania kwadratowego i ogólnie równania stopnia n-tego (wielomianowego) wywołaniem polecenia roots. Rozwiązywanie równań nieliniowych wywołaniem polecenia fzero. Problem rozwiązywania układów równań nieliniowych. Rozwiązywanie układów równań liniowych. Układy nieoznaczone i nadoznaczone. Układy z macierzą osobliwą. Zastosowanie dzielenia macierzy, macierzy odwrotnej i macierzy pseudoodwrotnej. Metoda Banachiewicza. Użycie dekompozycji LU w Matlabie do rozwiązywania układu równań. Iteracyjne metody rozwiązywania układu równań liniowych w programie Matlab Interpolacja i aproksymacja w Matlabie: liniowa, wielomianowa, funkcjami sklejanymi i inne. Numeryczne obliczanie nachylenia krzywych i powierzchni, obliczanie pola pod krzywą i wartości skutecznych za pomocą programu Matlab. Przygotowywanie danych dla procedur ODE w programie Matlab, rozwiązywanie równań z pochodnymi zwyczajnymi. Problem sztywności równań i rozbieżności wyników otrzymywanych różnymi metodami. Obiektowe możliwości Matlaba. Simulink w Matlabie – przykład programowania dataflow. Program MathCAD – wprowadzanie danych i komentarzy, wykonywanie obliczeń numerycznych, przekształcanie jednostek, obliczenia na macierzach, tworzenie wykresów. Program MathCAD – przekształcanie wzorów za pomocą wbudowanego Mapple (CAS). Program MathCAD – numeryczne rozwiązywanie problemów za pomocą solve blocks, algorytm KNITRO. Program MathCAD – programowanie w MathCAD. Obliczenia macierzowe jako sposób na efektywny sposób numerycznego przetwarzania znacznych ilości danych występujących w praktyce inżynierskiej. Środowiska obliczeniowe przeznaczone do obliczeń macierzowych i prezentacji ich wyników. Porównanie możliwości programów Matlab, Octave, Scilab, Fremat oraz MathCAD i CAS Mathematica (Wolfram Alpha). | 15 |
| 15 | ||
Obciążenie pracą studenta - formy aktywności
| KOD | Forma aktywności | Godziny |
|---|---|---|
| laboratoria | ||
| A-L-1 | uczestnictwo w zajęciach | 30 |
| A-L-2 | praca własna | 20 |
| 50 | ||
| wykłady | ||
| A-W-1 | uczestnictwo w zajęciach | 15 |
| A-W-2 | praca własna | 10 |
| 25 | ||
Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne
| KOD | Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne |
|---|---|
| M-1 | Wykład informacyjny z użyciem komputera i właściwego oprogramowania narzędziowego |
| M-2 | Ćwiczenia laboratoryjne - rozwiązywanie zadań z użyciem programów Mathcad i Matlab |
Sposoby oceny
| KOD | Sposób oceny |
|---|---|
| S-1 | Ocena podsumowująca: Ocena umiejętności prowadzenia obliczeń w programie Mathcad. |
| S-2 | Ocena podsumowująca: Ocena umiejętności stosowania technik dostępnych w systemie Matlab. |
Zamierzone efekty uczenia się - wiedza
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MRP_1A_B04_W01 Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych slużących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich | MRP_1A_W02 | — | — | C-1 | T-W-1 | M-1 | S-2 |
Zamierzone efekty uczenia się - umiejętności
| Zamierzone efekty uczenia się | Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów | Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia | Odniesienie do efektów uczenia się prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera | Cel przedmiotu | Treści programowe | Metody nauczania | Sposób oceny |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MRP_1A_B04_U01 Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich | MRP_1A_U08, MRP_1A_U09 | — | — | C-1 | T-L-1 | M-2 | S-1, S-2 |
Kryterium oceny - wiedza
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| MRP_1A_B04_W01 Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych slużących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich | 2,0 | Student nie orientuje się w narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich. |
| 3,0 | Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich. | |
| 3,5 | Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich i rozumie obszary zasady ich stosowania. | |
| 4,0 | Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich. Rozróżnia metody obliczeń i jest w stanie zaproponować właściwe narzędzie do ich przeprowadzenia. | |
| 4,5 | Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich. Rozróżnia metody obliczeń i jest w stanie zaproponować właściwe narzędzie do ich przeprowadzenia. Wybiera właściwą formę przedstawienia wyników. | |
| 5,0 | Student ma wiedzę o narzędziach informatycznych służących rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich. Rozróżnia metody obliczeń i jest w stanie zaproponować właściwe narzędzie do ich przeprowadzenia. Wybiera właściwą formę przedstawienia wyników. Potrafi wskazać metodę alternatywną. |
Kryterium oceny - umiejętności
| Efekt uczenia się | Ocena | Kryterium oceny |
|---|---|---|
| MRP_1A_B04_U01 Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu zagadnień inżynierskich | 2,0 | Student nie umie wykorzystać właściwych metod i narzędzi informatycznych do rozwiązywania zagadnień inżynierskich. |
| 3,0 | Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu prostych zagadnień inżynierskich. | |
| 3,5 | Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu standardowych zagadnień inżynierskich. | |
| 4,0 | Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu złożonych zagadnień inżynierskich. Potrafi odpowiednio zaprezentować wyniki obliczeń. | |
| 4,5 | Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu złożonych zagadnień inżynierskich. Potrafi odpowiednio zaprezentować wyniki obliczeń. Algorytm obliczeń potrafi sformułować w formie programu. | |
| 5,0 | Student umie wykorzystać właściwe metody i narzędzia informatyczne w rozwiązywaniu złożonych zagadnień inżynierskich. Potrafi odpowiednio zaprezentować wyniki obliczeń. Algorytm obliczeń potrafi sformułować w formie programu do wykorzystania w zadaniach tego samego typu. |
Literatura podstawowa
- Pratap Rudra, Matlab dla naukowców i inżynierów, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2018, 2, ISBN: 9788301183219
- Brzózka J., Dorobczyński L., Programowanie w Matlab, MIKOM, Warszawa, 1998
- Ryszard Kotyka, Dawid Rasala, Mathcad. Od obliczeń do programowania., Helion, 2012
Literatura dodatkowa
- Regel W., Wykresy i obiekty graficzne w programie Matlab, MIKOM, Warszawa, 2003