Научно-исследовательский семинар "Создание киберфизических систем"

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Программная инженерия)

Направление: 09.03.04. Программная инженерия

Кто читает: Департамент программной инженерии

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 2, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Агамирзян Игорь Рубенович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 44

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Киберфизические системы являются основой современной технологической платформы, включая в себя робототехнику, интернет вещей (IoT), интеллектуальные распределённые системы управления (smart-системы) в различных отраслях и индустриях. Базисом создания киберфизических систем является микроэлектроника и мехатроника, в первую очередь микроконтроллеры, сенсоры и актуаторы различного типа. Проектирование и создание киберфизических систем включает в себя программирование микроконтроллеров, но не ограничивается им, так как каждая система имеет уникальную архитектуру и является комплексным инженерным проектом. В курсе НИС "Создание киберфизических систем" предлагается сбалансированный подход к созданию киберфизических систем, объединяющий программирование с конструированием логической и механической частей системы. Значительная часть учебного процесса проводится с использованием цифровых симуляторов, однако для успешного прохождения курса необходимо в рамках проектной работы на протяжении финального модуля сконструировать, изготовить и запрограммировать реальную киберфизическую систему.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины являются формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков в области конструирования, моделирования и отладки киберфизических систем.
Также студенты получат опыт ведения самостоятельного научного исследования и инженерной разработки, который пригодится им при написании курсовых, дипломных и научных работ.

Планируемые результаты обучения

Уметь проектировать и прототипировать простые логические схемы
Уметь проектировать и прототипировать схемы на основе микроконтроллеров с простыми сенсорами/актуаторами
Знать принципы работы и уметь проектировать и прототипировать схемы с пространственными актуаторами
Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения
Уметь работать с 3D-принтерами и реализовывать полный цикл изготовления пространственного (объёмного) объекта

Содержание учебной дисциплины

Базовые понятия киберфизических систем и интернета вещей
Базовые понятия киберфизических систем и интернета вещей – сенсоры, контроллеры, актуаторы. Электроника и микроэлектроника. Рассмотрение принципов работы контроллеров и актуаторов.
Принципы проектирования и быстрого прототипирования электронных систем на базе микроконтроллеров
Принципы проектирования электронных систем на базе микроконтроллеров и быстрого прототипирования простых киберфизических систем. Средства моделирования киберфизических систем на примере Autodesk Circuits (Tinkercad).
Пространственные актуаторы и принципы перемещения в пространстве
Принципы перемещения в пространстве. Управление по осям для перемещений в 1-2-3D-пространствах. Преобразование вращательного движения в поступательное. Построение 1D- и 2D-систем с использованием шаговых двигателей и винтовой передачи (ШВП).
Принципы проектирования 3D-объектов
Принципы проектирования 3D-объектов. OpenSCAD как инструмент функционального программирования 3D-объектов. Преобразование объекта в траекторию его построения.
Использование 3D-принтеров
Построение реальных объектов с использованием 3D-принтеров – основные технологические операции: проектирование, слайсинг, печать.
Запуск проектной работы
Выбор и выполнение самостоятельных проектов студентов.
Подготовка докладов
Подготовка докладов по проектам в соответствии с тематикой семинара.
Защита проектов
Презентации и обсуждение докладов на семинаре.

Элементы контроля

Лабораторная работа ЛР1
Уметь проектировать и прототипировать простые логические схемы
Домашнее задание ДЗ1
Уметь проектировать и прототипировать простые логические схемы
Домашнее задание ДЗ2
Уметь проектировать и прототипировать схемы на основе микроконтроллеров с простыми сенсорами/актуаторами
Лабораторная работа ЛР3
Знать принципы работы и уметь проектировать и прототипировать схемы с пространственными актуаторами
Домашнее задание ДЗ3
Знать принципы работы и уметь проектировать и прототипировать схемы с пространственными актуаторами
Лабораторная работа ЛР4
Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения
Лабораторная работа ЛР5
Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения
Домашнее задание ДЗ4
Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения
Индивидуальный проект ПР1
Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения Уметь работать с 3D-принтерами и реализовывать полный цикл изготовления пространственного (объёмного) объекта
Групповой проект ПР2
Уметь проектировать и прототипировать простые логические схемы Уметь проектировать и прототипировать схемы на основе микроконтроллеров с простыми сенсорами/актуаторами Знать принципы работы и уметь проектировать и прототипировать схемы с пространственными актуаторами Уметь проектировать 3D-объекты и понимать принципы их построения Уметь работать с 3D-принтерами и реализовывать полный цикл изготовления пространственного (объёмного) объекта. Элемент контроля проводится устно в период сессии.
Лабораторная работа ЛР2
Уметь проектировать и прототипировать схемы на основе микроконтроллеров с простыми сенсорами/актуаторами

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.6 * Групповой проект ПР2 + 0.04 * Домашнее задание ДЗ1 + 0.04 * Домашнее задание ДЗ2 + 0.04 * Домашнее задание ДЗ3 + 0.04 * Домашнее задание ДЗ4 + 0.04 * Индивидуальный проект ПР1 + 0.04 * Лабораторная работа ЛР1 + 0.04 * Лабораторная работа ЛР2 + 0.04 * Лабораторная работа ЛР3 + 0.04 * Лабораторная работа ЛР4 + 0.04 * Лабораторная работа ЛР5

Программа дисциплины