ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Филиал Южно-Уральского государственного университета в г. Златоусте
УТВЕРЖДАЮ | |
Декан машиностроительного | |
факультета | |
___________ _____________20____г | |
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины ДВ.2.03 Физико-математические и вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач
для 151900.62 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
профиль подготовки: Технология машиностроения
форма обучения: заочная
кафедра-разработчик: Технология машиностроения, станки и инструменты
Рабочая программа составлена в соответствии с ФГОС ВПО по направлению подготовки 151900.62, утвержденным приказом Минобрнауки
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры Технология машиностроения, станки и инструменты, протокол №____ от ________________
Зав. кафедрой разработчика программы: д. т.н., профессор ___________
Разработчик программы: к. т.н., профессор __________________
Златоуст 2011
1. Цели и задачи дисциплины
Целью освоения дисциплины является формирование у студентов навыков ис-пользования математических методов и основ математического моделирования в профессиональной деятельности инженера.
Задачи дисциплины: сформировать навыки и умения использовать физико-математические и вероятностно-статистические методы при решении профессиональных задач.
Краткое содержание дисциплины
Введение в курс. Общие сведения об использовании физико-математических методов. Вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Физико-математические и вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач» относится к дисциплинам по выбору математического и информационно-технологического цикла.
Перечень предшествующих дисциплин, видов работ | Перечень последующих дисциплин, видов работ |
Б.2.01 Математика Б.2.02 Физика В.2.01 Информатика В.2.04 Основы обеспечения качества Б.3.06 Технологические процессы в машиностроении | Б.3.13 Основы технологии машиностроения В.3.02 Технология машиностроения В.3.07 Режущий инструмент В.3.08 Технология обработки деталей на станках с ЧПУ ДВ.3.04.01 Координатно-измерительная техника в машиностроении. Курсовое и дипломное проектирование |
Требования к «входным» знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым при освоении данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин.
Студент должен знать:
– основные математические понятия и методы, принципы применения математики на практике;
– основные физические явления, фундаментальные понятия, законы и теории
классической и современной физики, методы физических исследований;
– стандартные программные средства для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств;
– состав средств технологического оснащения, технологические возможности и области применения технологических процессов изготовления изделий;
– методы и средства контроля качества продукции, организацию и технологию стандартизации и сертификации продукции, правила проведения контроля, испытаний и приемки продукции;
– методы и средства поверки (калибровки) средств измерений, методики выполнения измерений;
– способы анализа качества продукции, организацию контроля качества и управления технологическими процессами.
Студент должен уметь:
– составлять уравнения прямых на плоскости и в пространстве, плоскостей, кривых и поверхностей второго порядка, дифференцировать и интегрировать,
строить графики функций одного переменного, исследовать функции одного и нескольких переменных на экстремум, исследовать сходимость рядов, решать
задачи по теории функций комплексного переменного, основам функционального анализа, строить математические модели.;
– применять приемы и методы физики для решения конкретных задач из ее различных областей, научную аппаратуру для проведения физического эксперимента, определять конкретное физическое содержание в прикладных задачах;
– применять физико-математические методы для решения задач в области конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств с применением стандартных программных средств;
– оценивать по укрупненным или качественным показателям технико-экономическую эффективность, а также экологические, энерго - и ресурсозатратные и другие характеристики существующих и предполагаемых для внедрения технологических процессов;
– выполнять измерения, калибровку средств измерений.
Студент должен владеть:
– навыками современных видов математического мышления, решения задач из различных областей математики, практического использования математических методов и основ математического моделирования;
– навыками решения задач из различных областей физики, проведения физических экспериментов;
– навыками применения стандартных программных средств в области конструкторско - технологического обеспечения машиностроительных производств;
– принципами рационального выбора методов и средств измерения, правилами составления схем контроля при оформлении конструкторской и технологической документации.
3.Компетпнции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
– способность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6);
– способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
– способность использовать основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительной продукции для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-1);
– способность использовать прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности, методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов и готовых машиностроительных изделий, стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы эксплуатации изделий (ПК-3);
– способность участвовать в постановке целей проекта (программы), его задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, разработке структуры их взаимосвязей, определении приоритетов решения задач с учётом правовых и нравственных аспектов профессиональной деятельности (ПК-6);
– способность участвовать в разработке математических и физических
моделей процессов и объектов машиностроительных производств (ПК-18);
– способность участвовать в разработке программ и методик испытаний
машиностроительных изделий, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-28);
– способность принимать участие в оценке уровня брака машиностроительной продукции и анализе причин его возникновения, разработке мероприятий по его предупреждению и устранению (ПК-30);
– способность к пополнению знаний за счет научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по направлению исследования в области разработки, эксплуатации, реорганизации машиностроительных производств
(ПК-45);
– способностью выполнять работы по диагностике состояния и динамике
объектов машиностроительных производств с использованием необходимых
методов и средств анализа (ПК-47);
– способностью проводить эксперименты по заданным методикам, обрабатывать и анализировать результаты, описывать выполнение научных исследований, готовить данные для составления научных обзоров и публикаций (ПК-49).
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать: современные физико-математические методы, применяемые в инженерной и исследовательской практике; основные положения теории вероятностей и математической статистики; методы оценки погрешностей при экспериментальных исследованиях; возможности применения прикладной математической статистики в различных областях науки.
Уметь: применять методы решения научных, технических проблем констру-кторско-технологического обеспечения машиностроительных производств; применять физико-математические методы при моделировании задач в области машиностроительных производств и их конструкторско-технологического обеспече-ния; применять вероятностно-статистических подход при решении технических задач (к оценке точности измерений и качества продукции); проводить эксперименты по заданным методикам, обрабатывать и анализировать результаты.
Владеть: навыками решения научных, технических проблем конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств; навыками построения моделей и решения конкретных задач в области машиностроительных производств.
4.Объем и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов
Вид учебной работы | Всего часов | Разделение по семестрам в часах. Номер семестра | |
5 | |||
Общая трудоемкость дисциплины | 108 | 108 | |
Аудиторные занятия | 16 | 16 | |
Лекции (Л) | 8 | 8 | |
Практические занятия, семинары и (или) другие виды аудиторных занятий (ПЗ) | 8 | 8 | |
Лабораторные работы (ЛР) | – | – | |
Самостоятельная работа (СРС): – расчетно-графическая работа – занятия в библиотеке – подготовка к зачету | 83 30 40 13 | 83 30 40 13 | |
Контроль самостоятельной работы студента (КСР): – консультация с преподавателем – зачет | 9 7 2 | 9 7 2 | |
Экзамен | – | – |
5. Содержание дисциплины
Номер темы | Наименование темы | Объем занятий по видам в часах | |||||
Всего | Л | ПЗ | ЛР | СРС | КСР | ||
1 | Введение в курс | 4 | 1 | – | – | 3 | – |
Цели и задачи дисциплины. Основные понятия и определения. | |||||||
2 | Общие сведения об использовании физико-математических методов | 40 | 3 | 3 | – | 30 | 4 |
Конструктивные особенности машиностроительной техники. Влияние параметров процесса на форму и размеры технологического оборудования. Критерии оптимизации и оптимальное проектирование машин и аппаратов. Математические методы получения целевой функции и поиска оптимального варианта. Универсальный технико-экономический критерий оптимальности. Оптимизация геометрических размеров оборудования. | |||||||
3 | Вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач | 64 | 4 | 5 | – | 50 | 5 |
Закон нормального распределения (закон Гаусса). Закон равнобедренного треугольника (закон Симпсона). Закон равной вероятности. Закон эксцентриситета (закон Релея). Построение эмпирической кривой распределения. Построение теоретической кривой распределения. Практическое применение законов распределения размеров для анализа точности обработки |
5.1 Лабораторные работы
(не предусмотрены учебным планом)
5.2 Практические занятия, семинары
Номер занятия | Номер темы | Наименование и краткое содержание практических занятий, семинаров | Кол-во часов |
1 | 2 | Определение оптимальных параметров технологической оснастки (расчетная схема, разработка математической модели, проверка) | 3 |
2 | 3 | Исследование и оценка точности обработки поверхностей детали при различных методах обработки (построение теоретических и эмпирических кривых распределения для закона нормального распределения и закона эксцентриситета) | 5 |
Контрольные вопросы по практическим занятиям
К занятию №1
1.По каким параметрам осуществляется оптимизация технологической оснастки?
2.Что необходимо учитывать при разработке расчетной схемы?
3.Какие современные физико-математические методы применяются в инженерной и исследовательской практике?
К занятию № 2.
1.Какие законы распределения случайных величин применяются для анализа точности обработки?
2.Основные характеристики законов распределения.
3.Какие случайные величины подчиняются закону нормального распределения?
4. Какие случайные величины подчиняются закону эксцентриситета?
5.С учетом чего принимается величина интервала размеров?
6.Какими методами строится теоретическая кривая Гаусса?
7.В каком случае возникает вероятностный брак деталей?
5.3. Самостоятельная работа студентов
Номер темы | Предмет самостоятельного изучения или повторения | Вид работы | Объем работы в часах для одного студента | Список литературы (с указанием разделов, глав, страниц) | Форма контроля |
1 | Введение в курс. Основные понятия и определения. | Изучение темы, не выносимой на лекции. Подготовка к зачету. | 3 | 1. Горбунов математической физики в задачах горного дела / .– М.: Издательство «Горная книга» , 2002.– 408 с. (стр. 4-7) 2. Бородин курс теории вероятностей и математической статистики: учебное пособие / .– СПб.: Издательство «Лань», 2011.– 736 с. (стр. 3-4) | Итоговый семестровый зачет |
2 | Общие сведения об использовании физико-математических методов. Математические методы получения целевой функции и поиска оптимального варианта. Универсальный технико-экономический критерий оптимальности. | Изучение тем, не выносимых на лекции. Подготовка к зачету. | 30 | 1. Ме-тоды математической физики в задачах гор-ного дела / -бунов.– М.: Издатель-ство «Горная книга» , 2002.– 408 с. (стр. 8-37) | Итоговый семестровый зачет. Проверка конспектов практиче-ских занятий. |
3 | Вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач. Практическое применение законов распределе-ния размеров для анализа точности обработки. | Изучение тем, не выносимых на лекции. Выполнение расчетно-графической работы. Подготовка к зачету. | 50 | 1. Бородин -ментарный курс тео-рии вероятностей и математической ста-тистики: учебное по-собие / -дин.– СПб.: Издатель-ство «Лань», 2011.– 736 с. (стр. 7-208) 2. Кобзарь математическая статистика. Для инженеров и научных работников / . М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.– 816 с. (стр. 24-34, 68, 71, 98-128) | Итоговый семестровый зачет. Проверка конспектов практических занятий. |
6. Образовательные технологии, используемые в учебном процессе
данной дисциплины (рекомендации преподавателю)
6.1. Интерактивные формы обучения
Интерактивные формы обучения | Вид работы (Л, ПЗ, ЛР) | Краткое описание | Кол-во часов |
Компьютерная симуляция | |||
Деловая или ролевая игра | |||
Разбор конкретных ситуаций | ПЗ | На практическом занятии (2) предусмотрен разбор конкретных ситуаций – точность обработки деталей, изготавлеваемых по действующим технологическим процессам, на предприятиях различной формы производства | 3 |
Тренинг | |||
Встреча с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций | Л | Ознакомление студентов, представителем отдела главного технолога , с перспективами развития технологий изготовления деталей | 2 |
Мастер-классы экспертов и специалистов | |||
Другое |
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах в учебном процессе составляет 28 % аудиторных занятий.
6.2. Инновационные способы и методы, используемые
в образовательном процессе
Наименование | Краткое описание и примеры использования в темах и разделах |
1.Использование информационных ресурсов | Использование информационных ресурсов Интернет. Электронно-библиотечная система издательства «Лань». |
2.Применение электронных мультимедийных учебников и учебных пособий | |
3.Ориентация содержания на лучшие отечественные аналоги образовательных программ | Примерная образовательная программа УМО АМ ФГБОУ ВПО «СТАНКИН» |
4.Применение предпринимательских идей в содержании курса | |
5.Использование проблемно-ориентированного междисциплинарного подхода к изучению наук | |
6.Применение активных методов обучения, «контекстного» и «на основе опыта» | |
7.Использование методов, основанных на изучении практики (case studies) | На практических занятиях предусмотрен разбор конкретных ситуаций – достижение требуемой точности обработки различных поверхностей деталей в действующих технологических процессах на предприятиях различной формы производства. |
8.Использование проектно-организованных технологий обучения работе в команде над комплексным решением практических задач | |
9.Другие |
7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля
Тема 1. Введение в курс. Основные понятия и определения.
1.Цели и задачи дисциплины.
2.Основные понятия и определения.
Тема 2. Общие сведения об использовании физико-математических методов
1.Какие существуют конструктивные особенности машиностроительной техники?
2.Какое влияние оказывают параметры процесса на форму и размеры технологического оборудования?
3.Какие критерии оптимизации применяются при проектировании машин и аппаратов?
4.Какие математические методы применяются для получения целевой функции и поиска оптимального варианта?
5.В каких случаях рекомендуется применять универсальный технико-экономический критерий оптимальности?
6.По каким критериям осуществляется оптимизация геометрических размеров оборудования?
Тема 3. Вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач
1.Какие законы распределения случайных величин применяются для анализа точности обработки?
2.Основные характеристики законов распределения.
3.Какие случайные величины подчиняются закону нормального распределения?
4. Какие случайные величины подчиняются закону эксцентриситета?
5.С учетом чего принимается величина интервала размеров?
6.Какими методами строится теоретическая кривая Гаусса?
7.В каком случае возникает вероятностный брак деталей?
Контрольные вопросы и задания для проведения промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины
1.Цели и задачи дисциплины.
2.Основные понятия и определения.
3.Какие существуют конструктивные особенности машиностроительной техники?
4.Какое влияние оказывают параметры процесса на форму и размеры технологического оборудования?
5.Какие критерии оптимизации применяются при проектировании машин и аппаратов?
6.Какие математические методы применяются для получения целевой функции и поиска оптимального варианта?
7.В каких случаях рекомендуется применять универсальный технико-экономический критерий оптимальности?
8.По каким критериям осуществляется оптимизация геометрических размеров оборудования?
9.Какие законы распределения случайных величин применяются для анализа точности обработки?
10.Основные характеристики законов распределения.
11.Какие случайные величины подчиняются закону нормального распределения?
12. Какие случайные величины подчиняются закону эксцентриситета?
13.С учетом чего принимается величина интервала размеров?
14.Какими методами строится теоретическая кривая Гаусса?
15.В каком случае возникает вероятностный брак деталей?
Вопросы и задания для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины
Тема 2. Общие сведения об использовании физико-математических методов
1.Какие математические методы применяются для получения целевой функции и поиска оптимального варианта?
2.В каких случаях рекомендуется применять универсальный технико-экономический критерий оптимальности?
Тема 3. Вероятностно-статистические методы при решении конструкторско-технологических задач
1.Какие случайные величины подчиняются закону нормального распределения?
2.Какие случайные величины подчиняются закону эксцентриситета
3.Чем характеризуется надежность обеспечения требуемой точности обработки?
3.В каком случае возникает вероятностный брак деталей?
4.В каком случае определяется количество заготовок, требующих дополнительной обработки?
5.Как определяется экономическая целесообразность применения высокопроизводительных станков пониженной точности?
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Печатная учебно-методическая документация
а) основная литература
1. Горбунов математической физики в задачах горного дела / .– М.: Издательство «Горная книга» , 2002.– 408 с.
2. Кобзарь математическая статистика. Для инженеров и научных работников / . М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.– 816 с.
б) дополнительная литература
1. Решетников, машиностроения: учебное пособие к лабораторным работам / , . – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005.– 37 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя: в 2 т./ , , и др.; под ред. и др.–5-е изд., испр.–М.: Машиностроение-1, Т.1, 2003.– 912 с., Т.2, 2003.–944 с.
в) отечественные и зарубежные журналы по дисциплине, имеющиеся в библиотеке
1. Вестник машиностроения 1994 – 2012 гг.
2. Вестник ЮУрГУ. Машиностроение 2009 – 2012 гг.
3. Известия вуз. Машиностроение 1995 – 2008 гг.
4. Изобретатель и рационализатор 2007 – 2009 гг.
5. Контрольно-измерительные приборы и системы 2007 – 2009 гг.
6. Машинострои– 2полугодие) гг.
7. Патенты и лицензии 2007 – 2010 гг.
8. Станки и инструмент 2003 – 2009 гг.
9. Техника машиностроения 2007 – 2полугодие) гг.
10. Технология машиностроения 2003 – 2012 гг.
г) методические пособия для самостоятельной работы студента, для преподавателя
1. Решетников, машиностроения: учебное пособие к лабораторным работам / , . – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005.– 37 с.
Электронная учебно-методическая документация
Вид учебно-методической документации | Наименование разработки | Ссылка на информационный ресурс | Наименование ресурса в электронной форме | Доступность (сеть Интернет/ локальная сеть |
Учебное пособие | Элементарный курс теории вероятностей и математической статистики | ЭБС «Лань» | Бородин, курс теории вероятностей и математической статистики: учебное пособие / .– СПб.: Издательство «Лань», 2011.– 736 с. | сеть Интернет |
Учебное пособие | Задачник по теории вероятностей и математической стати-стике | ЭБС «Лань» | Емельянов, по теории вероятностей и математической статистике: учебное пособие / , .– СПб.: Издательство «Лань», 2007.– 336 с. | сеть Интер-нет |
Учебное пособие к лабораторным работам | Технология машиностроения | *****@***ru | Решетников, машиностроения: учебное пособие к лаборатор-ным работам / , . – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005.– 37 с. | локальная сеть |
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Вид занятий | № ауд. | Основное оборудование, стенды, макеты, компьютерная техника, предустановленное программное обеспечение, обеспечивающие проведение всех видов занятий |
ПЗ | 1-318 | Образцы оформления статистических исследований точности обработки отверстий |
Л | 2-407 | Учебные видеофильмы (изготовление различных деталей) |
Л | 2-407 | Мультимедиа лекций: закон нормального рас-пределения (закон Гаусса); закон равнобедренного треугольника (закон Симпсона); закон равной вероятности; закон эксцентриситета (закон Релея); построение эмпирической кривой распределения; построение теоретической кривой распределения |
Л, ПЗ | 1-213 | Проектор PT-LB10NTE Panasonic, компьютер Intel Pentium4 2200 MGhz, Celeron 2200 MGhz, Duron 650 MGhz |
