Трек индустриального партнера (4 семестр)

Цели и задачи дисциплины

Трек включает 9 дисциплин, изучение которых непосредственно связано с содержанием проектных задач и направлено на их решение. Трек содержит дисциплины: - Электротехника - Схемотехника - Микропроцессорные системы - Теория автоматического управления - Технические средства автоматизации - Практикум по виду профессиональной деятельности - Компьютерное моделирование - Интернет вещей - Цифровые двойники 1. Цель дисциплины «Электротехника» (4 семестр) – освоение теоретических основ электротехники и электроники, приобретение знаний о конструкциях, принципах действия, параметрах и характеристиках различных электротехнических и электронных устройств, подготовка сту- дента к пониманию принципа действия современного электрооборудования. Задачи дисциплины – показать роль и значение электротехнических знаний для успешной профессиональной деятельности; дать будущим специалистам базовые знания, необходимые для понимания сложных явлений и законов электротехники и электроники. 2. Цель дисциплины "Схемотехника" (5 семестр) – предоставление и формирование у студентов основ знаний по методам и способам передачи/приема, преобразования и хранения данных с применением электронных дискретных (цифровых) компонентов и устройств; устройству, основам функционирования и базовым пара- метрам основных компонентов и интерфейсов компьютеров. 3. Цели и задачи дисциплины «Микропроцессорные системы» (6 семестр) – изучение принципов построения микропроцессорных систем и их программного обеспечения. Основная задача – изучение принципов построения микропроцессоров и микроконтроллеров, их системы команд. 4. Цель «Теория автоматического управления» (6 семестр) – формирование у будущих специалистов профессиональных знаний и практических навыков по исследованию и разработке автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ). Задачи курса: научить студентов разбираться в: – принципах работы АСОИУ; – общих законах построения систем управления (СУ); – методах анализа непрерывных стационарных линейных СУ, в том числе с использованием программных средств; – методах определения настроечных параметров ПИД-регулятора, требующих теоретического и экспериментального обоснования принимаемого проектного решения. 5. Цели и задачи дисциплины «Практикум по виду профессиональной деятельности» (7 семестр) – формирование у обучающихся практических профессиональных компетенций в области проектирования, разработки и внедрения информационных и цифровых решений, ориентированных на реальные производственные и управленческие задачи, в том числе с учётом требований и практик индустриального партнёра — Челябинского кузнечно-прессового завода. Задачи дисциплины: — закрепление и практическое применение знаний, полученных при изучении математических, программных, инженерных и управленческих дисциплин, на примере задач промышленного предприятия; — формирование навыков решения прикладных задач, характерных для деятельности крупных машиностроительных и промышленных организаций; — освоение методов анализа, моделирования и цифровизации производственных и управленческих процессов на базе кейсов ЧКПЗ; — развитие умений командной проектной работы в условиях, приближенных к реальной профессиональной среде; — подготовка обучающихся к выполнению выпускной квалификационной работы и дальнейшей профессиональной деятельности в промышленном секторе. 6. Цели и задачи дисциплины ТСА (7 семестр) Целью дисциплины является изучение современных технических средств автоматизации и управления техническими объектами, их типовых структур, принципов функционирования, а также приобретение навыков их использования в составе автоматизированных систем. Задачами дисциплины являются: 1. Получение базовых знаний об основных характеристиках технических средств автоматизации и управления. 2. Изучение номенклатуры технических средств автоматизации и управления ведущих производителей. 3. Приобретение практических навыков использования современных технических средств автоматизации и управления в составе автоматизированных систем. 4. Изучение принципов построения и проектирования автоматизированных систем управления техническими объектами и технологическими процессами на базе типовых аппаратных и программных средств, включающих аппаратно-программные комплексы: средств получения информации о состоянии объекта автоматизации; обработки, хранения и преобразования информации, формирования алгоритмов управления, визуализации; передачи информации 7. Цели и задачи дисциплины Компьютерное моделирование (8 семестр) – формирование у обучающихся знаний и практических умений в области компьютерного моделирования бизнес-процессов, информационных потоков и архитектур информационных систем, автоматизирующих задачи организационного управления и бизнес-процессы, а также развитие способности применять модели для постановки задач разработки, внедрения и оценки эффективности ИТ-решений в соответствии с бизнес-целями организации. В результате освоения дисциплины обучающиеся должны: — сформировать системное представление о предметной области автоматизации организационного управления и бизнес-процессов; — освоить методы компьютерного моделирования бизнес-процессов в состояниях AS-IS и TO-BE как инструмент анализа и цифровизации; — научиться выявлять точки автоматизации, цифровизации и трансформации на основе анализа компьютерных моделей процессов; — приобрести навыки документирования потребностей в автоматизации и цифровизации с использованием результатов моделирования; — освоить подходы к компьютерному моделированию архитектур информационных систем и ИТ-ландшафта организации; — развить умения анализировать взаимосвязь технических решений и задач разработки с бизнес-целями и показателями эффективности; — научиться предлагать инновационные ИТ-решения и сценарии применения технологий, обосновывая их влияние на развитие бизнеса. 8 Цели и задачи дисциплины Интернет вещей (8 семестр) – Формирование у студентов систематизированных знаний об архитектуре, компонентах, технологиях и протоколах Интернета вещей, а также практических навыков разработки и прототипирования устройств IoT на популярных микроконтроллерных платформах. В результате освоения дисциплины студенты изучат основные проводные и беспроводные технологии связи для IoT (UART, I2C, SPI, Wi-Fi, Bluetooth/BLE, LoRa), познакомятся с сетевыми протоколами прикладного уровня для IoT (MQTT, HTTP, WebSocket), освоят принципы работы с микроконтроллерами (Arduino, ESP32, STM32) и периферийными устройствами (датчиками и исполнительными механизмами), приобретут навыки самостоятельной разработки программно-аппаратных решений на базе контроллеров Arduino, ESP32 и STM32. 9. Цели и задачи дисциплины Цифровые двойники (8 семестр) – изучение современных технологий проектирования производств посредством разработки цифровых двойников отдельных элементов и процессов и обеспечения их интеграции. Задачи: - сбор и анализ исходных данных для разработки цифрового двойника; - оценка матрицы MDT требований, целевых показателей и ресурсных ограничений; - участие в разработке цифровых двойников производственных и технологических объектов

Краткое содержание дисциплины

1. Дисциплина «Электротехника» Электрические цепи постоянного тока. Законы Кирхгофа. Методы анализа сложных электрических цепей (метод наложения, метод контурных токов, метод узловых напряжений, метод эквивалентного генератора, баланс мощностей). Анализ цепей под действием гармонических токов и напряжений. Метод комплексных амплитуд, комплексное сопротивление. Частотно-избирательные цепи. Частотные характери- стики цепей первого порядка (интегрирующие и дифференцирующие цепи). После- довательный и параллельный колебательные контуры. Переходные процессы в ли- нейных электрических цепях. 2. Дисциплина "Схемотехника" 1. Физические объекты, процессы, и явления для представления, преобразова- ния и передачи данных 2. Базовые компоненты дискретных электронных устройств 3. Операционные элементы 4. Полупроводниковая память 5. Устройства на основе ПЛМ 6. Организация персональных и мобильных компьютеров 7. Системные компоненты компьютеров 8. Периферийные устройства компьютера 9. Интерфейсы периферии 3. Дисциплина «Микропроцессорные системы» – принципы построения микропроцессоров и микропроцессорных систем; – архи- тектура и интерфейс микропроцессоров; – система команд и ассемблер; – архитек- тура микроконтроллеров; – программное обеспечение микроконтроллеров; – основ- ные этапы проектирования микропроцессорных систем; – изучение показателей ка- чества и надежности микроконтроллеров и микропроцессорных систем. 4. Дисциплина «Теория автоматического управления» основные понятия ТАУ; математические модели непрерывных линейных объектов и систем; анализ установившихся и переходных режимов работы систем управления; методы анализа устойчивости линейных х систем; методы синтеза линейных детерминированных систем. 5. Дисциплина «Практикум по виду профессиональной деятельности» Дисциплина «Практикум по профессиональной деятельности» реализуется в рамках направления подготовки, курируемого индустриальным партнёром — Челябинским кузнечно-прессовым заводом, и ориентирована на формирование практических навыков, востребованных в условиях реального промышленного про- изводства. Дисциплина изучается после освоения комплекса фундаментальных, общепро- фессиональных и профессиональных дисциплин и опирается на результаты произ- водственных практик и проектной деятельности, в том числе выполняемых по те- матике и с участием специалистов ЧКПЗ. Полученные в рамках дисциплины результаты используются при: — выполнении проектных работ и практик; — участии в индустриальном треке ЧКПЗ; — подготовке и защите выпускной квалификационной работы, ориентированной на задачи предприятия. Особенности реализации дисциплины с участием ЧКПЗ Реализация дисциплины осуществляется с учётом: — актуальных производственных, технологических и управленческих задач Челябинского кузнечно-прессового завода; — использования прикладных кейсов, данных и сценариев, характерных для про- мышленного предприятия; — привлечения представителей индустриального партнёра к формированию тема- тики заданий, проектных работ и оценке результатов обучения (в установленных университетом формах). Практические задания и проекты ориентированы на: — цифровизацию производственных процессов; — моделирование и анализ технологических и организационных систем; — разработку и внедрение ИТ-решений для промышленного предприятия. 6. Дисциплина ТСА Дисциплина «Технические средства автоматизации и управления» включает изучение следующих вопросов: Типовые структуры и средства систем автоматизации и управления (САиУ) техническими объектами и технологическими процессами, назначение и состав технических средств САиУ, комплексы технических и программных средств; технические средства получения информации о состоянии объекта автоматизации, первичные и вторичные измерительные преобразователи; технические средства формирования алгоритмов управления, обработки, хранения информации и выработки командных воздействий для объекта автоматизации, управляющие ЭВМ координирующего уровня, индустриальные персональные компьютеры, программируемые логические контроллеры (ПЛК); исполнительные устройства, регулирующие органы; технические средства приема, преобразования и передачи измерительной и командной информации по каналам связи, устройства связи с объектом управления, системы передачи данных, интерфейсы САиУ; аппаратно-программные средства распределенных САиУ, локальные управляющие вычислительные сети; программное обеспечение САиУ; устройства взаимодействия с оперативным персоналом САиУ, типовые средства отображения и документирования информации, устройства связи с оператором. 7. Краткое содержание дисциплины «Компьютерное моделирование» Дисциплина «Компьютерное моделирование» направлена на формирование у обучающихся знаний и практических умений в области компьютерного моделиро- вания бизнес-процессов, информационных потоков и архитектур информационных систем, автоматизирующих задачи организационного управления и бизнес- процессы. В рамках дисциплины рассматривается предметная область автоматизации ор- ганизационного управления, роль информационных систем в поддержке управлен- ческих функций и место компьютерного моделирования в жизненном цикле созда- ния, модификации и сопровождения ИС. Изучаются методы компьютерного моде- лирования бизнес-процессов в текущем (AS-IS) и целевом (TO-BE) состояниях, а также способы выявления на основе моделей точек автоматизации, цифровизации и трансформации деятельности организации. Особое внимание уделяется использованию результатов компьютерного моде- лирования для постановки задач на разработку ИТ-решений и документирования требований к автоматизации и цифровизации бизнес-процессов. Рассматриваются подходы к компьютерному моделированию архитектуры информационных систем и ИТ-ландшафта организации, анализу взаимосвязей между бизнес-процессами и функциональными возможностями ИС. Дисциплина также охватывает вопросы компьютерного моделирования сцена- риев внедрения и развития ИТ-решений, анализа влияния технических решений на бизнес-цели и показатели эффективности организации, а также обоснования инно- вационных ИТ-инициатив с учетом современных технологических трендов. 8 Краткое содержание дисциплины Интернет вещей Введение в концепцию IoT; микроконтроллеры и платформы на базе Arduino, ESP32, STM32, интерфейсы ввода-вывода GPIO, ADC, PWM, последовательные интерфейсы для связи с периферией I2C, SPI, UART; беспроводные технологий короткого радиуса действия Wi-Fi, BLE и дальнего LoRaWAN, NB-IoT; сетевой и прикладной уровень: протоколы MQTT, HTTP/CoAP, принципы работы облачных платформ; основы информационной безопасности, энергосбережения, применения операционных систем реального времени (FreeRTOS). 9. Краткое содержание дисциплины Цифровые двойники Определение цифрового двойника. Эволюция составляющих технологи. Ин- жиниринговые инструменты для создания цифрового двойника. Цифровой двой- ник и оптимизация изделия. Технологии сбора и обработки данных для создания цифрового двойника. Технологии математического моделирования и цифровых теней. Цифровой двойник как интеграция этапов жизненного цикла изделия. Ти- пы цифровых двойников их классификация. Примеры использования цифровых двойников. Этапы создания цифровых двойников. Сбор информации для разра- ботки цифрового двойника. Программное обеспечение создания цифрового двой- ника. Методы оценки адекватности элементов цифрового двойника. Метод оцен- ки цифрового двойника.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-7 Способен выполнять работы и управлять работами по созданию (модификации) и сопровождению информационных систем (ИС), автоматизирующих задачи организационного управления и бизнес-процессы
ПК-14 Умеет ставить задачи на разработку ИТ-решений для автоматизации, цифровизации и трансформации бизнес-процессов, внедрять разработанные ИТ-решения
ПК-15 Способен выстраивать и анализировать взаимосвязь технических решений и задач разработки с бизнес-целями и показателями компании