МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА (Национальный Исследовательский Университет)
имени И.М. ГУБКИНА
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
_____________________ Кошелев В.Н.
«____» _____________ 2016г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СВАРКЕ
Направление подготовки
15.03.01 МАШИНОСТРОЕНИЕ
Профили подготовки
«Оборудование и технология сварочного производства»
Квалификация выпускника
Бакалавр
Форма обучения
Очная
Москва 2016
1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является освоение основ автоматизации проектирования,
технологических процессов и технических устройств автоматизированных систем
проектирования, используемых в сварочном производстве. Основ построения и
функционирования, методов и моделей проектирования технологических процессов,
оборудования и технических объектов, способов получения математических моделей, задач и этапов проектирования, методов анализа, параметрической оптимизации и структурного синтеза, используемых при проектировании технологических
процессов. Изучение дисциплины позволит овладеть необходимыми знаниями и
умениями применять их для освоения последующих специальных дисциплин.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВО
Дисциплина «Системы автоматизированного проектирования в сварке» относится к дисциплинам профилизации дисциплин профессионального цикла и относится к направлению «Машиностроение». Дисциплина базируется на курсах цикла
естественнонаучных дисциплин Математика, Физика, Информационные технологии,
Алгоритмизация и программирование, Программные комплексы общего назначения,
Основы автоматизированного проектирования, читаемых в 1-3 семестрах.
3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует
следующие общекультурные (ОК), общепрофессиональные(ОПК) и профессиональные (ПК) компетенции при освоении ООП ВО, реализующей ФГОС ВО:
- способностью использовать основы философских знаний для формирования мировоззренческой позиции (ОК-1);
- способностью анализировать основные этапы и закономерности исторического развития общества для формирования гражданской позиции (ОК-2);
- способностью использовать основы экономических знаний в различных сферах деятельности (ОК-3);
- способностью использовать основы правовых знаний в различных сферах деятельности (ОК-4);
2
- способностью к самоорганизации и самообразованию (ОК-7);
- умением использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического
анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
(ОПК-1);
- осознанием сущности и значения информации в развитии современного общества (ОПК-2);
- владением основными методами, способами и средствами получения,
хранения, переработки информации (ОПК-3);
- умением применять современные методы для разработки малоотходных, энергосберегающих и экологически чистых машиностроительных технологий, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности людей и их защиту
от возможных последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий; умением
применять способы рационального использования сырьевых, энергетических
и других видов ресурсов в машиностроении (ОПК-4);
- способностью решать стандартные задачи профессиональной деятельности на основе информационной и библиографической культуры с применением информационно-коммуникационных технологий и с учетом основных
требований информационной безопасности (ОПК-5).
- способностью к систематическому изучению научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-1);
- умением обеспечивать моделирование технических объектов и технологических процессов с использованием стандартных пакетов и средств автоматизированного проектирования, проводить эксперименты по заданным методикам с обработкой и анализом результатов (ПК-2);
- способностью принимать участие в работах по составлению научных
отчетов по выполненному заданию и во внедрении результатов исследований
и разработок в области машиностроения (ПК-3);
- способностью участвовать в работе над инновационными проектами,
3
используя базовые методы исследовательской деятельности (ПК-4);
- умением учитывать технические и эксплуатационные параметры деталей и узлов изделий машиностроения при их проектировании (ПК-5);
- умением использовать стандартные средства автоматизации проектирования при проектировании деталей и узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями (ПК-6);
- способностью оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-7);
- умением применять методы контроля качества изделий и объектов в
сфере профессиональной деятельности, проводить анализ причин нарушений
технологических процессов в машиностроении и разрабатывать мероприятия
по их предупреждению (ПК-10);
- способностью обеспечивать технологичность изделий и процессов их
изготовления; умением контролировать соблюдение технологической дисциплины при изготовлении изделий (ПК-11);
- способностью обеспечивать техническое оснащение рабочих мест с
размещением технологического оборудования; умением осваивать вводимое
оборудование (ПК-13);
- умением выбирать основные и вспомогательные материалы и способы
реализации основных технологических процессов и применять прогрессивные
методы эксплуатации технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения (ПК-17);
- способностью организовывать работу малых коллективов исполнителей, в том числе над междисциплинарными проектами (ПК-20);
- умением составлять техническую документацию (графики работ, инструкции, сметы, планы, заявки на материалы и оборудование) и подготавливать отчетность по установленным формам, подготавливать документацию
для создания системы менеджмента качества на предприятии (ПК-21);
4
- умением проводить анализ и оценку производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, анализировать результаты деятельности производственных подразделений (ПК-22);
- готовностью выполнять работы по стандартизации, технической подготовке к сертификации технических средств, систем, процессов, оборудования и материалов, организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов с использованием типовых методов контроля качества выпускаемой продукции (ПК-23);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:
Студент должен знать:
структуру процесса проектирования на различных этапах жизненного
цикла сварных конструкций (ОК-1, ОПК-3; ПК- 2,6,26);
основные способы и параметры этапов проектирования процессов
сварки (ОК- 1, ОПК-3; ПК- 2,6,11,16,);
состав
и
структуру
технического
обеспечения
систем
автоматизированного проектирования (САПР) (ОК – 3, ОПК-1, ПК- 13, 15, 26);
основы
лингвистического,
математического
и
информационного
обеспечения САПР (ОПК-3,5; ПК- 1, 2, 6);
методы решения задач анализа в системах автоматизированного
проектирования процессов сварки (ОК-3, ОПК-1; ПК-2, 4,6);
методы решения задач анализа тепловых и гидродинамических
процессов при сварке (ОК-3, ОПК-1; ПК- 2,4,6,8,11, 17;)
методы
решения
задач
структурного
синтеза
в
системах
автоматизированного проектирования процессов сварки (ОК- 1, ОПК-2,5; ПК- 1,
2,4,5,6);
статистические, активные и пассивные методы определения параметров
технологических процессов сварки (ОК-3, ОПК-1,2,3,4; ПК- 2,3,4,10,11,14);
Студент должен уметь:
рассчитать оптимальный режим изготовления сварной конструкции
5
(ОК-3, ОПК-1,3,4; ПК- 2,4,6,11, 14, 17, 23, 24);
определить на основе анализа структурных диаграмм рациональные
параметры термического цикла сварки (ОК-3, ОПК-1,3; ПК- 2,5,6,11, 14, 17, 18);
использовать полученные теоретические знания при автоматизации
проектирования конкретного технического процесса сварки (ОК- 1, ОПК-1,2,3; ПК2,5,6,7,11, 14, 17, 23, 24);
Студент должен владеть:
сварных
навыками работы с российскими системами проектирования свойств
конструкций:
«Твердость»,
«Свариваемость»,
«Кристаллизация»,
«Программирование параметров режима», «Управление переносом электродного
металла» (ОК-2, 7, ОПК-1,3; ПК- 2,4,6,11,14, 17, 18, 23);
навыками работы по автоматизации проектно-коснрукторских работ на
базе систем «AutoCАD-2000» (ОК-7, ОПК-1, 3; ПК- 2,5,6,7,23).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел (темы) дисциплины
Основы автоматизиро1 ванного проектирования
процессов сварки
Техническое обеспечение
2 систем автоматизированного проектирования
Математическое и программное обеспечение
3 анализа проектных решений процессов сварки на
макроуровне
Математическое и программное обеспечение
4 анализа проектных решений процессов сварки
на микроуровне
Неделя семестра
№
п/п
Семестр
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.
Виды учебной рабоФормы текущего
ты, включая самостоконтроля успеваеятельную работу стумости
дентов
(по неделям сеКоды
и трудоемкость (в ча- компетенций
местра)
сах)
Форма промежуточной аттестации
ПЗ
Л ЛР
СР
(по семестрам)
(С)
8
1
1
1
1
8
2-3 2
2
2
8
8
4-5 2
6
1
2
1
ОК-1, 2, 7,
ОПК-3,5;
ПК-1,2,6,11,
13, 15, 17, 26,
ОПК-3;
ПК-2,6
ПЗ1
ПЗ2
2
ОК-3,
ОПК-1,3;
ПК-1,5,6,11,
17, 23,
Защита ЛР,ПЗ3
1
ОК-3,
ОПК-1,3;
ПК-1,5,6,11,
17, 23
Защита ЛР
6
5
6
7
8
Математическое и программное обеспечение
анализа проектных решений процессов сварки
на функциональнологическом уровне
Математическое и программное обеспечение
сварочного производства
на системном уровне (организации сварочного
производства, обслуживание и ремонт сварочного оборудования)
Математическое обеспечение машинной графики
и геометрического моделирования на базе системы «AutoCАD-2000»
Системы автоматизированного проектирования в
сварке
ИТОГО
8
7
1
1
1
1
1
ОК-1,3, 7,
ОПК-1,3;
ПК1,2,6,11,14,
15, 23
Защита ЛР,ПЗ4
1
ОК-1, 7,
ОПК-1,2,3;
ПК-3,11,13,
15, 17, 26
ПЗ5
2
ОК-3,
ОПК-2,3,;
ПК-,5,6,7,
21, 23,
Защита ЛР
2
ОПК-1,2,3;
ПК-2,3,5,6,
7,17, 18,
Защита ЛР
8
8
8
910
2
2
8
112
12
2
8
112
12
12 12
36
ЗАЧЕТ
4.1 Содержание разделов дисциплины
1. Основы автоматизированного проектирования процессов сварки.
Системный подход. Понятие схемотехники, структура проектирования. Модели и параметры автоматизированного проектирования. Модели и параметры автоматизированного проектирования структуры САПР.
2. Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования
в сварке.
Типы сетей. Аппаратура автоматизированных рабочих мест. Каналы передачи
данных. Стеки протоколов. Коммутационное оборудование.
3. Математическое и программное обеспечение анализа проектных решений процессов сварки на макроуровне.
Электрические схемы источников питания. Механические и гидравлические
элементы приводов перемещения сварочной горелки, приводов подачи проволоки.
Методы, алгоритмы и программы, решения уравнений.
7
4. Математическое и программное обеспечение анализа проектных решений процессов сварки на микроуровне
Уравнения тепловых полей, полей напряжений и деформаций. Уравнения
диффузии элементов и фазовой структуры. Методы, алгоритмы и программы, решения уравнений.
5. Математическое и программное обеспечение анализа проектных решений процессов сварки на функционально-логическом уровне
Уравнения характеристик взаимодействующих элементов сварочного контура: источника питания, сварочной дуги, сварочной ванны, привода перемещения
сварочной горелки, привода подачи проволоки и т.д. Методы, алгоритмы и программы, решения уравнений на аналоговом и дискретном уровнях.
6. Математическое и программное обеспечение сварочного производства
на системном уровне (организации сварочного производства, обслуживание и
ремонт сварочного оборудования)
Системные уравнения организации производства, организации и ремонта сварочного оборудования. Решения уравнений Колмогорова для систем массового обслуживания, анализ сетей Петри для примеров сварочного производства.
7. Математическое обеспечение машинной графики и геометрического
моделирования на базе системы «AutoCАD-2000»
Математическое обеспечение машинной графики сварных коснтрукций на базе системы «AutoCАD-2000»
8. Системы автоматизированного проектирования в сварке
Система расчета оптимальных режимов изготовления сварных конс трукций;
проектирования программ, элементов и систем управления параметрами режима при
сварке с неплавящимся электродом и сварки с неплавящимся электродом. Система расчета параметров термического цикла.
4.2 Основные темы лабораторных занятий:
1. Оценка механических характеристик по значениям твердости ( ОК- 3, ОПК1, ПК- 2,10,11, 13, 17, 18).
2. Выбор оптимального режима изготовления сварной конструкции (ОК- 3,
ОПК-1, ПК- 2,11, 17, 22, 24).
8
3. Выбор рациональных параметров термических циклов сварки по анализу
структурных диаграмм и диаграмм свариваемости (ОК- 3, ОПК-1, ПК- 2,6,10,11, 17,
18, 23).
4. Методы оценки дефектности радиографических изображений сварных соединений (ПК- 11, 14, 18, 22, 23).
5. Изучение автоматизации проектно-конструкторских работ на базе системы
«AutoCАD-2000» (ОПК-3; ПК- 5,6,7).
4.3 Основные темы практических занятий:
1. Анализ уравнений, тепловых полей, полей напряжений и деформаций свариваемых конструкций (ОПК-1,3,5, ОК-3; ПК-2,3,4,5,6,11, 14, 17).
2. Составление эквивалентных электрических схем и уравнений источников
питания и механических схем и уравнений приводов сварочной горелки (ОПК-1,3,5,
ОК-3; ПК-2,3,4,5,6,11, 14, 17).
3. Расчет характеристик взаимодействия элементов сварочного контура (ОК-1,
2, 3,4, 7; ПК-2,3,4,6, 11, 14, 15, 17).
4. Составление структуры и анализ сварочного производства как системы
массового обслуживания (ОК-1, 2, 3,4, 7; ПК-2,3,4,6, 11, 14, 15, 17).
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При реализации программы дисциплины «Системы автоматизированного проектирования в сварке» используются различные образовательные технологии – во
время аудиторных занятий (36 часов) занятия проводятся в виде лекций с использованием ПК и компьютерного проектора, практических и лабораторных занятий в лабораториях кафедры сварки и мониторинга нефтегазовых сооружений на компьютерных
автоматизированных рабочих местах. Самостоятельная работа студентов предусматривает работу под руководством преподавателей.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Оценочными средствами являются:
9
- для текущего контроля является выполнение и защита лабораторных работ
и практических занятий;
- для промежуточной аттестации – зачет, а также средством контроля является введенная в университете рейтинговая системы оценки успеваемости студентов.
Перечень примерных вопросов к самостоятельной работе студентов и
подготовке к защите лабораторных и практических занятий:
1. Дать определение проектирования (ОК-1, 7, ОПК-3; ПК-2,4,6,7).
2. Системный подход к проектированию сварочных технологических процессов (ОК-1, 2, 7; ПК-1,2,4,6,11, 13, 20, 21, 22).
3. Основные понятия системотехники (ОК-1, 7; ПК-1,6,8,23).
4. Структура и стадии проектирования (ОК-1, 3,7; ПК- 2,4,5,6,7).
5. Типовые проектные процедуры (ОК-1, 3,7; ПК- 2,4,5,6,7).
6. Структура и разновидности САПР (ОК-1, 3,7; ПК- 2,4,5,6,7).
7. Типы сетей передачи данных (ОК-1, ОПК-2,3; ПК- 13, 15, 17, 20).
8. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ОК-1, 7, ОПК-2,3;
ПК- 13, 15, 17, 20).
9. Аппаратура автоматизированного рабочего места (ОК-1, 3,7; ПК- 13, 15,
26).
10. Каналы передачи данных (ОК-1, ОПК-2,3; ПК-13, 15, 17, 20, 26).
11. Стеки протоколов различных сетей (ОК-1, ОПК-2,3; ПК-4,5,6,7,10,13, 15,
17).
12. Особенности промышленных сетей (ОК-1, ОПК-2,3; ПК-4,11, 13, 15, 17,
23, 26).
13. Силовое коммутационное оборудование (ОК-1, ОПК-3; ПК-13, 15, 17, 26).
14. Дать определение комплексной системе проектирования (ОК – 1, 2, 7; ПК1,2,6, 11, 13, 14).
15. Причины появления и развития CALS технологий (ОК – 1, 2, 4; ПК- 17, 19,
20, 21, 22).
16. Состав математического обеспечения анализа проектных решений (ОК- 1,
2, 3, 10, 11; ПК- 11, 18, 20, 21, 22).
10
17. Требования к математическим моделям и численным методам в САПР
(ОК – 1, 9, ОПК-1,2,3; ПК- 2,5,6,11, 19, 23).
18. Место процедур формирования моделей элементов сварочного производства в маршрутах проектирования (ОК – 1, 3, ОПК-1,3; ПК- 2,5,6, 11,23, 2).
19. Компонентные и топологические уравнения электрических схем сварочных источников питания (ОК – 1, 3, ОПК-1, ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
20. Компонентные и топологические уравнения механических систем приводов перемещения сварочной грелки и подачи сварочной проволоки (ОК – 1, 3, ОПК1, ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
21. Математические модели гидромеханических систем в сварке (ОК – 1, 3,
ОПК-1, ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
22. Математические модели тепловых полей при сварке (ОК – 1, 3, ОПК-1,
ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
23. Математические модели полей деформации и напряжений в сварочной
конструкции (ОК – 1, 3, ОПК-1, ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
24. Математическая модель уравнения диффузии химических элементов при
сварке (ОК – 1, 3, ОПК-1, ПК- 2,5,6,11, 13, 15).
25. Методы, алгоритмы и программы решения систем линейных уравнений
(ОК – 1, ОПК-1,2,3; ПК- 1,2,5,6,22, 23).
26. Методы, алгоритмы и программы решения систем нелинейных уравнений
(ОК – 1, ОПК-1,2,3; ПК- 1,2,5,6,22, 23).
27. Анализ технологического процесса сварки во временной области (ОК – 1,
3,ОПК-1,2,3; ПК- 2,10,11, 14, 17).
28. Анализ технологического процесса сварки в частной области (ОК – 1, 3,
ОПК-1,2,3; ПК- 2,10,11, 14, 17).
29. Организация вычислительного процесса при анализе процессов сварки
(ОК – 1, 3, ОПК-1,2,3; ПК- 2,3,4,5).
30. Метод конечных уравнений при анализе механической прочности сварочного соединения (ОК – 1, 3, ОПК-1,2,3; ПК- 2,10,11, 14, 17).
31. Метод конечных разностей при анализе механической прочности сварного
соединения (ОК – 1, 3, ОПК-1,2,3; ПК- 2,10,11, 14, 17).
11
32. Математические модели цифровых устройств (ОК – 1, 3, ОПК-1,2,3; ПК2,10,11, 14, 17).
33. Структура сварочного производства как системы массового обслуживания
(ОК – 1, ОПК-1,2,3; ПК-11, 17, 26).
34. Методы моделирования сварочного производства как системы массового
обслуживания (ОК – 1, 3, ОПК- 1,2; ПК-10,11, 13, 15, 17).
35. Моделирование системы обслуживания и ремонта сварочного оборудования с помощью сетей Петри (ОК – 1, 3, ОПК-1,2; ПК- 10,11, 13, 15, 17).
36. Математическое обеспечение систем машинной графики и геометрического моделирования на примере системы «AutoCАD-2000» (ОК – 1,ОПК-1,2,; ПК5,6,7).
37. Программа оценки механических характеристик сварного соединения (ОК
– 1, 3, ОПК-1,3; ПК-2,10,11, 13, 17, 18).
38. Программа расчета оптимального режима изготовления сварной конструкции (ОК – 1, 3, ОПК-1,3; ПК- 2,11,17, 22, 24).
39. Программа расчета термического цикла по результатам анализа структурных диаграмм (ОК – 1, 3, ОПК-1,3; ПК- 2,6,10, 11, 17, 18, 23).
40. Программа оценки дефектов сварных соединений (ОК – 1,3, ОПК-1,3; ПК11, 14, 18, 22, 23).
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
а) основная литература:
1. Основы автоматизированного проектирования / И. П. Норенков. – М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336с.
2. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: учеб. пособие для ВУЗов, С.А. Куркин и др., под ред. В.М. Куркина. -М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 463с.
3. Математические основы машинной графики/ Роджерс Д., Адамс Д. – М.:
Мир, 2001
б) дополнительная литература:
12
1. Информационные технологии в наукоемком машиностроении. Компьютерное обеспечение индустриального бизнеса./ Под общ. ред. А.Г. Братухина. – Киев: Техника, 2001.
2. Теория систем \ Островский В.А.- М.: Высшая школа, 1997.
3. AutoCAD 2000, - 2-е изд., испр. - М.: ДМК, 2000.- 320 с.
4. Автоматизированное проектирование и производство. / Хокс Б./ Пер. с
англ. М.: Мир, 1991. -296с.
5. Современное состояние вопроса о разработке и внедрении систем автоматизированного проектирования конструкторских и технологических работ \ Галкин
В.И./ - Цветные металлы. М.: 1998, № 10-11, с. 47-52.
6. САПР и экспертные системы в сварке: Известия Тульского государственного университета/ под ред. Судникова В.А..; Тульский гос. тех. ун-т. – Тула, 1995. –
161 с.
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Специальные вычислительные и контролирующие компьютерные программы,
созданные сотрудниками и преподавателями кафедры «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений» РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лаборатории кафедры «Сварка и мониторинг нефтегазовых сооружений»,
оснащенные соответствующим оборудованием и дисплейный класс.
Компьютерные программы расчета механических свойств, расчета тепловых
полей процессов сварки, полей сварочных напряжений и деформаций, выбора параметров термического цикла, расчета параметров сварочного контура, расчета дефектности сварных соединений.
Мультимедийный курс лекций; видеофильмы, макеты и плакаты.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению
15.03.01 «Машиностроение» и профилю «Оборудование и технология сварочного
производства»
13
Автор:
Сас А.В.
Заведующий кафедрой:
Капустин О.Е.
Председатель учебно-методической комиссии
факультета ФИМ
Гантимиров Б.М.
Начальник УМУ
Душин А.В.
14
