Research Seminar "Development of Cyber-Physical Systems"

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

3

ECTS credits

Delivered at:

School of Software Engineering

Course type:

Elective course

When:

1 year, 2, 3 module

Instructor

Agamirzian, Igor

Программа дисциплины

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

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Javed, A. (2016). Building Arduino Projects for the Internet of Things : Experiments with Real-World Applications. [United State]: Apress. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=1228798
• Макаров С. Л. - Arduino Uno и Raspberry Pi 3: от схемотехники к интернету вещей. - Издательство "ДМК Пресс" - 2018 - 204с. - ISBN: 978-5-97060-730-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/116131

Рекомендуемая дополнительная литература

• - 100 лучших радиоэлектронных схем - Издательство "ДМК Пресс" - 2009 - 352с. - ISBN: 5-94074-114-2 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/861
• - 350 микросхем для бытовой радиоаппаратуры. Справочник - Издательство "ДМК Пресс" - 2010 - 288с. - ISBN: 978-5-94120-222-5 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/61007
• Петелин А.Ю. - 3D-моделирование в Google SketchUp – от простого к сложному. Самоучитель - Издательство "ДМК Пресс" - 2012 - 344с. - ISBN: 978-5-94074-793-2 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/9128
• Петелин А.Ю. - 3D-моделирование в SketchUр 2015– от простого к сложному. Самоучитель - Издательство "ДМК Пресс" - 2015 - 370с. - ISBN: 978-5-97060-290-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/82808