РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

"Ростовский государственный университет путей сообщения"

(ФГБОУ ВО РГУПС)

  УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе - начальник учебно-методического управления М.А. Кравченко

25.06.2021 г.
"Для размещения в ЭИОС настоящая РПД подписана
с использованием простой электронной подписи"

Кафедра "Теоретическая механика"

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ДИСЦИПЛИНЫ

1Б.О "Моделирование устройств и систем энергетики"

по Учебному плану

магистратуры по направлению подготовки

15.04.04 Автоматизация технологических процессов и производств

Профильная направленность

Энергообеспечение предприятий

Квалификация выпускника "Магистр", ФГОС ВО 3++

Ростов-на-Дону

2021 г.

 



 






Автор-составитель к.ф-м.н., доц. Беляк Ольга Александровна предлагает настоящую Рабочую программу дисциплины 1Б.О "Моделирование устройств и систем энергетики" в качестве материала для проектирования Образовательной программы РГУПС и осуществления учебно-воспитательного процесса по федеральному государственному образовательному стандарту высшего образования.

Рабочая программа дисциплины рассмотрена на кафедре "Теоретическая механика".







Рекомендуемое имя и тип файла документа:
1БО_Моделирование у и с э_М_15.04.04_во_3_Термех_и65335.doc


Наименование, цель и задача дисциплины

Дисциплина "Моделирование устройств и систем энергетики".

Учебный план по Образовательной программе утвержден на заседании Ученого совета университета от 27.04.2021 № 9.

Целью дисциплины "Моделирование устройств и систем энергетики" является подготовка в составе других дисциплин блока "Блок 1 - Дисциплины (модули)" Образовательной программы в соответствии с требованиями, установленными федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования для формирования у выпускника общепрофессиональных компетенций, способствующих решению профессиональных задач в соответствии с типом задач профессиональной деятельности, предусмотренным учебным планом и профильной направленностью "Энергообеспечение предприятий".

Для достижения цели поставлены задачи ведения дисциплины:

подготовка магистранта по разработанной в университете Образовательной программе к успешной аттестации планируемых результатов освоения дисциплины;

подготовка магистранта к освоению дисциплины "Компьютерные технологии в профессиональной деятельности";

подготовка магистранта к научно-исследовательской работе;

подготовка магистранта к итоговой аттестации;

развитие социально-воспитательного компонента учебного процесса.


Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине, соотнесенных с планируемыми результатами освоения Образовательной программы

Планируемые результаты обучения по дисциплине Установленные ОП компетенции и индикаторы их достижения
ОПК-5 - Способен разрабатывать аналитические и численные методы при создании математических моделей машин, приводов, оборудования, систем, технологических процессов

Знает: аналитические и численные методы при создании математических моделей машин, приводов, оборудования, систем, технологических процессов

Умеет: применять численные методы при создании математических моделей машин

Имеет навыки: работы с численными методами при создании математических моделей машин, приводов, оборудования, систем, технологических процессов , реализованными в пакетах символьных и конечно-элементных вычислений

Индикатор:
ОПК-5.1 - Знает аналитические и численные методы для создания математических моделей исследуемых процессов и объектов профессиональной деятельности

Знает: основные математические модели исследуемых процессов

Умеет: создавать и использовать математические модели исследуемых процессов и объектов профессиональной деятельности

Имеет навыки: моделирования исследуемых процессов и объектов профессиональной деятельности

Индикатор:
ОПК-5.2 - Умеет создавать и использовать математические модели исследуемых процессов и объектов профессиональной деятельности

Место дисциплины 1Б.О "Моделирование устройств и систем энергетики" в структуре Образовательной программы

Дисциплина отнесена к Блоку 1Б Образовательной программы. Дисциплина входит в состав обязательной части (О).

Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям обучающегося, необходимым для изучения данной дисциплины, соответствуют требованиям по результатам освоения предшествующих дисциплин : "Проектирование средств и систем автоматизированного управления и контроля объектов энергетики".

Нормативный срок освоения Образовательной программы по очной форме обучения – 2 года. Наименование формы и срока обучения из базы данных РГУПС (вид обучения): 2 года очное магистратура.

Обозначение-аббревиатура учебных групп, для которых данная дисциплина актуальна: .

Дисциплина реализуется в 3 семестре.

Объем дисциплины в зачетных единицах с указанием количества академических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Общая трудоемкость данной дисциплины 6 зачетных единиц (216 часов), в том числе контактная работа обучающегося с преподавателем (КРОП) 48 часов.

Виды учебной работы Всего часов КРОП, часов Число часов в семестре
3
Аудиторные занятия всего и в т.ч. 48 48 48
Лекции (Лек) 16 16 16
Лабораторные работы (Лаб)      
Практические, семинары (Пр) 32 32 32
       
Самостоятельная работа (СРС), всего и в т.ч. 132   132
Контрольная работа (К)      
Реферат (Р)      
Расчетно-графическая работа (РГР)      
Курсовая работа (КР)      
Курсовой проект (КП)      
Самоподготовка 132   132
Контроль, всего и в т.ч. 36   36
Экзамен (Экз) 36   36
Зачет (За)      
Общая трудоемкость, часы 216 48 216
Зачетные единицы (ЗЕТ) 6   6

Содержание дисциплины, структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

Содержание дисциплины

Раздел дисциплины Изучаемые компетенции
1 Введение ОПК-5
2 Математическое моделирование оптимизационных задач и их применение в электроэнергетике ОПК-5
3 Программные средства моделирования. ОПК-5
4 Обработка и анализ экспериментальных данных ОПК-5

Отведенное количество часов по видам учебных занятий и работы

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Номер раздела данной дисциплины Трудоемкость в часах по видам занятий
Лекции Практические занятия, семинары Лабораторные работы Самоподготовка
1 4 2    
2 2 4    
3 6 22   132
4 4 4    
Итого 16 32   132
В т.ч. по интерактивным формам 16 32    

Лекционные занятия

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Номер раздела данной дисциплины Наименование лекционных занятий Трудоемкость аудиторной работы, часы
Семестр № 3
1 Основные понятия математического моделирования: Основные понятия и определения математического моделирования. Классификация математических моделей. Переменные в математических моделях Адекватность и эффективность математических моделей. Свойства объектов моделирования. Этапы и методы математического моделирования. 2
Математические модели объектов энергетики: Математические модели объектов энергетики, сводящиеся к системам алгебраических уравнений. Формирование и матричная запись уравнений установившегося режима электрических систем. Узловые уравнения установившегося режима. Учет особенностей систем линейных алгебраических уравнений при описании электрических систем. 2
2 Основные понятия и определения теории оптимизации: Основные понятия и определения теории оптимизации. Целевая функция. Ограничения, накладываемые на решение задачи. Граничные условия. Критерии оптимизации. Локальный и глобальный, абсолютный и относительный экстремумы. Общий вид математической модели задачи оптимизации. Математическое программирование. Общая характеристика методов оптимизации. Этапы решения задачи оптимизации как основа принятия оптимальных решений при проектировании и управлении электроэнергетическими системами. 2
3 Математическая модель как система дифференциальных уравнений математического описания теплотехнологических процессов и систем: Постановка начальных и граничных условий, их роль в построении адекватной модели на примере задач о распространении тепла в ограниченных и полуограниченных телах. 2
Аналитические методы при решении задач теплопроводности: Дифференциальное уравнение в частных производных описывающее распространении тепла в стержне. Решение краевой задачи на основе теории тригонометрических рядов Фурье и методом разделения переменных. 2
Численные методы решения дифференциальных уравнений: Численные методы: 1) основные методы получения дискретных алгебраических аналогов дифференциальных уравнений : метод конечных разностей. 2) Использование рядов Тейлора для приближенного решения дифференциальных уравнений. Оценка точности аппроксимации. 3) Условная и безусловная устойчивость разностных схем. Метод прогонки и область его применения. 2
4 Обработка и анализ экспериментальных данных методом регрессионного анализа ч1: Случайная величина в обработке экспериментальных данных методом регрессионного анализа .Построение линейной регрессии. 2
Обработка и анализ экспериментальных данных методом регрессионного анализа ч2: Случайная величина в обработке экспериментальных данных методом регрессионного анализа .Построение линейной регрессии. 2

Лабораторный практикум

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Не предусмотрено.


Практические занятия (семинары)

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Номер раздела данной дисциплины Наименование (тематика) практических работ, семинаров Трудоемкость аудиторной работы, часы
Семестр № 3
1 Проверка адекватности и эффективности математической модели. Свойства объектов моделирования. Этапы математического моделирования. 2
2 1) Линейное программирование 2) Симплекс-метод 2
Приложения линейного программирования для решения оптимизационных задач в энергетике 2
3 Дифференциальные уравнения в частных производных: Дифференциальные уравнения в частных производных гиперболического и параболического типов. 2
Дифференциальные уравнения в частных производных. Методы аналитического построения решения . 2
Программные средства построения решений краевых задач, лежащих в основе математических моделей. Основные понятия и синтаксис MathCad. 2
Палитры в MathCad : "арифметические операции ", "Графика 2D , 3D" и т.д. 2
Решение систем алгебраических уравнений, действия с матрицами, обратная матрица в MathCad 2
Разложение функций в тригонометрические ряды в MathCad 2
Программирование в Mathcad: циклы, условные операторы 2
Понятие разностной схемы решения дифференциальных уравнений и ее реализация в MathCad 2
Разностные схемы. Сравнение точного и приближенного решения для задачи Коши дифференциального уравнения первого порядка 2
Разностные схемы. Сравнение точного и приближенного решения для задачи Коши дифференциального уравнения второго порядка 2
Разностные схемы. Приближенное решение дифференциальных уравнений в частных производных 2
4 Регрессионный анализ (Ч1) 2
Регрессионный анализ (Ч2) 2

Самостоятельное изучение учебного материала (самоподготовка)

Вид обучения: 2 года очное магистратура

Номер раздела данной дисциплины Наименование тем, вопросов, вынесенных для самостоятельного изучения Трудоемкость внеаудиторной работы, часы
Семестр № 3
3 Понятие о системах инженерных и научных расчётов MATLAB, Comsol. Вебинары в открытых источниках: https://www.mathworks.com/videos/search.html?q=&page=1 https://www.comsol.ru/events/webinars 132

Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации обучающихся по дисциплине

Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения Образовательной программы

Компетенция Указание (+) этапа формирования в процессе освоения ОП (семестр)
3
ОПК-5 +

Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования

Компе-
тенция
Этап
формирования
ОП (семестр)
Показатель оценивания Критерий оценивания
ОПК-5 3 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
Процент верных на тестировании - правильность выполнения заданий.
Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.

Описание шкал оценивания компетенций

Значение оценки Уровень освоения компетенции Шкала оценивания (для аттестационной ведомости, зачетной книжки, документа об образования) Шкала оценивания (процент верных при проведении тестирования)
Балльная оценка - "удовлетворительно". Пороговый Оценка «удовлетворительно» выставляется обучающемуся, который имеет знания только основного материала, но не усвоил его деталей, допускает неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения последовательности изложения программного материала и испытывает трудности в выполнении практических навыков. От 40% до 59%
Балльная оценка - "хорошо". Базовый Оценка «хорошо» выставляется обучающемуся, твердо знающему программный материал, грамотно и по существу его излагающему, который не допускает существенных неточностей в ответе, правильно применяет теоретические положения при решении практических работ и задач, владеет необходимыми навыками и приемами их выполнения. От 60% до 84%
Балльная оценка - "отлично". Высокий Оценка «отлично» выставляется обучающемуся, глубоко и прочно усвоившему программный материал, исчерпывающе, последовательно, грамотно и логически стройно его излагающему, в ответе которого тесно увязываются теория с практикой. При этом обучающийся не затрудняется с ответом при видоизменении задания, показывает знакомство с литературой, правильно обосновывает ответ, владеет разносторонними навыками и приемами практического выполнения практических работ. От 85% до 100%
Дуальная оценка - "зачтено". Пороговый, Базовый, Высокий Оценка «зачтено» выставляется обучающемуся, который имеет знания, умения и навыки, не ниже знания только основного материала, может не освоить его детали, допускать неточности, недостаточно правильные формулировки, нарушения последовательности изложения программного материала и испытывает трудности в выполнении практических навыков. От 40% до 100%
Балльная оценка - "неудовлетворительно", Дуальная оценка - "не зачтено". Не достигнут Оценка «неудовлетворительно, не зачтено» выставляется обучающемуся, который не знает значительной части программного материала, допускает ошибки, неуверенно выполняет или не выполняет практические работы. От 0% до 39%

Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы

Типовые контрольные задания

Курсовые проекты (работы)

Не предусмотрено.


Контрольные работы, расчетно-графические работы, рефераты

Не предусмотрено.


Перечни сопоставленных с ожидаемыми результатами освоения дисциплины вопросов (задач):

Экзамен. Семестр № 3

Вопросы для оценки результата освоения "Знать":

1) Ввод и редактирование математических выражений.
2) Вычисление интегралов (определенных и неопределенных).
3) Вычисление значений функций
4) Вычисление дифференциалов
5) Разложение функций в степенные ряды
6) Работа с матрицами
7) Панели меню, команд и форматирования
8) Построение графиков в декартовой и полярной системе координат
9) Построение трехмерных графиков
10) Построение графиков таблично заданной функции
11) Численные и символьные значения выражений
12) Решение алгебраических уравнений
13) Решение систем алгебраических уравнений
14) Решение неравенств
15) Решение дифференциальных уравнений методом Рунге-Кутта
16) Решение дифференциальных уравнений методом Адамара
17) Разложение функций в ряд Фурье
18) Основные правила программирования: программирование циклов, программирование условий.

Вопросы для оценки результата освоения "Уметь":

1) Применять аналитические и численные методы системы MathCAD при решении краевых задач распространения тепла в ограниченных и полуограниченных телах
2) Применять аналитические и численные методы системы MathCAD при решении задач термодинамики газового потока
3) Применять библиотечные функции системы MathCAD при регрессионном анализе экспериментальны данных и обработке статистических данных

Вопросы для оценки результата освоения "Иметь навыки":

1) работы в специализированных программных продуктах при решении задач профессиональной деятельности.

2) разрабатывать программы для аналитических вычислений в математическом моделировании технологических процессов и производств.

3) моделирования прогнозирования случайных процессов в специализированных программных средах.

4) разрабатывать программы для оценки контроля качества с использованием статистических методов.


Иные контрольные материалы для автоматизированной технологии оценки имеются в Центре мониторинга качества образования


Методические материалы, определяющие процедуру оценивания знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций

№ п/п Библиографическое описание
1 Методические указания, определяющие процедуру оценивания знаний, умений, навыков, характеризующих этапы формирования компетенций: учебно-методическое пособие / М.С. Тимофеева; ФГБОУ ВО РГУПС. - 3-е изд., перераб. и доп. - Ростов н/Д, 2021. - 60 с.: ил. - Библиогр.: с. 44 (ЭБС РГУПС)

Для каждого результата обучения по дисциплине определены

Показатели и критерии оценивания сформированности компетенций на различных этапах их формирования

Резуль-
тат
обуче-
ния
Компе-
тенция
Этап
формиро-вания в
процессе
освоения
ОП
(семестр)
Этапы
формирования
компетенции
при изучении
дисциплины
(раздел
дисциплины)
Показатель
сформиро-
ванности
компетенции
Критерий
оценивания
Знает, Умеет, Имеет навыки ОПК-5 3 1, 2, 3, 4 Балльная оценка на экзамене - полнота усвоения материала,
- качество изложения материала,
- правильность выполнения заданий,
- аргументированность решений.
1, 2, 3, 4 Процент верных на тестировании - правильность выполнения заданий.
1, 2, 3, 4 Выполненное практическое задание - правильность выполнения заданий.

Шкалы и процедуры оценивания

Значение оценки Уровень
освоения
компетенции
Шкала оценивания
(для аттестационной
ведомости, зачетной
книжки, документа
об образовании)
Процедура оценивания
Балльная оценка -
"отлично",
"хорошо",
"удовлетворительно".
Дуальная оценка -
"зачтено".
Пороговый, Базовый, Высокий В соответствии со шкалой оценивания в разделе РПД "Описание шкал оценивания компетенций" Экзамен (письменно-устный).
Автоматизированное тестирование.
Выполнение практического задания в аудитории.
Балльная оценка -
"неудовлетворительно".
Дуальная оценка -
"не зачтено".
Не достигнут

Ресурсы электронной информационно-образовательной среды, электронной библиотечной системы и иные ресурсы, необходимые для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Перечень учебной литературы для освоения дисциплины

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Рейзлин, В. И. Математическое моделирование : учебное пособие для вузов / В. И. Рейзлин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 126 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-08475-7. — Текст : электронный ЭБС Юрайт

Перечень учебно-методического обеспечения

№ п/п Библиографическое описание Ресурс
1 Беляк О.А. Учебно-наглядное пособие - тематические иллюстрации по дисциплине "Моделирование устройств и систем энергетики". РГУПС. - Ростов н/Д, 2021. ЭИОС РГУПС
2 Беляк, О.А. Mathcad в профессиональной деятельности: учеб.-метод. пособие / О. А. Беляк, Т. В. Суворова; ФГБОУ ВО РГУПС. - Ростов н/Д: [б. и.], 2019. - 38 с.: ил. - Библиогр. : 4 назв..- Текст : электронный ЭБС РГУПС
3 Гумеров, А. М. Пакет Mathcad. Теория и практика. Часть I. Интегрированная математическая система MathCad : учебное пособие / А. М. Гумеров, В. А. Холоднов. — Казань : Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2013. — 111 c. — ISBN 978-5-7882-1485-6. — Текст : электронный ЭБС IPRBooks

Электронные образовательные ресурсы в сети "Интернет"

№ п/п Адрес в Интернете, наименование
1 http://rgups.ru/. Официальный сайт РГУПС
2 http://cmko.rgups.ru/. Центр мониторинга качества образования РГУПС
3 https://portal.rgups.ru/. Система личных кабинетов НПР и обучающихся в ЭИОС
4 https://webinar.rgups.ru/. Электронный университет РГУПС
5 http://www.iprbookshop.ru/. Электронно-библиотечная система "IPRBooks"
6 https://www.biblio-online.ru/. Электронно-библиотечная система "Юрайт"
7 http://www.umczdt.ru/. Электронная библиотека "УМЦ ЖДТ"
8 http://jirbis2.rgups.ru/jirbis2/. Электронно-библиотечная система РГУПС
9 https://rgups.public.ru/. Электронная библиотека периодических изданий "public.ru"
10 https://e.lanbook.com/. Электронно-библиотечная система "Лань"

Профессиональные базы данных и информационно-справочные системы

№ п/п Адрес в Интернете, наименование
1 http://www.glossary.ru/. Глоссарий.ру (служба тематических толковых словарей)
2 http://www.consultant.ru/. КонсультантПлюс

Лицензионное и свободно распространяемое программное обеспечение

№ п/п Наименование Произ-
во
1 Microsoft Windows. Операционная система. И
2 Microsoft Office / Open Office. Программное обеспечение для работы с различными типами документов: текстами, электронными таблицами, базами данных и др. И
3 Mathcad. Система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением. И

О - программное обеспечение отечественного производства

И - импортное программное обеспечение


Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Помещения(аудитории):

учебные аудитории для проведения учебных занятий;

помещения для самостоятельной работы.

Для изучения настоящей дисциплины в зависимости от видов занятий используется:

Учебная мебель;

Технические средства обучения (включая стационарный либо переносной набор демонстрационного оборудования);

Офисная оргтехника и компьютеры.

Самостоятельная работа обучающихся обеспечивается компьютерной техникой с возможностью подключения к сети "Интернет" и ЭИОС.


"____" _________________20___г.


Код РПД: 65335.