Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody obliczeniowe i planowanie eksperymentu
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-1-514-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Czajka Ireneusz (iczajka@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Przedmiot daje wiedzę i umiejętności z zakresu klasycznych metod numerycznych i podstaw planowania eksperymentu. Pozwala na samodzielne rozwiązywanie złożonych problemów inżynierskich. Student umie samodzielnie uzyskać przybliżone rozwiązania problemów inżynierskich.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 posiada wiedzę z zakresu podstawowych metod numerycznych MBM1A_W05, MBM1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 zna zalety i wady rozwiązań numerycznych MBM1A_W05, MBM1A_W02, MBM1A_W01, MBM1A_W16 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 zna podstawowe plany eksperymentów MBM1A_W14, MBM1A_W16 Projekt,
Egzamin,
Aktywność na zajęciach
Umiejętności: potrafi
M_U001 potrafi poslugiwać się podstawowymi metodami numerycznymi rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej MBM1A_U10, MBM1A_U01, MBM1A_U03, MBM1A_U23, MBM1A_U07, MBM1A_U02 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Umie zaplanować eksperyment i wyciągać na podstawie wyników wnioski MBM1A_U10, MBM1A_U11, MBM1A_U04 Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy, także działać w grupie oraz ma potrzebę ciągłego dokształcania się MBM1A_K03, MBM1A_K04, MBM1A_K05, MBM1A_K01 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
70 28 14 14 14 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 posiada wiedzę z zakresu podstawowych metod numerycznych + + + + - - - - - - -
M_W002 zna zalety i wady rozwiązań numerycznych + + + + - - - - - - -
M_W003 zna podstawowe plany eksperymentów - - - + - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 potrafi poslugiwać się podstawowymi metodami numerycznymi rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej - + + + - - - - - - -
M_U002 Umie zaplanować eksperyment i wyciągać na podstawie wyników wnioski - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy, także działać w grupie oraz ma potrzebę ciągłego dokształcania się - + + + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 162 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 70 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. Wprowadzenie w problematykę metod numerycznych. Błędy. Dokładność obliczeń

    Umiejscowienie metod numerycznych w kontekście inżyniersko-naukowym. Omówienie podstawowych pojęć związanych z analizą numeryczną. Błędy i ich źródła w obliczeniach numerycznych.

  2. Powierzchnia odpowiedzi

    Opis powierzchni odpowiedzi. Analiza regresji. Badanie powierzchni odpowiedzi.

  3. Planowanie eksperymentu

    Planowanie eksperymentów i planowanie eksperymentów numerycznych. Podstawy planowania ekperymentu. Pojęcia podstawowe.

  4. Planowanie eksperymentu

    Planowanie eksperymentów i planowanie eksperymentów numerycznych. Podstawy planowania ekperymentu. Pojęcia podstawowe.

  5. Metody numeryczne w środowisku obliczeniowym MATLAB

    Filozofia i podstawowe polecenia środowiska MATLAB.

  6. Rozwiązywanie równań nieliniowych: metoda iteracji prostej, metoda Newtona, metoda siecznych, regula falsi, metoda połowienia

    Podstawowe metody rozwiązywania równań algebraicznych przedstawione jako ewolucja pewnych koncepcji. Zagadnienia zbieżności metod rozwiązywania równań algebraicznych. Szybkość zbieżności, sposób określania szybkości zbieżności metody.

  7. Rozwiązywanie układów rownań liniowych i nieliniowych

    Podstawowe pojęcia związane z układami równań liniowych i nieliniowych. Bezpośrenie metody rozwiązywania układów rownań liniowych. Iteracyjne metody rozwiązywania układów równań liniowych. Błędy rozwiązania i sposoby ich określania.

  8. Wartości i wektory własne

    Cel wyznaczania wartości i wektorów własnych – zastosowanie w praktyce inżynierskiej. Wybrane metody wyznaczania wartości własnych. Wyznaczanie wektorów własnych.

  9. Całkowanie numeryczne: kwadratury Newtona-Cotesa, kwadratury Gaussa

    Omównienie problemu całkowania numerycznego. Wyprowadzenie metody prostokątów, trapezów, Simpsona. Uogólnienie do kwadratur Newtona-Cotesa. Kwadratury Gaussa.

  10. Różniczkowanie numeryczne

    Uwarunkowanie różniczkowania numerycznego. Metody wyznaczania pochodnej funkcji danej w postaci dyskretnej. Zastosowanie ilorazów różnicowych do rozwiązywania innych zagadnień numerycznych.

  11. Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych

    Źródła równań rożniczkowych w technice. Podstawowe metody rozwiązywania: Eulera, Rungego-Kutty. Stabilność i zbieżność. Metody jawne i niejawne. Metody jedno i wielokrokowe.

  12. Interpolacja i aproksymacja

    Problem interpolacji. Metoda Newtona, Lagrange’a. Inne metody interpolacji. Aproksymacja. Zastosowanie interpolacji i aproksymacji.

  13. Wstęp do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych

    Wstęp do metody różnic skończonych, metody elementów skończonych i metody elementów brzegowych.

Ćwiczenia audytoryjne (14h):
  1. Wprowadzenie w problematykę metod numerycznych. Błędy. Dokładność obliczeń
  2. Rozwiązywanie równań nieliniowych: metoda iteracji prostej, metoda Newtona, metoda siecznych, regula falsi, metoda połowienia
  3. Całkowanie numeryczne: kwadratury Newtona-Cotesa, kwadratury Gaussa
  4. Różniczkowanie numeryczne
  5. Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych rzędu pierwszego
  6. Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych wyższych rzędów
  7. Aproksymacja i interpolacja
Ćwiczenia laboratoryjne (14h):
  1. Wprowadzenie do środowiska obliczeniowego MATLAB
  2. Rozwiązywanie równań nieliniowych: metoda iteracji prostej, metoda Newtona, metoda siecznych, regula falsi, metoda połowienia
  3. Całkowanie numeryczne: kwadratury Newtona-Cotesa, kwadratury Gaussa
  4. Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych rzędu pierwszego
  5. Metody numeryczne rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych wyższych rzędów
  6. Aproksymacja i interpolacja
Ćwiczenia projektowe (14h):
  1. Analiza obiektu z jednym wejściem
  2. Analiza obiektu z dwoma wejściami
  3. Analiza obiektu z trzema i więcej wejściami
Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zajęcia laboratoryjne i ćwiczenia audytoryjne zaliczane są na podstawie kolokwium zaliczeniowego i bieżącej aktywności na zajęciach.
Zaliczenie odbywa się najpóźniej ostatniego dnia zajęć w semestrze.
Student ma prawo do jednego terminu zaliczenia poprawkowego w pierwszej części sesji.

Zajęcia projektowe zaliczane są na podstawie sprawozdań i ustnego kolokwium dotyczącego tych projektów.
Student ma prawo do jednego zaliczenia poprawkowego w pierwszej części sesji o ile oddał wszystkie sprawozdania przed końcem zajęć z semestru.

Do egzaminu są dopuszczani studenci, którzy uzyskali pozytywne oceny z zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych, laboratoryjnych i projektowych.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Średnia arytmetyczna ocen z zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych, laboratoriów i zajęć projekowych, przy czym oceny muszą być pozytywne.
Ocena końcowa jest obliczana jako 60% średniej z zajęć oraz 40% oceny z egzaminu.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student zobowiązany jest samodzielnie uzupełnić braki wynikające z nieobecności na zajęciach.
Każdą nieobecność należy usprawiedliwić.
Nieobecność na 30% zajęć daje uzasadnioną podstawę do przeprowadzenia kolokwium sprawdzającego, czy student osiąga wymagane efekty uczenia się.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Student powinien posiadać umiejętność posługiwania się komputerem. Niezbędna jest również wiedza z matematyki i podstawowa umiejętność posługiwania się językiem polskim. Umiejętność tworzenia estetycznych dokumentów przedstawiających przebieg pracy.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  1. Czajka I., Gołaś A. Metody obliczeniowe i planowanie eksperymetnu, AGH 2017
  2. Kincaid D., Cheney W., Analiza numeryczna, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 2005
  3. Mrozek B., Mrozek Z., Matlab i Simulink. Poradnik użytkownika, Wyd. HELION, Gliwice 2005
  4. Bjorck A., Dahlquist G., Metody nmeryczne, PWN, Warszawa 1987
  5. Legras J., Praktyczne metody analizy numerycznej, Wyd. Naukowo-Techniczne, Warszawa 1975
  6. Ralston A., Wstęp do analizy numerycznej, PWN, Warszawa 1975
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

#Dawid ROMIK, Ireneusz CZAJKA, Katarzyna SUDER-DĘBSKA: Badania numeryczne wpływu parametrów konstrukcyjnych wentylatora promieniowego na generowany hałas — [Numerical investigations of the design parameters’ influence on the noise of radial fan] , W: Aktualności inżynierii akustycznej i biomedycznej [Dokument elektroniczny] / red. Katarzyna Suder-Dębska. Monografia Polskiego Towarzystwa Akustycznego. Oddział w Krakowie, vol. 2.
#Ireneusz Czajka: Modelowanie zjawisk akustycznych w przepływach aerodynamicznych, Rozprawy i Monografie, Wydawnictwo AGH, Kraków 2019

Informacje dodatkowe:

Brak