Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Inteligentne systemy pomiarowe
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RMBM-2-201-II-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Informatyka w inżynierii mechanicznej
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr inż. Filipek Roman (roman.filipek@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł dotyczy zagadnień związanych z inteligentnymi systemami pomiarowymi (ISP). Czyli przede wszystkim obszary i korzyści wykorzystania ISP, przetworniki pomiarowe, proces przetwarzania analogowo-cyfrowego, przesyłania, analizy i prezentacji wyników pomiarów. Przybliża metody projektowania ISP, m.in. systemów funkcyjnych, ekspertowych, uczących się. Student potrafi zaprojektować system realizujący zadany cel pomiarowy oraz zaplanować i przeprowadzić eksperyment weryfikujący jego działanie.

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 Student posiada wiedzę z zakresu inteligentnych systemów pomiarowych. MBM2A_W05 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
M_W002 ma wiedzę na temat analizy danych pomiarowych i przetwarzania sygnałów w inteligentnych systemach pomiarowych MBM2A_W06 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student potrafi zaprojektować i przetestować system pomiarowy odpowiedni dla zadanego problemu. MBM2A_U10 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Projekt,
Wykonanie projektu
M_U002 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski projektując inteligentne systemy pomiarowe MBM2A_U11 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Projekt,
Wykonanie projektu
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 podejmuje starania, aby przekazywać informacje o roli inteligentnych systemów pomiarowych MBM2A_K05 Aktywność na zajęciach,
Projekt,
Wykonanie projektu
M_K002 ma potrzebę ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych MBM2A_K02 Aktywność na zajęciach,
Projekt
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
40 14 0 0 26 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 Student posiada wiedzę z zakresu inteligentnych systemów pomiarowych. + - - - - - - - - - -
M_W002 ma wiedzę na temat analizy danych pomiarowych i przetwarzania sygnałów w inteligentnych systemach pomiarowych + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi zaprojektować i przetestować system pomiarowy odpowiedni dla zadanego problemu. - - - + - - - - - - -
M_U002 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski projektując inteligentne systemy pomiarowe - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 podejmuje starania, aby przekazywać informacje o roli inteligentnych systemów pomiarowych - - - + - - - - - - -
M_K002 ma potrzebę ciągłego dokształcania się oraz podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 40 godz
Przygotowanie do zajęć 2 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 1 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (14h):
  1. Zarys problematyki inteligentnych systemów pomiarowych

    Wprowadzenie do tematyki inteligentnych systemów pomiarowych i omówienie najistotniejszych terminów. Przedstawienie obszarów wykorzystania inteligentnych systemów pomiarowych oraz korzyści wynikające z ich stosowania (m.in. systemy diagnostyczne, internet rzeczy (IoT)).

  2. Przetworniki wielkości nieelektrycznych na elektryczne

    Pomiar i wielkość mierzona. Omówienie działania czujników pomiarowych. Czujniki rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe, piezoelektryczne i inne. Modele matematyczne czujników. Wady i zalety oraz zastosowanie omówionych przetworników.

  3. Przetworniki analogowo-cyfrowe

    Kwantowanie i próbkowanie sygnału analogowego. Twierdzenie Kotielnikowa-Shannona i częstotliwość Nyquista. Przetworniki analogowo-cyfrowe i ich parametry. Dobór przetworników analogowo-cyfrowych. Przykłady systemów akwizycji danych pomiarowych (m.in. komputerowe karty pomiarowe oraz moduły Arduino, ESP8266, ESP32).

  4. Zakłócenia, błędy pomiarowe i metody ich eliminacji

    Czynniki wpływające na niepewność pomiaru. Zakłócenia pochodzące od szumu. Zakłócenia impulsowe. Zakłócenia powstałe w wyniku błędnego zestawienia toru pomiarowego. Metody eliminacji zakłóceń. Analiza niepewności pomiaru. Planowanie eksperymentu weryfikującego działanie systemu pomiarowego.

  5. Interfejsy pomiarowe, transmisja danych przewodowa i bezprzewodowa

    Definicja interfejsu pomiarowego. Wady i zalety interfejsów szeregowych i równoległych. Opis interfejsu U(S)ART i format ramki danych. Przykłady standardowych interfejsów pomiarowych (m.in. RS-232, RS-485, SPI, I2C, 1-Wire). Systemy transmisji bezprzewodowej (m.in. Wi-fi, LoRa, GSM).

  6. Rozproszone systemy pomiarowe

    Definicja i struktura rozproszonego systemu pomiarowego. Metody lokalizacji przetworników pomiarowych. Protokoły transmisji danych (m.in. MQTT, HTTP/2). Akwizycja i analiza danych pomiarowych z wielu czujników na lokalnym komputerze lub w chmurze. Budowa systemu pomiarowego na bazie otwartych standardów (m.in. Arduino, ESP8266, ESP32, RaspberryPi).

  7. Wybrane inteligentne systemy pomiarowe

    Przykłady inteligentnych systemów pomiarowych: funkcyjne
    (pośrednie), kompensacyjne (inwariantne), ekspertowe, uczące się, nadmiarowe i inne. Projektowanie inteligentnych systemów pomiarowych.

Ćwiczenia projektowe (26h):
  1. Część przygotowująca do wykonania projektu

    1.1 Organizacja zajęć i problematyka inteligentnych systemów pomiarowych
    1.2. Podstawy środowiska LabVIEW
    1.3. Zastosowanie praktyczne środowiska LabVIEW
    1.4. Zestawianie prostych układów pomiarowych (LabVIEW, Arduino IDE, Micropython)
    1.5. Przesyłanie i gromadzenie danych pomiarowych (LabVIEW, Python)
    1.6. Analiza i prezentacja danych pomiarowych (LabVIEW, Python)

  2. Część wykonania i prezentacji projektu

    2.1. Wydanie tematów projektów inteligentnych systemów pomiarowych
    2.2. Realizacja projektów
    2.3. Prezentacja koncepcji projektowanego systemu pomiarowego
    2.4. Prezentacja działania projektowanego systemu pomiarowego
    2.5. Oddanie sprawozdań

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci najpierw poznają, na podstawie prostych przykładów, narzędzia informatyczne i metody pozwalające na zrealizowanie projektu. Równolegle 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:

Pierwsza część zajęć projektowych (przygotowująca) zaliczana jest na podstawie rozwiązań podstawowych zadań kończących poszczególne bloki tematyczne. Druga (związana z realizacją i prezentacją projektu) zaliczana jest na podstawie dwu prezentacji dotyczących projektowanego inteligentnego systemu pomiarowego oraz oddanego sprawozdania. Dodatkowo należy zaliczyć zadania dodatkowe z etapów realizacji projektu. Zaliczenia poprawkowe możliwe są do końca podstawowej sesji egzaminacyjnej. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest oddanie sprawozdania.

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.
  • 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. Materiały pomocnicze umieszczone są na platformie AGH UPeL i tam też studenci przesyłają rozwiązania zadań.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa obliczana jest na podstawie średniej ważonej ze składowych:

  • średnia ocena z egzaminu (część dotycząca wykładów i część dotycząca projektów) 50 %
  • średnia ocena zrealizowania projektów (prezentacje i sprawozdanie) 40 %
  • średnia ocena rozwiązania zadań i aktywności studenta na zajęciach projektowych 10 %.
Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

W przypadku nieobecności na zajęciach konieczne jest samodzielne uzupełnienie wiedzy, zdobycie umiejętności i rozwiązanie dodatkowych zadań związanych z tematyką opuszczonych zajęć projektowych.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Student powinien posiadać elementarne umiejętności z zakresu programowania i implementacji metod numerycznych do analizy sygnału. Niezbędna jest również podstawowa wiedza z metrologii, automatyki i identyfikacji systemów dynamicznych. Dodatkowo przydatna (choć nie konieczna) jest znajomość podstaw metody planowania eksperymentu i optymalizacji.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Kwaśniewski J., Wprowadzenie do inteligentnych przetworników pomiarowych, Warszawa 1993
2. Fraden J., Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer 2010
3. Łapiński M., Włodarski W., Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych: czujniki pomiarowe, Warszawa 1970
4. Smith S.W., The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, California 2011, (www.dspguide.com)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Mechanical engineering in Smart Grid technology / Andrzej GOŁAŚ, Wojciech CIESIELKA, Ireneusz CZAJKA, Mateusz CZECHOWSKI, Roman FILIPEK, Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Krystian SZOPA, Maciej ŚLIWIŃSKI, Jerzy WOŁOSZYN, Witold ŻYWIEC ; AGH. — Kraków : Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, 2015

2. Smart Grid in energetic facilities: modelling, monitoring and diagnostics / red. merytoryczna tomu: Andrzej GOŁAŚ ; aut.: Wojciech CIESIELKA, Ireneusz CZAJKA, Roman FILIPEK, Andrzej GOŁAŚ, Władysław HAMIGA, Dawid ROMIK, Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Krystian SZOPA, Jerzy WOŁOSZYN. — Kraków : Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, 2017

3. Wprowadzenie do akustyki — [Introduction to acoustics] / Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Roman FILIPEK, Andrzej GOŁAŚ. — Kraków : Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska, 2017

4. Verification of inverse image source method applied for acoustic field creation in open area / A. GOŁAŚ, K. SUDER-DĘBSKA, W. CIESIELKA, R. FILIPEK // Acta Physica Polonica. A ; ISSN 0587-4246. — 2011 vol. 119 no. 6–A: Acoustic and biomedical engineering, s. 966–971

5. Active and passive structural acoustic control of the smart beam / R. FILIPEK, J. WICIAK // The European Physical Journal. Special Topics ; ISSN 1951-6355. — 2008 vol. 154, s. 57–63.

6. Analiza MES promieniowania dźwięku przez belkę z elementami piezoceramicznymi — Finite elements analysis of sound radiation from a beam with piezoceramic elements / Roman FILIPEK, Jerzy WICIAK // Czasopismo Techniczne = Technical Transactions / Politechnika Krakowska ; ISSN 0011-4561. Mechanika = Mechanics ; ISSN 1897-6328. — 2008

Informacje dodatkowe:

Wiedza z całości zagadnień poruszanych na wykładach dla studentów posiadających co najmniej 5 obecności na wykładach zostanie sprawdzona w pierwszej części egzaminu tylko na podstawie testu. Pozostali otrzymają dodatkowo pytania otwarte.