Задача 1 - Томский политехнический университет

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________201__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
И МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОПТОТЕХНИКЕ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: ОПТОТЕХНИКА
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Светотехника и источники света
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 5; СЕМЕСТР 9;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 6
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Математика», «Физика», «Информатика», «Инженерная и компьютерная графика»
КОРЕКВИЗИТЫ: «Основы оптики», «Основы светотехники», «Оптические измерения»,
«Источники и приемники оптического излучения», «Оптические и световые приборы»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
9 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
63
72
144
216
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
часа (ауд.)
часов (ауд.)
часов
часов
часов
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН В 9 СЕМЕСТРЕ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Лазерная и световая техника»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.-м.н., профессор В.М. Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
к.ф.-м.н., доцент С.С. Вильчинская
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
к.ф.-м.н., доцент Т.В. Гречкина
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины магистрант приобретает
знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц2, Ц4 и Ц5
основной образовательной программы «Оптотехника». Дисциплина нацелена
на подготовку магистрантов к:

научно-исследовательской и производственно-технологической работе
в области компьютерного моделирования светотехнических и оптических проектов;

решению научно-исследовательских и прикладных задач, возникающих
при проектировании осветительных установок внутреннего, наружного
и архитектурного освещения;

поиску, анализу и систематизации новой информации, необходимой
для решения инженерных задач в области светотехники и оптотехники;

развитию способностей формулировать, документально оформлять результаты своей деятельности, обосновывать и отстаивать собственные
заключения и выводы; разрабатывать проект.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина относится к специальным дисциплинам профессионального цикла ООП. Теоретической базой дисциплины «Математические методы
и моделирование в оптотехнике» служат математика, физика, информатика,
инженерная и компьютерная графика. Имеет непосредственную связь с дисциплинами общепрофессионального цикла (основы оптики, основы светотехники) и опирается на освоенные при изучении данных дисциплин знания
и умения. Кореквизитами для дисциплины «Математические методы и моделирование в оптотехнике» являются дисциплины ЕНМ и ОП циклов: «Оптические измерения», «Источники и приемники оптического излучения», «Оптические и световые приборы».
3. Результаты освоения дисциплины
При изучении дисциплины магистранты должны научиться выбирать
оптимальные методы и разрабатывать пути решения при осуществлении проектов освещения, построения и планирования осветительных установок, выбирать оптимальные программные продукты для дизайн-проектов, рационально определять электро- и светотехнические характеристики световых
приборов и источников света, проводить анализ полученных расчетов.
После изучения данной дисциплины магистранты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образователь-
ной программы. Соответствие результатов освоения дисциплины «Математические методы и моделирование в оптотехнике» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.
Формируемые
компетенции в
Результаты освоения дисциплины
соответствии с
ООП*
З.1.1,
З.2.1, В результате освоения дисциплины магистрант должен знать:
З.4.1, З.5.1
Принципы и этапы планирования научно-исследовательской работы; основные и специализированные методы и оборудование
для экспериментальных исследований в области светотехнического проектирования; специальные разделы светотехники, лежащие
в основе используемых методов и оборудования для создания и
анализа проектов; методов научно-технического творчества
У.1.1,
У.1.2, В результате освоения дисциплины магистрант должен уметь:
У.1.3,
У.2.1, Планировать, проводить и оценивать результаты экспериментальУ.4.1, У.5.2.
ной исследовательской работы; формулировать технически задачи с учетом наличия соответствующего оборудования, методик,
инструментов и материалов, ограничений; интегрировать различные методы и методики экспериментальных исследований в светотехнике и оптотехнике для решения конкретных задач; модернизировать методики получения и обработки экспериментальных
данных; находить и использовать научно-техническую информацию в исследуемой области из различных ресурсов, включая на
английском языке.
В.1.1, В.1.3,
В результате освоения дисциплины магистрант должен влаВ.2.1, В.5.3,
деть:
В.6.1, В.7.1,
Опытом работы с научно-исследовательским оборудованием;
В.7.2.
устойчивыми навыками проведения эксперимента с учетом выбора оптимальных методик и оборудования для исследований, опытом работы и использования в ходе проведения исследований к
научно-технической информации, Internet-ресурсов, баз данных и
каталогов, электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов и др. в области свето- и оптотехники, в том числе, на иностранном языке.
*Расшифровка кодов результатов обучения и формируемых компетенций
представлена в Основной образовательной программе подготовки магистров
по направлению 200400 «Оптотехника».
Структура и содержание дисциплины
4.
Структура дисциплины, форма текущего контроля и аттестация
4.1.
Виды занятий
1.
Лекции
2.
Семинары
3.
Лабораторные
работы
трудоёмкость
в часах
9
63
Самостоятельная
работа (текущий
контроль)
Самостоятельная
работа (СРС внеурочная)
4.
5.
144
Промежуточная
аттестация
6.
Формы текущего
контроля и аттестации
Итого
презентация (документ формата*.ppt)
4 отчет_ реферат
доклад_ выступление
решение текущих задач_ базовый уровень (уровень1) (моделирование и математическая обработка, документ
55
формата *.dlx и *.pdf)
отчеты по лабораторным работам
защита отчета по лб
письменная работа
4
решение задач средней и высокой
сложности _ (уровень2)
проработка материала курса, выносимого на СРС (см. ниже).
Экзамен
216
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.2.
Содержание разделов дисциплины
4.2.1.
Темы лекций:
1) «CALS технологии» в оптотехнике. Жизненный цикл изделия (проекта).
2) Математические методы и моделирование в оптотехнике. Введение
в предмет.
3) Расчет освещения внутри помещения. DIALux_виды расчетов, цифровая информация, интерпретация полученных данных.
4) Расчет освещения с участием дневного света (DIALux).
5) Информация о светильниках, компьютерная обработка данных по
ИС и СП.
6) Управление освещением. Расчет и построение сцен освещения с
элементами управления (DIALux).
7) Энергетическая оценка. Расчет и анализ ОУ (DIALux).
8) Анализ графических редакторов для целей построения освещения и
проектирования ОУ.
9) САПР электрооборудования.
4.2.2. Список задач и заданий на лабораторные работы по дисциплине
«Математические методы и моделирование в оптотехнике»
_________ Базовый уровень (уровень1)
Задача 1. Рассчитать распределение освещенности на рабочей поверхности в
швейной мастерской при заданных параметрах (DIALux).
Задача 2. Выполнить дизайн-проект помещения. Использовать исходные
данные и геометрию помещения, указанные в задачи 1.
Семинар 1,2. Заседание экспертной комиссии. Анализ дизайн-проекта и светотехнических характеристик ОУ производственных помещений (швейных
мастерских). Заключение комиссии (отчет в подгруппах).
Задача 3. Выполнить построение 3D модели помещения сложной формы по
чертежу, использовать программу DIALux.
Задача 4. Построение и расчет сцены освещения Дневной свет. Использовать
исходные данные задачи 3.
Задача 5. Создать 3D модель объекта электроустановочного изделия в DIALux.
Задача 6. Создать 3D модель объекта декоративного светильника (бра, люстра, напольный, настольный и т.п.)
Задача 7. Расчет изменения светового потока светильника за период эксплуатации (HID) (индивидуальный отчет).
Самостоятельная работа 1. Индивидуальное задание по итогам задач 1-7.
Задача 8. Расчет освещенности для разных типов излучателей (в DIALux).
Задача 9. Редактирование помещений (расширенные возможности DIALux).
Задача 10. Зонирование пространства. Выбор и расположение светильников
по способу назначения. Построение систем общего и комбинированного
освещения. Расчет. Использовать исходные данные задачи 9.
Задача 11. Интерактивное приложение «Умный дом». Расчет и построение
сцен освещения с элементами управления (DIALux).
Самостоятельная работа 2. Индивидуальное задание по задачам 8-11.
Задача 12. Расчет и построение сцен освещения. Постановочное и театральное освещение (DIALux).
Задача 13. Разработка документации проекта. Формирование списка расчетных документов (DIALux).
Задача 14. Электрооборудование. Номенклатура изделий и устройств. Каталоги фирм производителей. Программный продукт Schema 1-2-3 (Hager).
__________ Задачи средней и высокой сложности (уровень2)
Задача 1*. Создать 3D модель объекта светильника в другом 3D редакторе с
возможностью экспорта в DIALux.
Задача 2*. Расчет и формирование энергетической оценки проекта освещения (DIAlux).
Задача 3*. Построение электрической схемы управления освещения в AutoCAD Electrical.
Задача 4*. Создание эффекта объёмного света (витраж) в 3dsMax.
Задача 5*. Визуализация глобальной освещённости Radiosity 3dsMax.
Задача 6*. Создание дневного освещения средствами V-Ray в 3dsMax.
Задача 7*. Расчет и формирование принципиальной схемы щитка, в том числе с привлечением приборов регулирования освещения Schema 1-2-3 (Hager).
5.
Образовательные технологии
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности магистрантов для достижения запланированных результатов обучения и формирования компетенций.
Методы и формы
активизации деятельности
Дискуссия
IT-методы
Командная работа
Разбор кейсов
Опережающая СРС
Индивидуальное обучение
Проблемное обучение
Обучение на основе
опыта
ЛК
х
х
х
Виды учебной деятельности
Семинар
ЛБ
СРС
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием компьютерного оборудования, выполнения проблемноориентированных, поисковых, творческих заданий.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (CРC)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
 работе магистрантов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и электронных источников информации по заданной проблеме и выбранной теме магистерской диссертации,
 выполнении домашних заданий,
 переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,
 изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
 подготовке к экзамену.
6.1.1. Темы, выносимые на самостоятельную проработку:
 Моделирование освещения (подсветка, создание источников
света, настройка параметров теней, исключение объектов из освещения, путь управления всеми осветителями
сцены, работа с камерой).
 Создание эффекта объемного света (имитация освещения, прохождение света через витражное стекло)
 Создание освещенного объекта средствами объемного света,
глобальной освещенности Radiosity или дневного освещения.
 Создание модели освещения «Картинная галерея»
 Управление освещением (варианты построения сцен освещения с элементами
управления)
 Освещение
в цвете. Средства
светоцветового пространства (цветовая
трехмерного
моделирования
температура, спектры стандартных ламп,
цветной и цветокорректирующий фильтры)
 Наружное освещение (проектирование осветительной установки архитектурного ансамбля)
 Расчет и формирование принципиальной схемы электрической части
проекта. САПР электрооборудования.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР) направлена на
развитие интеллектуальных умений, комплекса
универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций,
повышение творческого потенциала магистрантов и заключается в:
 поиске, анализе, структурировании и презентации информации, анализе
научных публикаций по определенной теме исследований,
 анализе статистических и фактических материалов по заданной теме, проведении расчетов, составлении схем и моделей на основе статистических материалов,
 выполнении графических работ,
 исследовательской работе и участии в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах,
Для закрепления теоретического материала, выполнения отчетов по лабораторным работам по дисциплине во внеучебное время студентам предоставляется возможность пользования библиотекой ТПУ, библиотеками лабораторий кафедры, возможностями дисплейного класса кафедры, где имеются
программа по дисциплине. Студенты имеют возможность получить консультации по вопросам дисциплины, как у ведущего преподавателя, так и у научного руководителя.
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Оценка успеваемости магистрантов осуществляется по результатам:
- самостоятельного (под контролем учебного мастера) выполнения лабораторной работы,
- взаимного рецензирования магистрантами работ друг друга,
- анализа подготовленных магистрантами самостоятельных работ,
- устного опроса при сдаче выполненных индивидуальных заданий.
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Теоретический вопрос.
2. Проблемный вопрос или расчетная задача.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. Планирование освещения внутри помещения средствами DIALux.
2. Расчет освещенности горизонтальной поверхности заданной площади.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Руководство пользователя DIALux. Программный продукт DIALux
версия 4.9.
2. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. – М.:Строиздат, 1995.
3. Справочная книга по светотехнике / Московский дом света; под ред.
Ю. Б. Айзенберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Знак, 2006. — 972
с.
4. Кнорринг Г.М. и др. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Санкт-Петербург, 1992.
5. Петров В.И. Новые европейские нормы освещения // Новости светотехники, под редакцией Ю.Б. Айзенберга., Выпуск 4, Москва 1998г.
6. Буддак В.П., Д.Н.Макаров. Программы расчета и визуализации осветительных установок // Новости светотехники, 2005, №3.
7. Жданова Е.Г., Овчаров А.Т. Энергосбережение в осветительных установках / [Электронный ресурс]. – Томск, 2003
Вспомогательная литература
1. Ашкенази Г.И. Цвет в природе и технике / Г. И. Ашкенази. — 3-е перераб. и доп. изд. — М.: Энергия, 1974. — 89 с.
2. Панова В.Н., Шестакова М.А. Художественные принципы создания
витрины: назначение и организация витринного пространства. XIII
Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» /
Сборник трудов в 3-х томах. Т. 3. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. − С.554-556.
3. Шалыгин А.А. Новые требования ПУЭ к электрической части осветительных установок, вопросы электробезопасности// Новости светотехники, под редакцией Ю.Б. Айзенберга., Выпуск 1-2(28-29), Москва
2001г.
4. Куликов В.П. Стандарты инженерной графики: уч.пособие –М.:Форум:
ИНФРА-М, 2007г.-240с.
5. Архитектурная физика : учебник для вузов / В. К. Лицкевич, Л. И.
Макриненко, И. В. Мигалина и др; Под ред. Н. В. Оболенского. — стер.
изд. — М.: Стройиздат, 2001. — 448 с.
6. Миллс Э. Потенциальные возможности всемирного энергосбережения
в освещении//Светотехника, 2002,№6.
7. Уайт Т. Стабильность окружающей среды и освещение.//Светотехника,
2004,№5.
Интернет-ресурсы:
http://www.ltcompany.com - сайт компании ООО «Световые технологии», ведущий производитель светотехнического оборудования на территории СНГ.
http://www.philips.ru - сайт компании "Philips", ведущий производитель светотехнического оборудования
http://www.osram.ru - сайт компании "Osram", мировой лидер в производстве
светотехнической продукции
http://www.xlight.ru- Светодиодные светильники и прожекторы для архитектурно-художественного освещения
www.pdffactory.com Развитие светотехники. Светильники серии Trade Line //
PHILIPS, PDF created with pdfFactory trial version,
www.fagerhult.com(ru). Свет для работы - Освещение офисов. Модели оценки
качества освещения (VBE&AQ индексы). Брошюра. FAGERHULT
BELYSNING AB, 2008г. В том числе каталоги светильников 2009, Fagerhult,
www.cad.ru . Сайт Русской Промышленной компании. Всё о САПР и ГИС.
Комплексная автоматизация проектно-конструкторских и технологических
работ.
www.hagersystems.ru Сайт Группы компаний HAGER — всемирно известный
разработчик и производитель низковольтного электрооборудования для промышленных и гражданских объектов.
Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые.
Структура и правила оформления. СТО ТПУ 2.5.01-2006.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При изучении основных разделов дисциплины, выполнении лабораторных работ магистранты используют компьютеры, оснащенные современными компьютерными продуктами.
* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение
семестра.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС-2010 по направлению и профилю подготовки «Оптотехника», профиль «Светотехника и источники света».
Авторы:
Гречкина Т.В.
Программа одобрена на заседании кафедры ЛИСТ ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 2011 г.).