Programbeskrivning för civilingenjörsprogrammet i maskinteknik

Transkript

1 Programbeskrivning för civilingenjörsprogrammet i maskinteknik Datum Version Beskrivning/ändring Författare e-post Under bearbetning Mikael Enelund mikael.enelund@chalmers.se Hållbar utveckling ändrad Rättad Rättad Ny utbildningsplan Korrekturläst 1

2 Mål för civilingenjörsprogrammet i Maskinteknik Programmets syfte Civilingenjörsutbildningen i maskinteknik syftar till att utveckla de kunskaper, färdigheter och förhållningssätt som krävs för att kunna leda och delta i utvecklingen och utformningen av industriella produkter, processer och system för en hållbar samhällsutveckling. Vidare förbereder utbildningen för arbete inom andra delar av samhället där analys och hantering av komplexa problemställningar är av betydelse. Studenten skall ges goda möjligheter för utveckling av personliga egenskaper och attityder som bidrar till professionell integritet och ett framgångsrikt yrkesliv. Programmets idé Maskinteknikprogrammets vision är att erbjuda en relevant, stimulerande och avancerad ingenjörsutbildning med helhetssyn och fokus på sammanhang, fundamental kunskaper och tillämpningar. Studenternas trivsel och anställningsbarhet är centralt. Programmet utbildar maskiningenjörer som är väl förberedda för att utforma och utveckla produkter och system som förbättrar säkerheten och livskvaliteten för en globalt växande befolkning. Strategin för detta skall vara att använda minimalt med energi och resurser för att nå ett givet mål. Programmets röda tråd är hållbar produkt- och processframtagning med ett helhetsperspektiv. Programmets har en introduktionskurs som ger inblick i ingenjörens yrkesroll och introducerar helhetsperspektivet på produktframtagningen. I introduktionskursen ingår att i grupp arbeta med utvecklingen av en produkt. En prototyp tillverkas och projektet skall rapporteras såväl skriftligt som muntligt. Programmet har en stark bas i matematik och grundläggande maskintekniska ämnen där helheten och gemensamma principer betonas. Detta genom att ha gemensamma projekt och inlämningsuppgifter mellan matematik och de grundläggande teknikämnena. I dessa projekt löses hela problemet från att välja modell och ställa upp ekvationer som beskriver modellen till att lösa ekvationer och simulera samt att bedöma rimlighet i val av modell och noggrannheten i lösning. Genom att arbeta med helhet, gemensamma projekt mellan kurser och ha en genomtänkt sekvens av kurser skall utbildningen inom ett ämne inte isoleras till en kurs. Programmet introducera och använder tidigt datorbaserade hjälpmedel för att modellera, analysera och simulera verkliga konstruktioner, produkter och system. Tillämpningar från de grundläggande ämnena introduceras tidigt i utbildningsplanen för att förbereda för konstruera-implementera (Design-Build)- projekt där verkliga och relevanta produkter och system skall skapas. Det finns minst ett projekt i varje årskurs. Studenternas förmåga att arbeta i grupp och att kommunicera utvecklas och utnyttjas genom integration av dessa färdigheter i kurserna. Det finns en tydlig progression av färdigheter i utbildningen. 2

3 Programmets grundläggande del förbereder, tillsammans med de valbara kurserna i årskurs tre, för ett brett fält av avslutande masterprogram både inom maskintekniken och inom angränsande områden såsom akustik, industriell ekonomi, matematik och mekatronik. Delar av utbildningen sker i samarbete med arbetsliv genom gästföreläsare, projektuppgifter hämtade från industri, lärare från näringsliv, projektledningsmodeller från näringsliv och laborationer i samarbete med industri Utbildningens djup i de associerade masterprogrammen skall vara tillräcklig för en direkt övergång till forskarutbildning. Arbetet med att utveckla programmet sker kontineurligt i samverkan mellan lärare, adminstration, studenter och programråd där näringslivet är representerat. Programmets mål Civilingenjören i maskinteknik skall: 1. Kunna tillämpa matematik och grundläggande naturvetenskap inom den tillämpade mekaniken och ha inblick i den klassiska fysikens mest grundläggande metoder. Centralt är att 1.1 numeriskt kunna lösa linjära och olinjära system av algebraiska ekvationer, 1.2 kunna lösa ordinära differentialekvationer av typerna: separabla, inhomogena med konstanta koefficienter och Eulers, 1.3 numeriskt kunna lösa system av linjära och olinjära ordinära differentialekvationer inklusive omskrivning till system av första ordningens differentialekvationer, 1.4 kunna lösa egenvärdesproblem för diskreta och kontinuerliga system, 1.5 kunna använda finita elementmetoden för att lösa partiella differentialekvationer, 1.6 kunna redogöra för grunderna i sannolikhetsläran och statistiken samt planera försök med hänsyn till variationer, 1.7 kunna förklara och tillämpa termodynamikens huvudsatser när det gäller omvandling mellan olika energiformer inom ett system, 1.8 kunna tillämpa Newtons lagar för att bestämma krafter och rörelser i materiella system. 1.9 kunna beskriva fasta materials uppbyggnad och förklara hur den påverkar materialets egenskaper, 1.10 utifrån givna modeller och matematiska formuleringar programmera lösningar, inklusive grafisk presentation till tekniska problem i Matlab. 2. Förstå och kunna tillämpa de grundläggande maskintekniska ämnena materialteknik, mekanik, hållfasthetslära, strömningsmekanik, maskinelement, mekatronik, och reglerteknik så att tekniskt relevanta problem kan lösas dvs 2.1 kunna bestämma belastningar på hela konstruktioner och delar av konstruktioner, 3

4 2.2 kunna dimensionera med avseende på brott, plasticitet, stabilitet, utmattning och vibrationer med tillämpning på vanliga lastbärande element och förband såsom stänger, axlar, balkar, skivor, kopplingar, skruvförband, krympförband, svetsar, limfogar och lager, 2.3 kunna analysera, simulera, specificera och välja vanliga förband, transmissioner, bromsar och lager i maskinkonstruktioner, 2.4 kunna förklara strömningsfenomen och simulera fluiders rörelser och krafter inom tillämpningar som rör, värmeväxlare och gasturbiner samt kring geometriskt enkla kroppar, 2.5 kunna förklara hur vanligast förekommande givare och ställdon fungerar och kunna integrera dessa i maskinkonstruktioner både fysiskt och virtuellt, 2.6 kunna analysera, observera, simulera och styra linjära dynamiska system, 2.7 kunna modellera, simulera och dimensionera reglersystem i maskinkonstruktioner både fysiskt och virtuellt. 3 Kunna leda och medverka i utveckling av nya produkter och system med en helhetssyn från behov och idéformulering, konstruktion och tillverkning till drift och avveckling genom att följa en situationsanpassad systematisk utvecklingsprocess. Här ingår det att 3.1 kunna tillämpa de grundläggande maskintekniska ämnena för produktutveckling, produktions- och bearbetningsteknik, 3.2 kunna generera förslag till nya produkter och produktionssystem, 3.3 kunna skapa CAD-modeller (solidmodeller och sammanställningar) samt generera underlag och ritningar för tillverkning, 3.4 kunna beskriva och exemplifiera metoder och verktyg för datorstödd produktframtagning, 3.5 kunna redogöra för och använda de vanligaste ekonomiska begreppen och modellerna för att analysera ekonomin i ett företag och för att uppskatta ekonomiska konsekvenser av olika beslut, 3.6 kunna göra materialval med insikt om valets roll för tillverkningsprocess samt produktens beteende och miljöbelastning under livslängden, 3.7 kunna jämföra och värdera olika produktförslag med avseende på funktion, miljöbelastning, produktion och ekonomi, 3.8 kunna analysera, utforma och välja produktionssystem och bearbetningsprocess med hänsyn till effektivitet, arbetsmotivation, säkerhet och arbetsmiljö, 3.9 kunna beskriva och uppskatta ekonomiska, samhälleliga och miljömässiga konsekvenser av produktutvecklingen, 3.10 kunna beskriva olika immaterialrätter och 3.11 kunna beskriva kritiska tidpunkter och åtgärder för att säkerställa relevanta immaterialrättsliga skydd. 4 Kunna formulera teoretiska modeller och ställa upp ekvationer som beskriver modellerna. Lösa ekvationerna för att simulera verkligheten samt bedöma rimligheten i val av modell och noggrannheten i lösningen. 4

5 5 Kunna analysera, lösa och simulera avancerade maskintekniska problem inom det valda fördjupningsområdet/masterprogrammet med moderna datorbaserade verktyg varvid det mest lämpliga verktyget skall kunna väljas. 6 Kunna planera och utföra experiment i tillämpad mekanik, materialteknik, reglerteknik, och energiteknik. Kunna värdera resultaten och dra slutsatser samt jämföra med observationer och simuleringar. 7 Kunna redogöra för och uppskatta människans påverkan på jordens klimat- och ekosystem. 8 Kunna redogöra vilka energiresurser (förnybara och icke-förnybara) som finns och beskriva hur de kan omvandlas till andra energiformer samt förstå dessas begränsningar och miljöpåverkan. 9 Kunna kommunicera skriftligt och muntligt på svenska och engelska samt presentera resultat med grafer, bilder och simuleringar. 10 Kunna arbeta i och leda projektgrupp av mångdisciplinär karaktär som innebär att formulera och lösa öppna problem. 11 Kunna integrera kunskap, självständigt formulera nya frågor och utveckla ny kunskap samt kunna tillgodogöra sig teknisk vetenskaplig litteratur och även på andra sätt följa och utnyttja kunskapsutvecklingen inom maskinteknikomnrådet. 5

6 Programdesignmatris I= Introducera. Kunskapen/färdigheten berörs i kursen men examineras inte och behöver inte vara omnämnd i kursmålen. U= Undervisa. Kunskapen/färdigheten finns i kursmålen och student får tillämpa den och får återkoppling på sina prestationer. Detta sker i obligatoriska moment som tex tentamen och projekt/inlämningsuppgifter. A= Använda. Kunskapen/färdigheten används huvudsakligen för att nå andra mål i kursen. Programmål Kurser (obligatoriska) Ingenjörsmetodik I Inledande matematik U I U Programmering i Matlab A U Matematisk analys i en variabel U U U U Datorstödd maskinkonstruktion Linjär algebra U U U A U Statik och hållfasthetslära A A A U U U U Matematisk analys i flera variabler A U U U U A U Hållfasthetslära A A A U U U U U U U Mekanik - dynamik A A A A U U U Materialteknik A A A A U Maskinelement A A A A A A A A A A U Material- och tillverkningsteknik A A A A A A U A A A Termodynamik med energiteknik A A U U Hållbar produktutveckling Integrerad konstruktion & tillv A A A A A A A A A Industriell produktion och org. Industriell ekonomi Mekatronik A A A A A A U I I Strömningsmekanik A A A A A A U U U Reglerteknik A A A A A U A A U U Matematisk statistik A A A U U Kandidatarbete M3 Masterprogram Examensarbete M5 6

7 Programmål 3-11 Kurser (obligatoriska) Ingenjörsmetodik I I A A I I U I U I Inledande matematik Programmering i Matlab U U Matematisk analys i en variabel Datorstödd maskinkonstruktion U U Linjär algebra U U Statik och hållfasthetslära U U Matematisk analys i flera variabler Hållfasthetslära U U U Mekanik - Dynamik U A Materialteknik U A U Maskinelement U I A A U A Material och tillverkningsteknik U A U U A U Termodynamik med energiteknik U U A U U U A Hållbar produktutveckling U U U U U A Integrerad konstruktion & tillv U U A A U I I A A A U U I Industriell produktion och orga U A U Industriell ekonomi U U U A A Mekatronik U A Strömningsmekanik U U A A Reglerteknik U U A A Matematisk statistik A U A A Kandidatarbete M3 U U U U U Masterprogram U U A A U Examensarbete M5 A A U 7

8 Programplan för Maskinteknikprogrammets kandidatdel (årskurs 1-3) Utbildningen är femårig (300 högskolepoäng) och uppdelad i två delar; kandidatdelen som består av årskurserna ett till tre och avslutande masterprogram som utgör årskurserna fyra och fem. Studenter som påbörjat sina studier före 1 juli 2007 kan välja att ta ut en civilingenjörsexamen efter 4,5 år (270 högskolepoäng). Introduktionsveckor Läsår 1 börjar med två introduktionsveckor. Under dessa veckor introduceras studenterna till programmet och studiemiljön. Den första matematikkursen, Inledande matematik, startar med repetition av gymnasiematematiken för att sedan successivt övergå i högskolestudier. Vidare ges en introduktionskurs till datorsystemet. Målet är studenten skall vara väl förbered och få en bra start på högskolestudierna. Läsår 1 Läsperiod 1 Läsperiod 2 Läsperiod 3 Läsperiod 4 Inledande matematik 7,5hp Programmering i Matlab 4,5hp Ingenjörsmetodik 7,5hp Matematisk analys i en variabel 7,5hp Datorstödd maskinkonstruktion CAD 4,5hp Linjär algebra 7,5hp Statik & hållfasthetslära,5hp Matematisk analys i flera variabler 7,5hp Hållfasthetslära 7,5hp Ingenjörsmetodik ger en introduktion till programmet och yrkesrollen. I kursen finns ett produktutvecklingsprojekt där studenterna tar sig från idé till att själv bygga en prototyp. Projektet rapporteras både muntligt och skriftligt. Kursen innehåller undervisning i både kommunikation och gruppdynamik. Vidare introduceras studenterna till materialteknik, materialval och hållbar utveckling. Materialvalets kopplingar till hållbar produktutveckling, tillverkning och produktion diskuteras och exemplifieras. Programmering i Matlab är en kurs som förbereder för matematikkurserna och de mer tillämpade kurserna. Matlab är programmets generella beräknings- och simuleringsverktyg. I alla matematikkurserna är analytiska och numeriska aspekter fullständigt integrerade. Stor vikt läggs vid beräkningsteknik och simuleringar. I kursen Datorstödd maskinkonstruktion lär sig studenten att använda ett CAD-system för 3D-modellering och ritningsframställning. Vidare ingår det i kursen att ta fram ett underlag för och framställa en modell i programmets friformningsmaskin. Mekanik- och hållfasthetslärakurserna innehåller baskunskaper för produktframtagning. Stor vikt läggs vid modellering och simulering. Simuleringsuppgifterna är gemensamma med parallella matematikkurser. Finta elementmetoden undervisas och används i Matematisk analys i flera variabler och Hållfasthetslära. 8

9 Läsår 2 Läsperiod 1 Läsperiod 2 Läsperiod 3 Läsperiod 4 Mekanik - Dynamik 7,5hp Maskinelement 7,5hp Integrerad konstruktion och tillverkning 7,5hp Materialteknik 7,5hp Materialteknik och tillverkningsteknik 7,5hp Termodynamik med energiteknik 7,5hp Hållbar produktutveckling 4,5hp Industriell produktion och organisation 6,0hp Industriell ekonomi 4,5hp Materialteknik börjar med beskrivning av fasta materials uppbyggnad med särskild vikt på metaller och kopplingen till egenskaper och användningsområden. Senare delar av kurserna behandlar korrosion och polymerer. Mekanik - Dynamik innehåller dynamik för stela kroppar. Tillsammans med tidigare kurser i Hållfasthetslära och Maskinelement ges basen till den mekaniska delen av produktutvecklingen. Generella metoder, strategier och analysverktyg för hållbar produktutveckling diskuteras och används i kursen Hållbar produktutveckling. Vidare behandlas uthållig utveckling och människans inverkan och effekter på jordens klimat- och ekosystem. Projektkursen Integrerad konstruktion och tillverkning använder de tidigare färdigheterna, kunskaperna och verktygen i ett produktutvecklingsprojekt som utförs i grupp. Projektuppgiften hämtas från industrin och hela produktutvecklingskedjan ingår. Lärandet sker genom skapandet av en produkt. Tekniska färdigheter fördjupas samtidigt som generella ingenjörsfärdigheter såsom kommunikation, team work, projektledning och hållbar utveckling undervisas och tränas. Projektledning är ett viktigt moment i kursen. Studenternas tidigare inhämtade kunskaper och färdigheter i gruppdynamik och kommunikation används och utvecklas vidare i projektet och genom integrerade föreläsningar och övningar. Bearbetningsprocesser och kopplingar till material, utformning av produkter och kostnader behandlas i kursen Material- och tillverkningsteknik. Analys och utformning av industriella produktionssystem behandlas i Industriell produktion och organisation. Dessa kurser tillsammans med Industriell ekonomi behandlar tillverknings- och produktionsmässiga, samt ekonomiska aspekter på produktutvecklingen. 9

10 Läsår 3 Läsperiod 1 Läsperiod 2 Läsperiod 3 Läsperiod 4 Mekatronik 7,5hp Reglerteknik 7,5hp Kandidatarbete 15hp Strömningsmekanik 7,5hp Valbar 1 7,5hp Valbar 2 7,5hp Matematisk statistik 7,5hp I Strömningsmekanik studeras strömmande gaser och vätskor. Speciellt fokus läggs på simuleringar och tillämpningar i tekniska anordningar som turbiner, omströmmande kroppar och rör. I Mekatronik integreras givare, aktuatorer och datorer med det mekaniska systemet. Vidare får studenterna en teoretisk och praktisk introduktion till mätvärdesbehandling och signalbehandling. I Reglerteknik lär sig studenterna hur reglerteknik kan användas för att utveckla och realisera styrfunktioner för maskintekniska system. Matematisk statistik behandlar grundläggande sannolikhetslära och statistik med fokus på tillämpningar inom maskintekniken som tex brottmekanik och utmattning. Kursen introducerar även element av statistisk försöksplanering. Läsåret avslutas med Kandidatarbete som är en projektkurs som utförs i grupp med individuellt urskiljbara delar. I kandidatarbetet ingår stödjande kursinslag i kommunikation, gruppdynamik, vetenskapsmetodik och immaterialrätt. Maskinstudenter kan göra kandidatarbete inom: Energi- och miljö, Material- och tillverkningsteknik, Matematiska vetenskaper, Produkt- och produktionsutveckling, Sjöfart och marin teknik, Signaler och system, Teknikens ekonomi och organisation samt Tillämpad mekanik. Andra områden/institutioner kan godkännas efter prövning. För att få påbörja kandidatarbete skall studenten vara studerande i termin 5 och ha klarat av 97,5 högskolepoäng efter läsperiod 1 i årskurs 3. Valbar 1. Kursen förbereder för kandidatarbete och masterprogram inom Maskinområdet. Kurserna som erbjuds är Energiomvandling, Finit elementmetod, Maskinkonstruktion, och Virtuell produktion. Valbar 2. Kursen kan används för ytterligare specialisering inom Maskintekniken eller breddning tex för att erhålla behörighet till masterprogram inom angränsande områden eller för att uppfylla Chalmers MTS (människa teknik - samhälle ) obligatorium. Följande kurser erbjuds: Ljud och vibrationer, Logistik, Objektorienterad programmering, Transformer och differentialekvationer samt Värmeöverföring och MTS-kurserna Fiction for engineers, Teknikhistoria samt Teknik och samhälle. 10

11 Följande masterprogram tillhör Maskinteknik (maskinstudenter har platsgaranti på ett av programmen) och ger Civilingenjörsexamen i Maskinteknik: Applied Mechanics. Behörighetsgivande kurs: Finita elementmetoden Automotive Engineering. Materials Engineering. Naval Architecture and Ocean Engineering. Product Development. Behörighetsgivande kurs: Finita elementmetoden eller Maskinkonstruktion Production Engineering. Behörighetsgivande kurs: Virtuell produktion eller Logistik Sustainable Energy Systems. Behörighetsgivande kurs: Energiomvandling eller Värmeöverföring Technology Society and the Environment. Följande masterprogram tillhör andra civilingenjörsprogram men är godkända som avslutningar på civilingenjörsprogrammet i Maskinteknik Engineering Mathematics. Behörighetsgivande kurs: Transformer och differentialekvationer Lärande och ledarskap. Behörighetsgivande kurser: Finita elementmetoden och Transformer & differentialekvationer Nuclear Engineering Sound and Vibration. Supply Chain Management. Behörighetsgivande kurs: Logistik System Control and Mechatronics. Quality and Operations Management. Behörighetsgivande kurs: Logistik Examensarbete med omfattning 30hp eller 60hp avslutar civilingenjörsprogrammet och masterprogrammet. Examensarbetet utförs inom masterprogrammet. Examensarbetet skall presenteras vid ett öppet seminarium och det ingår att opponera på ett annat arbete. 11

12 Plan över undervisning i kommunikation i år 1 till 3. Undervisning och träning kommunikation integreras i utbildningsplanen. Nedan redovisas progressionen i de tre första årens projektkurser. Utöver detta finns och används kommunikationsinslag enligt programdesignmatrisen. Kurs uppgift År Föreläsning Övning Ingenjörsmetodik Skriv en teknisk rapport och gör en muntlig presentation av gruppens förslag Integrerad konstruktion och tillverkning Samma typ av uppgift som i åk 1 Kandidatarbete Kombinerad forsknings- och skrivprocess 1 Att skriva teknisk rapport Muntlig presentationsteknik Multimedia/elektronisk kommunikation 2 Kommunikationsstrategi Multimedia/elektronisk kommunikation Skriftlig framställning 3 Kritisk granskning av vetenskaplig information Att skriva vetenskapliga artiklar Struktur och resultathantering Sammanhang i text, stil och språk Argumentation och retorik Kommunikation och kritiskt tänkande: skrivande ett sätt att reflektera Skriftlig kommunikation: form och innehåll Grafisk kommunikation (skissteknik) Återkoppling på rapporter Muntlig presentation Pre-workshop om muntlig och skriftlig presentation Workshop kring rapportskrivning Muntlig presentation med återkoppling Återkoppling på rapporter Textgranskning övning- Peer response Textgranskning inför slutinlämningåterkoppling Opposition Förberedelser in för presentation med återkoppling 12

13 Hållbar utveckling. Hållbar produkt- och systemutveckling är centralt för Chalmers maskinteknikprogram. Utbildningen i hållbar utveckling integreras i kurserna och fokuseras i kursen Hållbar produktutveckling i årskurs 2. Årskurs ett börjar med föreläsningar om generella aspekter på hållbar utveckling och materialval i programmets introduktionskurs Ingenjörsmetodik. I kursens produktutvecklingsprojekt skall studenterna reflektera över materialvalets roll med hänsyn till miljöbelastning. I matematik, mekanik och hållfasthetslära fokuserar vi på beräkningar och simuleringar. Dessa verktyg är nödvändiga för en resurssnål produktutveckling. Hållfasthetslärans roll i en teknologiskt, ekonomiskt och socialt hållbar samhällsutveckling diskuteras och exemplifieras. Cirka 80 % av haverier i samhället uppskattas bero på utmattning som i sin tur beror på otillräckliga hållfasthetsanalyser, otillräckliga kunskaper eller andra överväganden. Detta beräknas årligen kosta samhället motsvarande 4-5 % av BNP. Ett av hållfasthetslärans huvudsyften är att använda material effektivt för att konstruera lätt, tillförlitligt och energisnålt. I årskurs 2:s Materialteknik diskuteras materialval och lämpliga alternativ för att omhänderta och återvinna uttjänta produkter. Den efterföljande kursen Hållbar produktutveckling inleds med en övergripande behandling av miljö och hållbar utveckling, med betoning på globala angelägenheter. I kursen introduceras systemanalytiska verktyg och modeller, tex livscykelanalys och multikriterieanalys, för bedömning av påverkan på miljö- och hållbar utveckling från produkter och processer. Vidare behandlas strategier och metoder för införande av miljö- och hållbarhetshänsyn i samband med produktutveckling. I den parallella kursen Termodynamik med energiteknik ges randvillkoren för samhällets energiförsörjning och dess koppling till klimatfrågan. Vidare diskuteras begränsningar och miljöeffekter för användningen av olika energitekniker och bränslen samt tekniker för att minimera dessa effekter. Parallellt och under hela årskurs 2:s vårtermin går projektkursen Integrerad konstruktion och tillverkning. I kursen nyutvecklas eller omkonstrueras en produkt från idé till verifierbar prototyp. I utvecklingsarbetet ingår det att bedöma produktens miljöbelastning ur ett livscykelperspektiv. Analysverktyg från Hållbar produktutveckling används för denna bedömning. Vidare i kursen Industriell produktion och organisation lär sig studenterna analysera, utforma och välja produktionssystem och bearbetningsprocess med hänsyn till effektivitet, arbetsmotivation, säkerhet och arbetsmiljö. 13