机电和机器人工程，工业实习年 BEng (Hons)

The University of Sheffield - 谢菲尔德大学

全院的全球工程挑战周是第一年课程的必修部分。该项目旨在发展学生的学术、转移和就业技能，并拓宽他们作为全球公民的视野。在一整周的时间里，学院的所有学生以5-6人的多学科小组形式工作，从一系列主题下安排的项目中选择，包括水、废物管理、能源和数字，场景设定在一个面临经济挑战的海外地点。一些项目是基于 "无国界工程师 "的 "人的工程 "设计挑战。

本模块旨在将Y1各模块的核心内容汇集到一个实质性的小组设计项目中。该小组项目涉及控制一个移动机器人，使其安全、顺利地到达目的地。这个机器人被作为一个带回家的工具包，供学生在自己的时间内进行这个项目。该模块还涵盖了工作场所需要的重要技能，如项目管理和团队合作，以及其他关键的就业技能。

本模块将介绍简单连续动力系统的建模原理。本模块还介绍了线性模型的分析。它包括对一阶和二阶系统动态行为的详细分析，将行为与物理参数联系起来，如上升时间、稳定时间、过冲、稳态。阻尼和阻尼比以及谐振。也会讨论频率响应。我们将通过提供开环和闭环控制的例子来介绍控制和反馈这一主题，并对线性模型进行详细分析，重点是一阶和二阶系统。学生将被介绍到简单实用的反馈机制，包括PID控制器和性能标准，如偏移、稳定性、极点和零点。你将学习如何使用拉普拉斯变换来解决线性微分方程的原理，并使用传递函数和框图代数来表示系统。你还将通过使用傅里叶级数来发展对系统分析的频域含义的理解。MATLAB被用来加强对所有模块内容和课程作业的模拟和分析。

本模块旨在使学生掌握数字系统中 "硬件如何工作 "的核心知识，并通过实例/案例研究介绍嵌入式系统的概念。该模块包括嵌入式系统介绍、数字系统、布尔代数、逻辑门、逻辑表达式、组合逻辑、A/D和D/A转换器、计算机系统和架构。内容以讲座、辅导和实验课相结合的方式进行，使学生对嵌入式系统及其应用有基本了解。第二学期的一个基于小组的设计项目将加强第一学期所教内容的理论和理解。该模块还涵盖了工作场所需要的重要技能，如项目管理和团队合作，以及其他关键的就业技能。

本模块将向学生介绍动态系统的建模和分析。学生将根据现实世界的案例研究，了解不同类型的物理系统。这个为期一年的20学分的模块将在两个学期内完成。在秋季学期，将介绍机械和电气-机械系统。在第二学期，机械主题将以旋转系统继续，然后介绍热力学系统和流动系统。学生将获得对各种物理系统的物理规律的理解，各种系统组件的影响和相互作用，以及对这些系统进行建模和分析的系统方法。

本模块介绍了预测由理想电压和/或电流源（可能是交流或直流源）驱动的无源电路元件、电阻、电容和电感组合行为的概念和分析工具。所涉及的思想不仅从实际电子电路建模的角度来看是重要的，而且因为生物学、医学和机械工程中的许多复杂过程本身就是由电路建模的。无源思想被扩展到有源电子元件；二极管、晶体管和运算放大器以及使用这些设备的电路。还包括变压器、磁学和直流电动机。

工程应用通常是复杂的，所以学生也需要获得分析问题的能力和应用系统工程方法的能力，作为设计和实施的系统方法。一个小组项目将培养学生对设计和建立计算机控制系统所需的问题解决和系统工程类型的理解。作为小组项目的结果，学生将提高沟通、团队工作和反思的技能。

本模块包含了学生在系统工程课程中所需要的核心数学能力。本模块包括基本代数和函数，初级微积分（微分和积分）。 低阶微分方程的解决，泰勒级数和迭代方法，矩阵代数和同位素方程，向量和复数。这些内容是在系统工程背景下进行的。通过定期的形成性评估和支持性资源来鼓励学生学习。 支持性资源.

全院性的工程--你被雇用周是第二年课程的必修部分，该周被设计用来发展学生的学术、可转移和就业技能。在为期一周的密集项目中，学生们将以六人左右的多学科小组的形式，就一个现实世界的问题进行工作。这些项目是基于工业伙伴提供的问题，学生将提出解决这些问题的想法和进一步发展这些想法的项目建议。

现代通信系统为推动信息时代的技术发展提供了骨干力量。数据分析、机器学习和网络化解决方案的增加，推动了越来越多地使用数字通信系统作为实现可靠和高效信息交流的手段的趋势。本单元的目的是提供信号、系统和通信系统的基础知识。信号理论和系统理论的数学原理将在通信理论背景下应用。该单元将为学生提供分析和解决复杂的开放式通信问题的工具，并评估拟议解决方案的技术限制。

该课程提供了工程力学中使用的基本概念和技术。涵盖了二维静力学，包括力和力矩系统、自由体图、平衡、摩擦、梁和静力学应用中的分布式力，以及对典型工程机械的应用。还包括对三维静力学要点的介绍。涵盖粒子和刚体的二维运动学和运动学。还介绍了工程动力学中工能法和脉冲动量法的使用。在适用的情况下，矢量代数与标量和图形方法一起被介绍。不假定有任何力学知识；处理方法集中在物理理解和工程应用上，而不是使用高级数学处理方法。

该模块为理解反馈控制系统的分析、设计和应用提供了坚实的理论基础，适合于普通工程学生。这得到了硬件实验室、PC实验活动和课程作业的支持。

本单元涵盖了表示、分析和设计机械、电气和计算系统的方法，以及它们与机电一体化系统的整合。本单元将使学生能够设计、分析、开发和整合机电一体化系统。该单元包括关于机电一体化系统原理、2D/3D CAD设计、传感器和仪器、执行、数字数据采集、信号预处理、硬件接口、微控制器编程和外围设备的讲座；分析机电一体化组件的实践；以及设计、开发和测试机电一体化系统的项目工作.

制造业、航空航天、机器人、能源、金融、医疗保健和其他许多领域的工程应用主要是基于计算机或计算机控制。为了能够创建基于计算机和计算机控制的应用程序，学生需要获得对整个系统工程生命周期的理解和熟练的工作。本模块建立在一年级本科生系统工程和软件介绍模块的基础上，以进一步发展学生在设计和开发基于计算机和软件主导的系统的技能。

本模块提供了一个关于使用分析数学技术和数字方法和算法的介绍，以便于后续更高层次的模块研究和解决广泛的工程问题。学生将发展他们在系统工程所需的核心数学工具的理论和应用技能，以及在系统模拟和基于数据的建模中的应用。涵盖的主题摘要包括：复杂变量和傅里叶变换，矩阵和由矩阵表示的系统的分析，多变量函数的优化，概率，数字积分技术和数据建模和分析。该模块贯穿了使用数学技术的工程实例。

该课程使学生能够在工程学士的第三年或工程硕士的第四年，在工业界从事与课程相关的工作。这为他们提供了广泛的经验和机会，使他们的学术研究融入背景，并提高他们的技能和就业能力。学生还将从体验行业文化、建立联系中受益，并且实习将支持他们为以后的就业做准备。

该模块为学生提供了机会，让他们在个人的基础上进行一项重要的项目工作。该项目将提高以下方面的知识和技能：对技术文献的批判性评价、项目规划和管理、深化一个或多个技术领域的知识以及发展口头和书面形式的技术信息传达能力。

该模块旨在向工程专业学生介绍工程师在其工作环境中可能遇到的一些关键的财务和法律问题。该模块将直接借鉴工程项目和/或产品开发背景下的预算编制、融资、评估财务风险和做出财务决策等实际问题。同时，该模块将培养学生对签订工程项目和产品的开发和交付合同的法律方面的理解，以及对环境法规、数据保护和知识产权的认识。通过一系列这两个学科的平行讲座，该模块将提供这两个领域的工作知识以及它们如何影响工程实践。作为评估的一部分，将着重强调小组工作、报告撰写和陈述，并辅以在线练习和个人作品集。

目的是向学生介绍数字处理技术，包括数字信号的采样和分析，数字滤波器的设计，以及数字图像处理的介绍。研究离散信号和系统，重点是分析离散信号和设计数字滤波器所需的频域理论。还包括与数字图像相关的概念和一些基本的数字图像处理操作。

该模块旨在探索机器人系统，无论是在历史上还是作为当代快速发展的领域。学生将被介绍到机器人系统的不同类型和应用。重点放在建模和仿真上。传感和驱动也包括在内，重点是机器人操纵器的控制。学生将接触到机器人系统的广泛的实际应用，并鼓励他们讨论和思考使用机器人的影响（如道德考虑、安全、社会和经济影响）。

机器学习是人工智能的一个组成部分，它使计算机能够从数据或模拟中学习如何执行任务，而不是为每一种可能的情况明确编程。目前，机器学习被应用于许多领域，包括金融、机器人和自主系统以及生物信息学，并且近年来在工业上有了巨大的增长。本模块介绍了机器学习的关键基础元素，包括：回归、分类和强化学习。该模块通过讲座和实验相结合的方式进行教学，其中强调了不同方法的实际实施。

本模块的目的是：介绍用于分析和设计多变量系统控制器的状态空间方法；教授使用状态空间控制设计的分析工具和方法；展示连续和采样数据系统的相似性；并将分析扩展到非线性系统.