Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z metodami budowy kompleksowych, przyjaznych użytkownikowi, wyposażonych w graficzny interfejs programów symulacyjnych wykorzystywanych do komputerowego wspomagania projektowania procesów technologicznych. Kolejne etapy realizowane w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych pozwolą student zbudowanie systemu, który umożliwia analizę całości zjawisk fizyczne występujące w trakcie procesu wytwarzania. Poszczególne zadania składające się na projekt są omawiane jako integralne części kompleksowego projektu. Ze względu na złożoność obliczeniową realizowanych programów przedstawiane są metody efektywnego wykorzystania zarówno pojedynczych jednostek obliczeniowych jak i klastrów realizowanych na bazie sieci stacji roboczych i maszyn wieloprocesorowych. Ze względu na fakt, iż programy symulacyjne wymagają wielu danych wejściowych oraz generują wyniki, których interpretacja w postaci numerycznej jest trudna, prezentowane są techniki gromadzenia danych w postaci baz danych oraz systemy wizualizacji wyników. Przedmiot obejmuje budowę graficznych interfejsów użytkownika i oprogramowania graficznej prezentacji wyników w postaci map płaskich i przestrzennych. Planuje się budowę prostego systemu w trakcie ćwiczeń laboratoryjnych.

Semestr II - 30 godz.

Zasady budowy systemów komputerowych, systemy decyzyjne, informacyjne, bazodanowe, zarządzane, logistyczne, monitoringu i wizualizacji komputerowej symulacji procesów i in.(2). Fazy projektowania systemów informatycznych, współpraca zespołów programistycznych, metodami zarządzania projektami informatycznymi, systemy obiektowo-zorientowane, ocena jakości oraz wydajności systemów komputerowych.(2) Specyfikacja zadań systemu, opracowanie teoretycznych podstawy systemu, model matematyczny, składowe modelu (2). Zarządzanie projektem, dekompozycja systemu (2). Nowoczesne metody wspomagania projektowania technologii - zastosowanie metody wariacyjnej w technice - typy funkcjonałów (2). Twierdzenia Eulera rachunku wariacyjnego - zamiana równań różniczkowych na całkowe, metody tworzenia funkcjonałów (2). Metody przybliżonego rozwiązywania zagadnień wariacyjnych: metoda różnic skończonych Eulera, metoda Ritza, metoda Galerkina (2). Projektowanie procesów z wykorzystaniem modeli procesów technologicznych opartych o równania opisujące podstawowe zjawiska fizyczne: typy równań, przykłady (2). Podstawowe modele matematyczne procesów technologicznych. Metody odwzorowania równań matematycznych w postać numeryczną - dyskretyzacja równań, dobór warunków brzegowych i początkowych (2). Tworzenie operatorów różnicowych dla prostych rozwiązań metodą różnic skończonych (2). Dyskretyzacja prostych zagadnień fizycznych metodą elementów skończonych - podział rozpatrywanego obszaru na elementy (2). Optymalne struktury przechowywania danych, numeryczne całkowanie i różniczkowanie, wydajne metody rozwiązywania układów równań, problem zbieżności, dokładności i czasu obliczeń. Analiza algorytmów pod kątem wykorzystania modeli obliczeń równoległych (2). Kryteria doboru architektury oraz technik dekompozycji obszaru obliczeniowego (1). Przegląd narzędzi programowania równoległego na maszynach z pamięcią wspólną i rozproszoną (2).Wybór algorytmów równoległych i sposoby ich implementacji (2). Techniki obróbki wyników oraz przygotowanie struktur danych do post-processingu. Techniki kreślenia siatek strukturalnych i niestrukturalnych (2). Transformacje geometryczne obiektów sceny (1). Techniki wyznaczania wartości izometrycznych siatki oraz sposoby kreślenia izolinii (2). Pre-processing, wymagania systemu numerycznego, post-processing (2). Interfejs graficzny, moduł zarządzania złożoną strukturą danych, moduł numeryczny, moduł wizualizacji wyników (2). Praca z zadaniami cząstkowymi (2). Tworzenie podstaw graficznego interfejsu użytkownika (2). Tworzenie systemu analizy wyników i ich wizualizacji graficznej (2). Wykonanie dokumentacji użytkowej i implementacyjnej (1). Implementacja interfejsu i modułu graficznego (2). Testowanie i ocena wydajności systemu (1).

Semestr II - 30 godz.

Celem zajęć laboratoryjnych będzie wspólne opracowanie systemu symulacyjnego wyposażonego w graficzny interfejs użytkownika umożliwiający wizualizację uzyskanych wyników. Zadanie zostanie wykonane w następujących etapach:
a. Opracowanie modelu matematycznego. Będzie to jeden z modeli opartych o wariacyjne rozwiązania równań przewodzenia ciepła, przepływu laminarnego, dyfuzji lub wariacyjne sformułowanie problemu odkształcania ciał stałych (2).
b. Dyskretyzacja opracowanego modelu matematycznego zgodna z metodą elementów skończonych bądź różnic skończonych (2).
c. Wykonanie analizy wymagań klienta dla konkretnego przypadku i zapisanie jej w formie tekstowej (np. scenariusze przypadków użycia), opracowanie diagramów obrazujących budowę i działanie systemu (4).
d. Stworzenie diagramu przypadków użycia na podstawie scenariuszy, opracowanie diagramu klas, zbudowanie diagramów sekwencji oraz wygenerowanie diagramu współpracy. Wykonanie diagramu aktywności (2).
e. Określenie warunków brzegowych oraz parametrów materiałowych w oparciu o specyfikację wymagań klienta - uzupełnienie modelu numerycznego opartego o metodę wariacyjną (2).
f. Opracowanie algorytmu optymalizacji parametrów modelu matematycznego dla modelu sekwencyjnego (2).
g. Wykorzystanie modelu obliczeń równoległych OpenMP lub MPI do przyspieszania rozwiązania (4).
h. Implementacja algorytmu opartego o metodę elementów skończonych (MES) na postawie stworzonych diagramów UML w postaci kodu w językach: Fortran i C++. Opracowanie generatora sieci MES. Budowa dynamicznych bibliotek (pliki .dll) pozwalających na łączenie kodu napisanego w różnych językach (4).
i. Stworzenie interfejsu graficznego pozwalającego na wprowadzanie danych wejściowych oraz wizualizację otrzymanych wyników. Wykorzystanie silników bazodanowych do zarządzania projektami, jak również do przechowywania wyników obliczeń (3).
j. Wykonanie aplikacji post-processingu pozwalającej na wizualizację otrzymanych wyników obliczeń w celu ich interpretacji z wykorzystaniem biblioteki graficznej OpenGL (3).
k. Wykonanie przykładowego projektu z wykorzystaniem opracowanego systemu wspomagania (2)

01. Gelfand I. M., Fomin S. W., Rachunek wariacyjny, PWN, Warszawa 1972.
02. Staniszewski B., Termodynamika, PWN, Warszawa 1969
03. Szargut J., Termodynamika techniczna, PWN, Warszawa 1991
04. Longa W., Krzepnięcie odlewów, Śląsk, Katowice 1985.
05. Kleiber M. Komputerowe metody mechaniki ciał stałych, PWN, Warszawa 1995
06. Zienkiewicz O.C., Metoda elementów skończonych, PWN, Warszawa 1973
07. Fortuna Z., Macukow B., Wąsowski J, Metody numeryczne, WNT, Warszawa 1982
08. Jankowski. M., Elementy grafiki komputerowej,
09. Zabrodzki J., editor. Grafika komputerowa,
10. Ian O. Angell, Wprowadzenie do grafiki komputerowej,
11. Pavlidis T., Grafika i przetwarzanie obrazów. Algorytmy,
12. I.D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner, Wprowadzenie do grafiki komputerowej,
13. Karboński a., Obliczenia równoległe i rozproszone., Warszawa 2001.
14. Coulouris G., Dollimore J., Kindberg T., Systemy rozproszone, podstawy i projektowanie, WNT, Warszawa, 1998.