ED160029 Grundlagen der Digitalisierung und Informationsverarbeitung im Maschinenbau (IT 1 und 2)

Die Informationstechnik ist Innovationstreiber in nahezu allen technischen Disziplinen und besonders für den Betrieb und die Entwicklung von mechatronischen Produktionsanlagen und Produkten essentiell. Die Lehrveranstaltung gliedert sich in einen Grundlagen- und ein Programmierteil. Im WiSe werden hierbei die Grundlagen der Informationstechnik, bestehend aus den Bereichen Rechnerarchitektur, Betriebssysteme, Programmiersprachen und Modellierung behandelt. Die Kapitel im WiSe sind wie folgt:
1. Informationstechnik
2. Digitaltechnik
3. Rechnerarchitektur und -kommunikation
4. Echtzeitprogrammierung
5. Betriebssysteme
6. Programmiersprachen für Echtzeitsysteme
7. Automaten
8. Anforderungsermittlung, Modellierung und Strukturierte Analyse
9. Ausblick und Zusammenfassung

Im SoSe werden den Studierenden die Grundlagen der Hochsprache C vermittelt. Durch eine interaktive Zentralübung, in der die Studierenden mittels der E-Learning-Umgebung Moodle die Aufgabenerstellung nachvollziehen können sowie Heimarbeiten zur Nachbereitung, wird das Grundkonzept der strukturierten Programmierung gelehrt. Der Stoff erstreckt sich dabei über folgende Gebiete:
1. Einführung und Grundlagen
2. Kontrollstrukturen
3. Zeiger, Funktionen und erweiterte Datentypen
4. Dynamische Datenstrukturen
5. Anwendungsbeispiele im Ingenieurswesen
6. Einführung in die Objektorientierung

Nach dem Wintersemester werden von den Studierenden Grundlagen und Systemmodelle der Elektrotechnik und Informatik, sowie deren domänenübergreifender Zusammenhang mit Problemen des Maschinen- und Anlagenbaus gekannt und verstanden.
Die Studierenden können Methoden der Digitaltechnik (z. B. Bool'sche Algebra, Leitungscodes) zur Beschreibung informationstechnischer Probleme und Schaltungsnetzwerke verstehen und anwenden.
Mittels geeigneter Werkzeuge können digitale Schaltungen und Methoden der Informationsübertragung analysiert, minimiert und weiterhin problemorientiert neue Schaltnetze entworfen werden.
Die Architektur von Rechnern und Prozessoren zur Verarbeitung von Informationen wird verstanden und deren Funktionsweise/Ablauf kann aufgrund von gegebenen Schaltungen analysiert und die Resultate bewertet werden.
Weiterhin sind die Studierenden in der Lage, Echtzeitsysteme hinsichtlich Scheduling-Verfahren zu analysieren und für vorgegebene Steuerungsprobleme zu bestimmen.
Die Studierenden können Methoden des Software-Engineerings in Form von Modellierung und Notationen (UML) für die Struktur, sowie das Verhalten von Softwareprogrammen klassifizieren und für gegebene Aufgabenstellungen anwenden bzw. entsprechende Modelle zur Problembeschreibung entwickeln.
Das Erstellen von Softwareprogrammen in der Programmiersprache C in einer für Software-Ingenieure üblichen Arbeitsumgebung ist das Lernergebnis des Sommersemesters.
Dazu gehört ferner das Erinnern, Verstehen und Anwenden der Syntax und nachgelagert bei der iterativen Fehlersuche die Benutzung von Analyse-Werkzeugen (Debugger). Die Teilnehmer können aufgrund einer Aufgabenbeschreibung den zugehörigen Programmcode in C entwerfen.
Komplexe algorithmische Problemstellungen (z.B. Suchalgorithmen) oder Steuerungsprobleme werden in ihren geeigneten Darstellungsformen (Ablaufplan, Zustandsdiagramme) verstanden und können bei der Codegenese implementiert werden.

keine Angabe

Im WiSe werden durch Vortrag und Präsentation die theoretischen Zusammenhänge erläutert und Fallstudien anhand von praktischen Beispielen vorgestellt. Die Übung ermöglicht das Vertiefen der praktischen Inhalte in Form einer Präsentation.
Im SoSe wird eine Zentralübung mit Blended Learning angeboten, indem das E-Learning-Portal Moodle direkt zur Programmierung bzw. Bearbeitung von Übungsaufgaben mit dem Übungsleiter verwendet wird. Die Heimarbeiten und Testate bilden im WiSe und SoSe einen begleitenden Praktikumsanteil, welcher durch die Übungsleistungen geprüft wird und in Einzelarbeit umgesetzt wird. Die enthaltene Anlageninbetriebnahme ist hierbei ein experimenteller Laborteil, welcher wie die Testate in begrenzter Zeit, jedoch in Gruppenarbeit durchgeführt wird und welcher anhand von Experimenten im Hörsaal vorbereitend erläutert wird. Die Teilnehmer müssen dabei ihre Anlage für die Interaktion mit benachbarten Anlagen anpassen.
Weiterhin werden in beiden Semestern Tutorübungen zur Einzel- und Gruppenarbeit mit Moodle und unterstützt durch Tutoren angeboten.
Die erlernten Programmiermethoden werden im Laborpraktikum an einer Schulungsanlage mittels Durchführung einer Inbetriebnahme umgesetzt. Hierbei wird anhand einer Aufgabenstellung ein Lösungscode entwickelt, welcher eine geforderte Produktionsaufgabe umsetzt.
Damit sollen dies Studierenden beispielsweise lernen, Echtzeitsysteme hinsichtlich Scheduling-Verfahren zu analysieren und für vorgegebene Steuerungsprobleme zu bestimmen und Methoden des Software-Engineerings in Form von Modellierung und Notationen (SA/RT, State-Chart) für die Struktur, sowie das Verhalten von Softwareprogrammen zu klassifizieren und für gegebene Aufgabenstellungen anzuwenden bzw. entsprechende Modelle zur Problembeschreibung entwickeln. Weiterhin lernen sie komplexe algorithmische Problemstellungen (z.B. Suchalgorithmen) oder Steuerungsprobleme in ihren geeigneten Darstellungsformen (Ablaufplan, Zustandsdiagramme) zu verstehen diese bei der Codegenese zu implementieren.

Der Vorlesungsstoff wird in Form von Folien, industriellen Praxisbeispielen und ersten Anwendungsübungen vorgestellt. Es wird ein begleitendes Skript über die Fachschaft und zum Download in Moodle angeboten. Weiterhin werden zu ausgewählten Themen Kurzvideos zur Veranschaulichung gezeigt und erläutert. Zusätzlich findet eine Live-Evaluation statt, welche ein Feedback über das Verständnis unmittelbar an den Dozenten ermöglicht. In den zugehörigen Übungen werden Aufgaben vorgerechnet und für die Programmerstellung in C gemeinsam im Hörsaal mit den Studenten im E-Learning-Portal Moodle programmiert. Aufgabensammlungen stehen im Skript sowie im E-Learning-Portal zur Vorbereitung auf die Testate sowie Vorlesung und Zentralübung zur Verfügung.

- Paul Levi Ulrich Rembold: Einführung in die Informatik für Naturwissenschaftler und Ingenieure, Hanser Verlag
(für WiSe/Kapitel 1)
- Wolfgang Merzenich, Hans Ch. Zeidler: Informatik für Ingenieure - Eine Einführung, Teubner Verlag (für WiSe/Kapitel 2 und 3)
- Rudolf Lauber, Peter Göhner: Prozessautomatisierung 1, Springer Verlag (für WiSe/Kapitel 5)
- Hartmut Ernst, Grundkurs Informatik, Vieweg Verlag
(für WiSe/Kapitel 7)
- Martina Seidl, Marion Scholz (ehem. Brandsteidl), Christian Huemer, Gerti Kappel. UML@Classroom, dpunkt.verlag, 2012.
- Helmut Erlenkötter: C: Programmieren von Anfang an, Rororo-Verlag, (SoSe)
- Robert Klima, Siegfried Selberherr: Programmieren in C , Springer Verlag, (SoSe)
- K. Centmayer et. al. Programmieren in C, Quelloffenes Buch, Als Skript über FSMB bzw. Download in Moodle beziehbar (SoSe)

Die Modulprüfung erfolgt in Form einer schriftlichen Klausur (Prüfungsleistung, 120 min, regulär am Ende des SoSe, Wiederholungsmöglichkeit zum Ende des WiSe) und zwei Übungsleistungen (eine semesterbegleitende Studienleistung im WiSe, eine semesterbegleitende Studienleistung im SoSe). Das Modul ist bestanden, wenn die Klausur und die Übungsleistungen bestanden sind. Die Modulnote entspricht der Note der schriftlichen Klausur.
Die Aufteilung in mehrere Teilleistungen ist notwendig, um die Lernergebnisse in ihrer Gesamtheit und bzgl. ihres jeweiligen Kompetenzniveaus zu überprüfen:
- Mit der schriftlichen Klausur wird in begrenzter Zeit und mit begrenzten Hilfsmitteln das Fach- und Methodenwissens überprüft.
- Die Übungsleistungen dienen dazu, die Fertigkeiten (praktische Umsetzung, Anwendung und Nutzung des Fach- und Methodenwissens) kontinuierlich inkl. Lernfortschritt zu überprüfen.
Damit wird sichergestellt, dass die Lernergebnisse auch außerhalb klassischer Prüfungsformate
- in realitätsnaher Team- und Gruppenarbeit
- in der praxisrelevanten Entwicklung von Lösungsansätzen
- in der anwendungsorientierten Ableitung fundierter Urteile
- in der situationsbezogenen Bewertung von Informationen
- in der konkreten Durchführung von Projekten
wie später im beruflichen Handeln, nachgewiesen werden können. So werden neben den Aspekten des Einsatzes und der Anwendung von Wissen auch kommunikative und kooperative Kompetenzen (wie z. B. methodisch fundierte Argumentation, Formulieren sachbezogener Problemlösungen, Berücksichtigen anderer Sichtweisen) geschult.
In der schriftlichen Klausur (es sind - bis auf das Schreibwerkzeug - keine Hilfsmittel erlaubt) wird beispielsweise überprüft, ob die Studierenden gegebene digitale Schaltungen analysieren und beurteilen sowie neu entwerfen können. Im Bereich der Echtzeitsysteme zeigen sie, ob sie das Verhalten von Rechnerarchitekturen und Scheduling-Verfahren analysieren und deren Arbeitsschritte charakterisieren und darauffolgend in Form von Lösungsgraphen illustrieren können. Weiterhin wird - ausgehend von Praxisaufgaben – überprüft, ob sie Steuerungsprobleme analysieren und modellieren können und ob deren Transfer in Programmcode gelingt. Anhand von anwendungsorientierten Problemen wird überprüft, ob sie geeignete Befehle zur Codegenese implementieren können und vorgegebene Modelle von Algorithmen (z.B. Sortierverfahren) mit dem Wissen über die zugehörige Syntax in Programmcode transferieren können.
Die Übungsleistung im WiSe (3 Testate jeweils 20 Minuten: Multiple-Choice, Berechnungs- und graphischen Modellierungsaufgaben am Rechner) ist bestanden, wenn in den Testaten in Summe 60% der insgesamt erreichbaren Punkte erzielt werden.
Damit z. B. die Analyse von Echtzeitsystemen hinsichtlich Scheduling-Verfahren und deren Bestimmung für vorgegebene Steuerungsprobleme und die Anwendung von Methoden des Software-Engineerings in Form von Modellierung und Notationen (UML) für die Struktur überprüft.
Die Übungsleistung im SoSe (3 Testate jeweils 24 Minuten: Multiple-Choice, Berechnungs- und graphische Modellierungsaufgaben, Programmieraufgaben sowie ein Anlagenpraktikum mit 10-minütiges Eingangstestat und 4-stündiger Programmierblock an realer Anlagenhardware) ist bestanden, wenn in Testaten und Anlagenpraktikum in Summe 60% der insgesamt erreichbaren Punkte erzielt werden. Damit wird überprüft, ob die Studierenden Softwareprogramme in der Programmiersprache C in einer für Software-Ingenieure üblichen Arbeitsumgebung erstellen können und ihre Fähigkeit, anhand einer Aufgabenstellung einen Lösungscode zu entwickeln, welcher eine geforderte Produktionsaufgabe umsetzt (z. B., Entwurf komplexer algorithmischer Problemstellungen (z. B. Suchalgorithmen) oder Steuerungsprobleme in ihren geeigneten Darstellungsformen (Ablaufplan, Zustandsdiagramme) und deren Implementierung bei der Codegenese.

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im folgenden Semester angeboten.