UIS (CMMRaPI časť)

Výučbové modely CMMRaPI:
http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/modely/modely.php
Infraštruktúra:
http://kyb.fei.tuke.sk/laboratoria/infdsr.php
Výskum:
http://matlab.fei.tuke.sk/akreditacia/vyskum.html

Predmety zabezpečované CMMRaPI (výučbový portál):
http://matlab.fei.tuke.sk/
Štruktúra a nadväznosti:
http://matlab.fei.tuke.sk/akreditacia/predmety.html

Predmety poskytované centrom k 2020/21:
Priemyselná informatika v aplikáciách (predtým Základy automatického riadenia): http://matlab.fei.tuke.sk/zar/
Simulačné systémy: http://matlab.fei.tuke.sk/ss/
Snímače a akčné členy (Prvky riadiacich systémov): http://matlab.fei.tuke.sk/prs/
Matematické metódy v priemyselnej informatike I a II (Optimálne riadenie hybridných systémov): http://matlab.fei.tuke.sk/orhs/
Počítačové systémy v riadení: http://matlab.fei.tuke.sk/psvr/
Vnorené systémy
Matematika pre inteligentné systémy
Hybridné systémy
Simulačné systémy v mobilnej robotike
Riadenie a umelá inteligencia: http://matlab.fei.tuke.sk/raui_new/
Distribuované systémy riadenia: http://matlab.fei.tuke.sk/dsr/
Manažérske informačné systémy: http://matlab.fei.tuke.sk/mis/

Spolupráca s CERNom (TUKE a ALICE experiment)
http://alice-cern.fei.tuke.sk/
Konferencia Academia-Industry Matching Event on the Mutual Impact of Industry 4.0 and High-Energy Physics
https://indico.cern.ch/event/654636/timetable/?view=standard

Príklady pohľadov na Industry 4.0:
Ministerstvo hospodárstva SR:
https://indico.cern.ch/event/654636/contributions/2796155/attachments/1617376/2571119/MinistryOfEconomySK.pdf
CERN:
https://indico.cern.ch/event/654636/contributions/2930209/attachments/1617405/2571172/IndustrialControlCERN.pdf
Siemens:
https://indico.cern.ch/event/654636/contributions/2808424/attachments/1617814/2572052/Filka_01_DF_DES_ExtendedVersion_1080p_EN.pdf
VUT Brno:
https://indico.cern.ch/event/654636/contributions/2930214/attachments/1718798/2773852/Industry4_CEITEC_Zalud.pdf
........

Dôležité pojmy spájané s Industry 4.0 (brainstorming):
riadiace systémy, distribuované systémy riadenia, riadiaca pyramída, počítačovo riadená výroba, kyber-fyzikálne systémy, (priemyselný) internet vecí, (pokročilé) riadenie procesov...
SCADA, PLC, snímače/akčné členy, sieťové technológie...
získavanie/spracovanie, ukladanie/analýza/distribúcia, archivácia/vizualizácia dát...
robotika (mobilné roboty/manipulátory...), robotizácia...
digitalizácia, automatizácia...
modelovanie, simulácia, optimalizácia, digitálne dvojča...
technológie spracovania veľkých dát, prediktívna analytika, cloud computing...
umelá inteligencia, strojové učenie, - machine learning, virtuálna továreň...
kyberbezpečnosť...

MATLAB/Simulink:
https://www.mathworks.com/
Stiahnutie a inštalácia (zadarmo - nutné prihlásiť sa cez školský mail):
https://www.mathworks.com/downloads/web_downloads/
Online kurzy (taktiež nutné prihlásiť sa cez školský mail):
https://matlabacademy.mathworks.com/

Odporúčaná postupnosť vypracovania kurzov:
*MATLAB Onramp
*MATLAB Fundamentals
*MATLAB for Data Processing and Visualization
*MATLAB Programming Techniques
*Introduction to Symbolic Math with MATLAB
*Introduction to Linear Algebra with MATLAB
Solving Ordinary Differential Equations with MATLAB (Mat2 – 2. ročník ZS)
Simulink Onramp (Mat2)
Solving Nonlinear Equations with MATLAB (NMPaMŠ – 2. ročník LS)
Introduction to Statistical Methods with MATLAB (NMPaMŠ)
Machine Learning with MATLAB (NMPaMŠ)
...
pozn. všetky kurzy sú ukončené certifikátom s Vaším menom, ktorý potvrdzuje jeho absolvovanie;
kurzy označené HVIEZDIČKOU je nutné absolvovať, pri ostatných je vypracovanie dobrovoľné (zátvorka uvádza predmet, ktorý je vhodné mať už za sebou)

Dokumentácia:
https://www.mathworks.com/help/
Demonštračné príklady:
https://www.mathworks.com/help/examples.html
File Exchange:
https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/

Náplň úvodnej časti semestra (1.-4. týždeň)
pravidelné meetingy v utorky od 9:55 a v štvrtky od 7:30 (časy môžeme po vzájomnej dohode upraviť)
celkový dosiahnuteľný počet bodov 13b:
I. absolvovanie kurzov za účelom získania základov MATLABu a overenie nadobudnutých znalostí (4b + bonusy)
II. analýza vybraných demonštračných príkladov z rôznych toolboxov + obhajoba (5b)
III. vytvorenie vlastnej aplikácie na riešenie konkrétneho praktického problému + obhajoba (4b)
deadline samostatných úloh I-III – 4. týždeň alebo neskôr, podľa potreby
pozn.: znalosti a výsledky úloh I-III budú potrebné k skúške, takže ak to bude potrebné, možno ich vypracovať dodatočne

Základy programovania v prostredí MATLAB I. (úvod)
Command Window, vytvorenie premennej priradením hodnoty – skalár/vektor/matica
Workspace, who/whos, save/load, clear/clear all, clc
ans, i, j , eps, pi, inf, NaN...
bodkočiarka ; na potlačenie výpisu, percento % na komentáre…
format (long, short, compact...)
Command History, šípky na prechádzanie medzi príkazmi...
Current Directory, cd/dir/delete, vytvorenie skriptu/funkcie/liveskriptu...
path/pathtool...
help príkaz/knižnica, F1..., lookfor príkaz...
demo...

Základy programovania v prostredí MATLAB II. (matice)
operácie s vektormi/maticami: sčítanie/odčítanie, násobenie (aj konštantou), transpozícia,...
X1:dx:X2, linspace, logspace, ...
špeciálne matice: eye, ones, zeros, rand/randn...
maticové funkcie: sum, min/max, mean/median, diag/rot90, size/length...
riešenie systémov lineárnych algebraických rovníc (ľavé/pravé delenie + det/rank/inv...):
http://matlab.fei.tuke.sk/ss/doc/MATLAB-Systemy-Linearnych-Rovnic.pdf
operácie po prvkoch: .+, .-, .*, ./, .^, …
relačné operátory: ==, ~-, >=, <=, >, <, …
logické operátory: &/&&, |/||
indexovanie matíc; find, …
práca s polynómami: roots/poly, polyval, polyder, conv/deconv, residue, polyfit
aproximácia vs. interpolácia: polyfit vs. Interp1
http://matlab.fei.tuke.sk/ss/doc/majerova/lekce9.html

Základy programovania v prostredí MATLAB III. (grafika)
figure, close (all)
2D grafika: plot (rôzne spôsoby volania)
3D grafika: plot3, meshgrid, mesh/surf, contour, meshc/surfc...
subplot, hold on/off
anotácie: xlabel/ylabel/zlabel, title, axis, xlim/ylim/zlim, legend, ...
grid on/off
https://www.mathworks.com/help/matlab/examples.html?category=graphics

Základy programovania v prostredí MATLAB IV. (funkcie)
Funkcia ako samostatný m-file:
function navratova_hodnota = nazov_funkcie (parametre)
... telo funkcie;
end
https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/function.html
Funkcia ako objekt (anonymná funkcia):
F = @(parametre) telo funkcie;
https://www.mathworks.com/help/matlab/matlab_prog/anonymous-functions.html
Funkcie funkcií: feval, fplot, fzero, quad/integral, ode45/ode23...
https://www.mathworks.com/help/matlab/math/parameterizing-functions.html

Základy programovania v prostredí MATLAB V.
(symbolické výpočty)
syms, sym...
solve...
diff...
int...
ezplot...
https://www.mathworks.com/help/symbolic/symbolic-computations-in-matlab.html
https://www.mathworks.com/help/symbolic/mathematics.html

Analýza možností prostredia MATLAB (portfólio) I:
Séria I – zhodnotenie využitia prostredia MATLAB na zrýchlenie matematických úkonov
Potrebujeme: skriptá, zošit alebo iné materiály pokrývajúce učivo predmetov Repetitórium z matematiky a Matematika I
Úlohou je nájsť aspoň jeden úplne (a správne) vyriešený príklad za každú nasledovnú oblasť
riešenie lineárnych a kvadratických rovníc
práca s polynómami (násobenie/delenie, rozklad na koreňové činitele...)
riešenie nelineárnych (goniometrických, logaritmických, ... ) rovníc
operácie s maticami (sčítanie, násobenie, transpozícia...)
výpočet determinantu/inverznej matice
riešenie sústav lineárnych algebraických rovníc
výpočet derivácie funkcie
určenie priebehu funkcie
výpočet neurčitého a určitého integrálu funkcie
a s využitím vhodného príkazu alebo demo príkladu demonštrovať postup získania rovnakého výsledku

Analýza možností prostredia MATLAB (portfólio) II:
Séria II – zhodnotenie využitia prostredia MATLAB na riešenie praktických úloh
Potrebujeme: učebnice (prioritne zahraničné) z dropboxu alebo vlastné, napr. MATLAB for Engineers (H. Moore), Experiments with MATLAB (C. Moler) a pod.
Úlohou je nájsť príklady uplatnenia všetkých uvedených princípov v rôznych vedných oblastiach (t.j. „slovnú úlohu“, ktorú možno vyriešiť iba s využitím daného matematického aparátu):
funkcia 1 premennej a jej graf
riešenie systému lineárnych algebraických rovníc
výpočet derivácie
výpočet určitého integrálu
aproximácia dát polynómom
bonus: diferenciálne rovnice, numerické metódy integrácie, funkcia 2 premenných a jej graf
a s využitím vlastnej funkcie alebo skriptu demonštrovať postup riešenia danej úlohy. Komentovať postup riešenia s využitím % a do úvodného komentára (help) uviesť (v slovenčine) vednú oblasť a zmysel výpočtu.

Analýza možností prostredia MATLAB (portfólio) III:
Séria III – analýza pokročilejších demo príkladov
Potrebujeme: oficiálny prehľad demonštračných príkladov využitia MATLABu - https://www.mathworks.com/help/examples.html alebo úložisko užívateľských aplikácií https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/
Úlohou je nájsť aspoň jedno demo, ktoré sa v nejakej aplikácii zaoberá:
kyvadlom
robotom manipulátorom
mobilným robotom
vesmírnym výskumom
spracovaním hudby
spracovaním fotografií
biológiou
neurónovými sieťami
komunikáciou s Arduinom,
a ku každému spracovať krátky report dokumentujúci Vaše zistenia po prečítaní dokumentácie, spustení demo aplikácie a vyskúšaní aspoň jednej zmeny.
Pozn. netreba sa zľaknúť, väčšina demo príkladov vychádza z vedomostí, ktoré nadobudnete počas celého štúdia. Pokúste sa pochopiť čo najviac a zapisujte si všetko, čo zistíte.

Vytvorenie vlastnej aplikácie – požiadavky:
Cieľom je v programovom prostredí MATLAB vytvoriť ucelenú softwarovú aplikáciu, ktorá poskytne programovú podporu pre riešenie konkrétneho vedeckého alebo technického problému z vybranej oblasti (fyzika – mechanika, termodynamika..., elektrotechnika, biológia, ekonómia...).
Požiadavky:
využiť vzťahy a konštanty/iné dáta prevzaté z literatúry
rozčleniť problém na podúlohy riešené v rámci vlastných funkcií
zabezpečiť hromadné spracovanie údajov (maticový vstup/výstup v rámci funkcií)
implementovať prácu so súbormi a vykresľovanie vhodných grafických závislostí
Nápady na aplikačné oblasti a konkrétne problémy možno nájsť v literatúre poskytnutej v dropbox folderi k predmetu, prípadne v dokumentácii k prostrediu MATLAB a v ďalších priebežne poskytovaných zdrojoch.