Grant Fondu rozvoje vysokých škol pro rok 2006 – č. j. 805/2006:
Železniční software – – inovace předmětu pro magisterské studium Závěrečná zpráva Řešitel:
Ing. Lukáš Týfa, Ph.D.
Spoluřešitel: Ing. Tomáš Fliegel, Ph.D. Rozpočet:
91 tis. Kč
Úvod Netradiční název Železniční software (ve zkratce ZSF) nese povinný předmět vyučovaný pro studenty prezenčního studia na ČVUT v Praze Fakultě dopravní. (Studenti si mohou podle svého zaměření zvolit mezi předměty Silniční software a Železniční software.) V akademickém roce 2005/2006 doběhla výuka tohoto předmětu pro studenty prezenční formy magisterského studia (doporučených pět a půl roku studia) oboru Dopravní infrastruktura v území. Od akademického roku 2004/2005 probíhá paralelně výuka tohoto předmětu v rámci nově vytvořeného strukturovaného studia pro navazující magisterské studium (doporučené dva roky studia) oboru Dopravní systémy a technika. Při výuce předmětu ZSF v jedenáctisemestrovém magisterském studiu se vycházelo zejména z potřeby naučit studenty základy technického kreslení nástroji na podporu konstruování na počítači (CAD), což je nezbytností při jejich budoucím uplatnění při projektování a údržbě infrastruktury kolejové dopravy. Proto obsah předmětu vyplňovalo výhradně zvládnutí ovládání programu AutoCAD s následným seznámením s jeho nadstavbou, kterou je aplikace RailCAD, usnadňující vypracování kompletní výkresové dokumentace projektu drah (situace, podélné a příčné řezy, vytyčovací schémata zhlaví atd.). V důsledku zařazení předmětu ZSF do studijního plánu navazujícího dvouletého magisterského studia bylo nutné výrazně přepracovat jeho náplň a zaměření. Za těchto okolností se totiž u studentů již předpokládá základní znalost práce s AutoCADem z předchozího studia, a tak je žádoucí předvést studentům širší využití výpočetní techniky při práci v oblasti kolejové dopravy, a to s důrazem na železniční infrastrukturu. Z tohoto důvodu byla podána v rámci Fondu rozvoje vysokých škol (FRVŠ) na jaře roku 2005 na inovaci předmětu ZSF žádost o grant. Finanční prostředky získaného grantu na rok 2006 s celkovým rozpočtem (včetně příspěvku vysoké školy) 91 tis. Kč byly určeny především na nákup nového softwaru.
-1-
Cíle řešení V důsledku inovace osnovy předmětu ZSF je studentům umožněno, aby si prohlubovali dovednosti při technickém kreslení na počítači, a to zvláště v trojrozměrném prostoru (3D). Dále jsou studentům předloženy různé možnosti publikování výsledků jejich práce v AutoCADu na internetu nebo z jakékoli aplikace převodem do formátu PDF, jehož zásadní výhodou je možnost zobrazovat soubor v tomto formátu na jakémkoli počítači na světě (prohlížeč souborů tohoto formátu – Adobe Acrobat Reader – je freewarem) a skutečnost, že se vzhled souboru nezmění nastavením softwaru. Rovněž je studentům ukázáno využití maker a některých programovacích jazyků (Visual Basic) se zaměřením na AutoCAD. Důraz je však kladen na důkladné zvládnutí práce v RailCADu. Oproti původní náplni je do předmětu ZSF navíc zařazena práce s programem DYNAMIKA, který umožňuje především vykreslení rychlostního grafu a výpočet jízdních dob zadaného modelového vlaku při průjezdu určitým úsekem nové nebo stávající trati. V neposlední řadě je studentům kompletně předvedena off-line verze elektronického jízdního řádu veřejné hromadné dopravy (IDOS), obzvláště tiskové sestavy a nastavení parametrů hledaného spojení. Rovněž jsou studentům představeny možnosti elektronické železniční mapy Evropy RailMap, která umožňuje nalezení optimálního dopravního spojení na evropské železniční síti, výpočet tarifu vozových zásilek, určení délky trasy jízdy nákladního vlaku a získání veškerých informací o místech nakládky a vykládky vozů. Nová osnova předmětu ZSF je zobrazena v příloze č. 2 této zprávy.
Postup a způsob řešení Cíle řešeného projektu bylo dosaženo nakoupením odpovídajícího softwaru, kterým nebyla fakulta vybavena (Adobe Acrobat Professional, DYNAMIKA, IDOS, RailMap) a pořízením odpovídající odborné literatury, z níž byl zpracováván výklad na cvičeních, zadání semestrální práce a podklady ke studiu, které jsou k dispozici na internetové stránce předmětu. Vyučování předmětu ZSF probíhá formou výkladu pedagoga, individuálních konzultací a samostatné práce studentů na semestrální práci. Výuka se uskutečňuje v učebně určené nejvýše pro třináct studentů, přičemž každý z nich má k dispozici počítač s kompletním softwarovým vybavením (vyjma programu RailMap, který je z finančních důvodů zakoupen pouze ve dvou licencích). Přesná kopie monitoru tzv. učitelského počítače, na němž vyučující předvádí práci v jednotlivých aplikacích, je v reálném čase přenášena digitálním projektorem na dotykovou tabuli v učebně. V případě potřeby je možné tuto tabuli přepnout do režimu ovládání počítače speciálním ukazovátkem přímo na ploše tabule. Předmět ZSF je zakončen klasifikovaným zápočtem. Jeho udělení je podmíněno vypracováním a následným schválením semestrální práce, která se skládá ze tří příkladů. Cílem prvního příkladu je při zadaných parametrech vykreslit návrh dopravního schématu přípojné železniční stanice v počítačovém programu AutoCAD. Zadání příkladu číslo dva se liší podle toho, zda student má, nebo nemá ve stejném semestru zapsán předmět Městská kolejová doprava (MKD). Může totiž část své semestrální práce na předmět MKD použít jako druhý příklad na předmět ZSF za podmínky, že zjednodušený projekt kolejového rozvětvení nebo obratiště tramvajové tratě zpracuje v AutoCADu, resp. RailCADu. Tímto způsobem se šetří čas studentů, aniž by se snížil efekt semestrální práce – zvládnutí probírané látky. Kdo ze studentů předmět MKD zapsán nemá, naváže v druhém příkladu na zadaní příkladu prvního a vypracuje část vytyčovacího schématu zhlaví stanice z příkladu č. 1. Úkolem příkladu číslo tři je zpracovat zjednodušenou výkresovou dokumentaci novostavby dvoukolejné železniční tratě. Každý student obdrží k tomuto příkladu zaměřené body imaginárního terénu v souboru formátu TXT a dva body na tomto terénu, které musí za daných podmínek tratí spojit.
-2-
Výsledky a výstupy řešení a jejich prezentace Výsledkem řešení grantu je změněná osnova předmětu ZSF a upravený rozsah a obsah semestrální práce, která je podmínkou k udělení klasifikovaného zápočtu z tohoto předmětu. Všechny výstupy semestrální práce se odevzdávají v digitální podobě, a to jak ve formátu programu AutoCAD (DWG), tak vyexportované do formátu PDF; pouze jedna příloha se tiskne na papír. Tímto způsobem se sníží finanční náklady studentů na tisk a navíc si studenti procvičí převod do formátu PDF. Upřesněné podmínky zadání semestrální práce předmětu ZSF jsou pro každého studenta zcela originální (např. počet kolejí ve stanici) a byly zpracovány jako dvoustránkový dokument nástroji hromadné korespondence v aplikaci MS Word s daty vygenerovanými náhodně v aplikaci MS Excel (příklad první strany zadání je možné shlédnout na obr. 1 v příloze č. 1 této zprávy). Stejně tak soubory se souřadnicemi terénu pro příklad číslo tři jsou jedinečné – byly získány programem vytvořeným programovacím jazykem Visual Basic. Výstupem grantu FRVŠ pro předmět ZSF jsou internetové stránky tohoto předmětu v rámci stránek fakulty, na něž odkazují osobní webové stránky řešitele grantu. Tyto statické stránky zpracované v jazyce HTML s použitím kaskádových stylů (CSS) poskytují studentům veškeré informace o předmětu ZSF. Studenti na nich mohou nalézt harmonogram výuky, informace o grantu, kontakty na vyučující. Jádro obsahu těchto stránek tvoří tabulka se zadáním a vypracováním semestrálních prací (výřez tabulky je uveden na obr. 2 v příloze č. 1 této zprávy) – obsahuje seznam zapsaných studentů, čísla jejich zadání, vlastní zadání, možnost stažení souborů s body terénu k příkladu číslo tři a zároveň odkazy na jednotlivé vypracované příklady semestrální práce. Názvy souborů vypracovaných úloh semestrální práce s odkazy na ně vkládá řešitel – zodpovědný učitel předmětu do tabulky po schválení příslušné části práce. V závěru internetových stránek předmětu ZSF jsou k dispozici ke stažení soubory, které obsahují od vyučujících napsané heslovité přehledy (sylaby) a poznámky k jednotlivým probíraným tématům. Stejně tak je možné si zde stáhnout manuály k některým aplikacím. Koncepce stránek předmětu ZSF je pojatá tak, aby jednak student při samostudiu a zpracování semestrální práce tohoto předmětu mohl pracovat na jakémkoli počítači napojeném na internet a vybaveném odpovídajícím softwarem (např. v jiné učebně fakulty) bez dalších materiálů, a jednak tak, aby přehledně na jednom místě byly k dispozici výsledky semestrálních prací. Všechny materiály určené k prohlížení na počítači jsou stahovány ve formátu PDF, takže je možné otevřít tyto soubory v podstatě na kterémkoli počítači na světě. Oproti schválenému projektu grantu byl průběh jeho řešení navíc prezentován na konferenci Pedagogický software 2006 v červnu letošního roku v Českých Budějovicích v příspěvku: TÝFA, Lukáš. Předmět Železniční software na ČVUT v Praze Fakultě dopravní. In Pedagogický software 2006. České Budějovice, 07.-08.06.2006. ISBN 80-85645-56-4.
Finanční prostředky v grantu Rozpočet grantu po schválené změně (viz dále) s rozklíčováním jednotlivých položek je uveden v příloze č. 3 této zprávy. Při čerpání finanční podpory grantu nebyly požadovány kapitálové prostředky. Flash-disk s rozhraním USB a média DVD-R byly určeny na přenos dat a jejich zálohování (zadání semestrálních prací a jejich vypracování, internetové stránky, podklady pro výklad na hodinách předmětu ZSF). Jako příručky specifikované v rozpočtu byly zakoupeny následující dvě knihy: FINKELSTEIN, Ellen. Mistrovství v AutoCADu pro verze 2004 až 2006. Vydání 1. CP Books, Brno 2005. 1 057 stran + CD-ROM. ISBN 80-251-0567-9. HALVORSON, Michael. Microsoft Visual Basic 6.0 Professional.
-3-
Krok za krokem. Vydání 2. Computer Press, Brno 2003. 545 stran + CD-ROM. ISBN 80-7226-445-1. Ostatní položky byly zdůvodněny v předchozím textu.
Změny v grantu v průběhu jeho řešení V průběhu řešení grantu řešitel požádal o jednu změnu, kterou bylo jiné rozklíčování položky „Ostatní“ v rozpočtu grantu. Žádost o změnu řešení grantu byla podána Agentuře Rady vysokých škol dne 27.03.2006 pod č. j. Z532/805/2006 fondu. Jelikož se jednalo pouze o změnu rozklíčování jedné položky rozpočtu bez požadavku na její navýšení nebo přesun finančních prostředků mezi jednotlivými položkami rozpočtu, byla žádost schválena Ing. Janou Kalikovou, Ph.D., proděkankou pro rozvoj a výstavbu fakulty. Žádost o změnu v průběhu řešení grantu a vyjádření o jejím schválení jsou uvedeny v příloze č. 4 této zprávy.
Závěr Cílem přepracovaného obsahu předmětu ZSF je v souladu se změnou jeho zařazení ve strukturovaném studiu na ČVUT v Praze Fakultě dopravní jednak reagovat na znalosti studentů, které získávají v předchozím stupni studia, a jednak rozšířit jejich schopnosti využívat moderních softwarových aplikací při práci v různých oblastech kolejové dopravy. Náplň předmětu byla proto přizpůsobena požadavkům praxe se širokým obsahovým záběrem (projektování železniční infrastruktury, provoz a komerční činnost na železnici). K inovaci předmětu výrazně přispěl grant FRVŠ, a to zvláště pořízením nových počítačových aplikací.
V Praze dne 20.12.2006
Ing. Lukáš Týfa, Ph.D. řešitel grantu
Přílohy: Příloha č. 1 – Příklad první strany zadání semestrální práce + výřez tabulky s odkazy na zadání a vypracování semestrálních prací internetových stránek předmětu Příloha č. 2 – Osnova předmětu Železniční software po jeho inovaci Příloha č. 3 – Konečný rozpočet grantu s rozklíčováním jednotlivých položek Příloha č. 4 – Žádost o změnu řešení grantu a vyjádření o jejím schválení
-4-
Příloha č. 1
obr. 1 – příklad první stránky zadání semestrální práce (číslo zadání 4)
obr. 2 – výřez internetové stránky předmětu ZSF s tabulkou zadání a vypracování semestrálních prací
Příloha č. 2
Železniční software – osnova předmětu 1. týden 2. týden 3. týden
4. týden 5. týden 6. týden 7. týden 8. týden 9. týden 10. týden 11. týden 12. týden 13. týden 14. týden
Úvod. Osnova předmětu. Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu. Zadání semestrální práce. Druhy softwaru používaného při projektování a provozu železničních tratí a dopraven. Programy na podporu konstruování – CADy. AutoCAD – možnosti programu; zopakování nastavení programu a základní práce s ním; kreslení a modifikace entit. AutoCAD – Další možnosti kreslení a modifikací entit. Souřadný systém. Vkládání objektů a externích referencí. Pracovní a výkresový prostor. Tisk. Využití tisku do formátu PDF pomocí programu Adobe Acrobat. Další nástroje programu. AutoCAD – Operace ve 3D: Kreslení a modifikace entit. 3D-pohledy. AutoCAD – Operace ve 3D: Stínování, rendrování, 3D-modely. RailCAD – Představení nadstavby AutoCADu. Možnosti programu a jeho nastavení. Uchopovací režimy. RailCAD – Vkládání bodů a model terénu. RailCAD – Vytváření směrového řešení trasy trati (entita „oblouk“ a „osa“). Vkládání výhybek. RailCAD – Podélný řez. RailCAD – Příčné řezy. Tvorba maker v AutoCADu, programování ve Visual Basicu. Program DYNAMIKA – vkládání údajů o trati, výstup ve formě rychlostního grafu, výběr a zadávání parametrů vlaku – trakční charakteristika. Off-line verze jízdního řádu (IDOS) – parametry hledání, tiskové výstupy. Elektronická železniční mapa Evropy RailMap – možnosti vyhledávání. Udělování klasifikovaných zápočtů.
Příloha č. 3
Rozpočet grantu
Popis Běžné náklady Odměny za řešení projektu Stipendium MŠMT - řešitel Stipendium MŠMT - spoluřešitel Stipendia Ostatní osobní náklady Služby Cestovné zahraničí Ostatní celkem Rozklíčování položky "Ostatní": zdravotní a sociální pojištění flash-disk 1024 MB USB 2.0 DVD-R - 4,7 GB - 25 ks kancelářské potřeby software Dynamika data hnacích vozidel k aplikaci Dynamika software elektronická žel. mapa RailMap aktualizace RailMap na rok 2006 software Adobe Acrobat 7.0 Professional CZ software IDOS (off-line verze) příručka AutoCAD příručka Visual Basic celkem
Dotace z FRVŠ [tis. Kč] 4 0 0 0 0 0 0 69
[Kč] 1 750 1 760 330 1 340 15 000 10 000 32 150 7 140 15 036 60 990 447 86 003
Příspěvek VŠ [tis. Kč] 1 0 0 0 0 0 0 17
Celkem [tis. Kč] 5 0 0 0 0 0 0 86 91
Příloha č. 4
-1-
Příloha č. 4
-2-
