MSE 5621/zh
MSE 5621 开源科学硬件
（2020 年秋季）
- 上午 9:30 - 10:45 课程在讲座结束后直接在 TR 办公时间进行，在 Jitsi 上直播 - 请参阅课程电子邮件以获取访问权限
- 2020年8月27日 - 2020年12月11日
- 讲师：用户：JMPearce
- MTU 图书馆 3D 打印：https://www.mtu.edu/library/services/computers-and-technology/3d-printing/
- 有关 MOST Delta 3-D 打印机的帮助：https://groups.google.com/a/mtu.edu/forum/? hl=en #!forum/most-delta-users-l 然后使用电子邮件：most-delta-users-l@mtu.edu
- 对于开源 Lulzbots 3-D 打印机：https://forum.lulzbot.com/
为什么要参加这门课程？
这是一门基于项目的课程，学生将学习如何为自己的实验开发开源硬件，并通过逐步提高设计难度的作业来提升学生的技能。最后一个也是最复杂的挑战是学生自选项目，用于协助自己的研究小组，并利用借用的开源3D增材制造平台来制造设备。
为何选择 3D 打印？数据公司 Wanted Analytics 最近发布的一份报告发现，在一个月内，包括生物医学、软件和运输行业在内的各个领域的工程职位空缺中，35% 都要求求职者熟悉 3D 打印技术。[1]《福布斯》杂志解释了3D 打印为何如此重要。荷兰国际集团 (ING)预测：“到 2060 年，50% 的制成品将通过打印实现。”
为什么要选择开源？因为开源能赚更多钱，因为操作系统更有价值。最近的分析显示，关键词为“Microsoft Windows”的工作平均年薪为 6.4 万美元，而关键词为“Linux”的工作平均年薪为 9.9 万美元。[2]
为何科学界青睐开源硬件？大量研究表明，定制科学硬件能够创造巨大的价值，加速科学发展，提升设备性能，并为科学资助者带来惊人的投资回报。[3]
课程描述
本课程介绍开源硬件分布式数字化制造在科学和工程应用中的应用。该领域的最新进展极大地降低了科学设备的成本，同时实现了高质量的先进定制实验。首先，本课程将概述开源硬件及其技术发展的理论和实践，并解释许可问题。课程将重点介绍和演示免费和开源设计与制造软件的使用及其用户社区。接下来，课程将详细介绍工具本身以及开源电子设备的设计、使用和维护。课程将特别讨论开源数字化分布式制造的应用，包括：用于操作和维护设备的硬件、固件、切片、铣削和打印机控制器软件。最后，课程将讨论开源分布式数字化制造技术的材料特性、应用和影响，以及其他开源硬件制造工具的开发。然后，课程将介绍开源数字化制造技术的技术发展，重点是开发创新以提高性能和定制化程度。
这将是一门基于项目的课程，学生将学习如何为自己的实验开发开放硬件，并通过逐步提高设计难度的作业来提升学生的技能。最后一个也是最复杂的挑战将由学生自主选择，协助他们自己的研究小组，并使用开源3D增材制造平台来制造设备。
学分：3.0 先修课程。本课程面向理科或工程专业的研究生。其他领域对此主题有浓厚兴趣的学生也欢迎报读，但需具备基本的科学知识和技术能力。
必修课程材料
教材：JM Pearce，《开源实验室》（Elsevier，2014）。其他阅读材料包括课堂讲义、在线阅读以及通过电子邮件发送的PDF文件。请参阅下方超链接。
您选择的最终项目的材料。
需要的免费开源软件：OpenSCAD、FreeCAD、Blender、Lulzbot Edition Cura。
其他有用的书籍
- 构建开源硬件：面向黑客和创客的DIY制造
- 实用实验室自动化：AutoIt 让一切变得简单
- 实用的 Arduino：开源硬件的酷炫项目（技术在行动）
课程组织
本课程将以小组研讨的形式进行。学生需在课前阅读课程材料并积极参与讨论。大部分课堂时间将以翻转课堂的形式用于项目开发。每位学生将负责设计开源科学硬件，并在最终项目中构建。学生需负责在课堂上就每个子主题的项目进行简短的演示。
学习目标
- 应用增材制造 (AM) 和聚合物 3D 打印的基本原理，以及新兴材料（例如金属、陶瓷、柔性材料、纳米复合材料、生物材料）和复杂结构的基本原理。
- 应用自由和开源硬件 (FOSH) 设计、许可和文化的基本原理。
- 操作、维护和排除自复制快速原型 (RepRap) 3-D 打印机的故障。
- 操作 FOSH 3D 打印机并使用这些机器制造越来越复杂的示例零件；对生产的零件进行适当的后处理并报告零件质量的相关指标
- 开发开源 AM 的完整工作流程，包括计算设计工具、固件、软件、文件格式、刀具路径生成和特性。
- 设计开源科学硬件
- 评估分布式制造方法对特定科学设备 3D 打印的适用性
- 阐明开源 3D 打印如何适应不断发展的分布式制造基础设施的环境。
评分
| 字母等级 | 百分比 | 绩点/学分 | 等级 |
|---|---|---|---|
| 一个 | 93% 及以上 | 4.00 | 出色的 |
| AB | 88%– 92% | 3.50 | 非常好 |
| B | 82% – 87% | 3.00 | 好的 |
| 公元前 | 76%– 81% | 2.50 | 高于平均水平 |
| 碳 | 70% – 75% | 2.00 | 平均的 |
| 光盘 | 65%– 69% | 1.50 | 低于平均水平 |
| D | 60%- 64% | 1.00 | 下 |
| F | 59%及以下 | 0.00 | 失败 |
| 我 | 不完整；仅当学生因自身无法控制的情况而无法完成部分课程时才会授予。不完整成绩必须经系主任或学院院长书面批准。 | ||
| 十 | 有条件修读，不计学分绩点；仅当学生因自身原因未能完成课程的辅修部分，但教师认为无需重修该课程时才授予。学生必须在下一个学期内补修，否则成绩将不及格 (F)。(X) 等级将作为 (F) 等级计入平均绩点。 | ||
论文评分标准
- A - 准备提交同行评审
- AB - 经过细微调整和小修改后即可提交同行评审
- B - 经过一轮重大修改后，可以提交同行评审
- BC - 经过两次重大修改后即可提交同行评审
- C - 对未来工作有用的基准，但不接受不重做项目而提交
- CD - 在任何方面都只略微有用，并且遵循指示
- D - 无用但遵循指示
- F - 无用、未遵循指示、存在重大错误或不准确、不完整
评分政策
评分：成绩将根据 5 个复杂性不断增加的项目进行。
- Appropedia 用户/模板/文献评论 10%
- 儿童科学硬件项目 10%
- 最终项目
- 新颖设计：CAD/电子 20%
- 新颖的设计：演示 10% Pearce 演示评分矩阵
- 新颖的设计：文档、验证 50%
迟交的作业
每天扣10%，最多扣5个工作日，扣完即为0分。除非有病假证明，否则不予受理。缺勤项目按总分的负数平方扣分。
课程政策
小组作业要求学生行为端正、出勤率高、积极参与，并与同学合作完成。合作/抄袭规则：小组项目鼓励合作，但个人项目和考试必须独立完成。考试时允许使用计算器，但禁止使用电子通讯设备。
大学政策
学术规章制度受大学政策约束。学术不诚实案件将根据大学政策处理。如果您有残疾，且该残疾可能影响您在本课程中的表现，或需要根据《美国残疾人法案》获得便利，请尽快与我联系，以便我们做出适当安排。平权行动办公室 (Affirmative Action Office) 要求您注意以下事项：密歇根理工大学遵守所有关于歧视的联邦和州法律法规，包括1990年的《美国残疾人法案》。如果您有残疾，并且需要合理的便利条件才能在密歇根理工大学平等地接受教育或服务，请致电学生事务处主任办公室 487-2212。如有其他关于歧视的疑问，您可以联系您的导师、您所在学术部门的主任/院长，或平权计划办公室 (Affirmative Programs Office) 487-3310。
课程安排
请注意：在我们开始学习模块之前，阅读材料会定期更新。OSL =开源实验室教科书
| 日期 | 班级 | 课程描述 | 作业/任务 |
|---|---|---|---|
| 08/27 | 1 | 课程介绍、课程组织、最终项目布置 | 教学大纲、时间表、OSL1、2 |
| 09/01 | 2 | 操作系统研究 | 选择项目MSE5621 项目构想 |
| 09/03 | 3 | 操作系统 Wiki 简介 使用 Appropedia课堂上的 Appropedia 教程 | 创建并填充 Appropedia 用户页面示例 5621 用户页面 |
| 09/08 | 4 | 、Zotero、文献综述呈现 | 用户页面到期 |
| 09/10 | 5 | RepRap for Science：如何使用、设计和排除自复制 3D 打印机的故障
| 文学评论 10，OSL5 |
| 09/15 | 6 | 科学应用的操作系统微控制器：如何使用、设计和排除故障 | 文学评论 20，OSL4 |
| 09/17 | 7 | OpenSCAD 教程第 1 部分/视频 | 分配儿童科学硬件项目 |
| 09/22 | 8 | OpenSCAD 教程第二部分/参数化脚本- 解决每个人的问题 | （招聘会） |
| 09/24 | 9 | FreeCAD 教程Bram de Vries FreeCAD 视频教程（从1/8开始）、在 FreeCAD 中使用 OpenSCAD 技巧、使用 Blender 为 3D 打印建模、在 Blender 中将 2D 转换为 3D、使用 Blender 创建用于打印的 3D 模型：高级技巧 | Lit Rev. 25 Due online 请务必标记 |
| 09/29 | 10 | 数字设计和科学硬件 I | OSL6 |
| 10/01 | 11 | 科学教育展示和讲述 | 儿童科学硬件项目到期 |
| 10/06 | 12 | 数字设计和科学硬件 II | OSL6 |
| 10/08 | 十三 | 论文写作，设计预期 | |
| 10/13 | 14 | 初步设计审查 | 初步设计审查 |
| 10/15 | 秋假 - 没有课程 | 没有课 | |
| 10/20 | 14 | 设计评审一 | 设计反馈一 |
| 10/22 | 15 | 操作系统许可证、法律讨论 | OSL3 |
| 10月27日 | 16 | 设计评审二 | 设计反馈二 |
| 10月29日 | 17 | 量化开源硬件的价值文件：OS policy.pdf | OSL7 |
| 11/03 | 18 | 期刊、影响因子、HardwareX 模板、审稿人、 | |
| 11/05 | 19 | 创造性解决问题 | 提纲到期 |
| 11/10 | 20 | 职业安全健康定义、发展、企业、如何制作图表以供发布 | 提交第 1 稿 |
| 11/12 | 21 | 如何进行科学演讲 | |
| 11/17 | 22 | 紧急故障排除 | |
| 11/19 | 23 | 4 个演示：自动注射器、脚踏泵、DAQ | 验证测试到期 |
| 11/24 | 感恩 | 感恩节不上课 | |
| 11月26日 | 感恩 | 感恩节不上课 | |
| 12/01 | 24 | 4 个演示 - 直接激光写入器（3），心脏瓣膜 | 修订 |
| 12/03 | 二十五 | 4 个演示-空气污染光谱仪、空间光谱仪（2）、移液器（3） | 修订 |
| 12/08 | 二十六 | 4 个演示 - 单色仪、瓶滚仪、风速计、柔性电子设备 | 修订 |
| 12/10 | 二十七 | 最后一节课（4 个演示）- 水力旋流器（3）、加热板（2） | 修订 |
| 12/15 | 周二下午 1 点前 | 最终项目截止时间：所有实体原型和剩余耗材/设备必须在下午 1 点之前放入 M&M 主 MSE 办公室的箱子中 所有设计文件（CAD、STL、电子原理图、代码、固件等）均需上传至与 Pearce 博士共享的 OSF 目录 论文将通过电子邮件发送给 Pearce 博士，其中包含包含所有论文组成部分的 zip 文件（例如，如果未嵌入手稿中，则包含图表） 通过电子邮件让我了解您对项目的后续计划。 | 最终项目截止 |
其他阅读材料和媒体
职业安全健康简介
- OSL 第 2 章 OSH 简介、大教堂与市集、微软 OSH、OSH 简介视频、TEDxBoulder - Nathan Seidle (Sparfun) - 开放硬件将如何统治世界、Jeff Moe 的 Lulzbot 工厂参观和 OSH 业务讨论、Ray Kurzweil 的加速回报定律、创客们是否提出了更加开源的未来？- Idea Channel、PBS 数字工作室、2015 年 OSS 走向核爆、开源能否改变电子硬件？国防部 OSS 常见问题解答
- OSL 第 3 章 OS 许可证OS 许可证、知识共享版权许可证、GNU-Linux 的 OS 软件
开源 CAD
- OpenSCAD、OpenSCAD 手册、用于 3D 打印的 OpenSCAD Kindle 版、Github 上的 MOST SCAD 库、面向对象的 OpenSCAD、RapCAD、Aaltoblock
- FreeCAD、Bram de Vries FreeCAD 视频教程（从1开始，共 8 个）在 FreeCAD 中使用 OpenSCAD 技巧
- Blender、使用 Blender 为 3D 打印建模、在 Blender 中将 2D 转换为 3D、使用 Blender 创建用于打印的 3D 模型：高级技巧
- 技巧 - McMaster-Carr 、 3DHubs的 3D 打印- 如何优化 FFF 设计
- 使用开源软件将 2D 图像转换为 3D 以便打印，通过 Inkscape 将图像转换为 OpenSCAD，凯尔特结 SCAD，用于 Blender 的贝塞尔曲线和结脚本
- 开源摄影测量、开源 3D 扫描仪
- 完全控制 Gcode
RepRap
RepRap
- OSL 第 5 章
- 观看RepRap 视频，RepRap 项目 - Ranellucci
RepRap 构建 OSL 第 5 章、Delta Build 概述：MOST、Athena Build 概述，需要帮助请访问此处https://groups.google.com/a/mtu.edu/forum/?hl=en#!forum/most-delta-users-l然后使用电子邮件：most-delta-users-l@mtu.edu- MOST Delta 模块- 另见：Github MTU-MOST 库、开源注射泵、开源金属 3D 打印机、MOST 模块（尚不完整但正在完善）、另一种 PCB 设计方法
- 机械强度：在现实环境条件下使用开源 3D 打印机制造的组件的机械性能、PLA 颜色对 3D 打印组件材料性能的影响、所有材料的预印本
Lulzbot
软件工具链
- 软件 - 切片器Slic3r、Cura、RepRapPro Slicer、Matter Control
- 打印机控制器 - Printrun、Franklin -如何在您的 777 打印机上安装 Franklin、Franklin 使用视频、使用 Franklin（长版）、黑客攻击 Franklin
- OSL 第 4 章 OS 微控制器Arduino 教程，Jeremy Blum TED 演讲，Nathan Seidle-SparkFun
OS 社区
- RepRap IRC、RepRap 论坛、RepRap 小组
- Arduino论坛
- 免费开放的设计库，http://www.yeggi.com/ http://www.stlfinder.com/
- 技巧：支撑、筏、部件、方向、填充、切片机选择、问题图解、reprap 打印故障排除图解、RichRap Slic3r 更好、活动铰链、后处理
操作系统科学
- OSL 第 1 章示例3D 可打印科学设备
- OSL 第 6 章
- OSL 第 7 章
其他
- 后期处理https://www.3dhubs.com/knowledge-base/post-processing-fdm-printed-parts
- Recyclebot，开源生态TED演讲
- 经济学人——第三次工业革命，我们接下来会如何发展——OS3DP开源金属 3D 打印机的类型
- 第一届“低成本 3D 打印用于科学、教育和可持续发展”国际研讨会，25. 希望与担忧，27. 开放硬件和 Arduino，31. 史前收藏：数字化 Leaky 收藏和关于数字版权和专有博物馆收藏的有趣观点，33. 将 CAD 模型变成物理对象：Ranelucci 视频，54. 3D 打印的未来：另一个 Ranelucci 视频。
潜在目标期刊
科学期刊的核心开放硬件
传统的
- PloS One影响因子=2.806
- 《实验室自动化杂志》（JALA）现为SLAS技术期刊，影响因子2.17
- 仪器与实验技术，影响因子0.44
- IEEE自动化科学与工程学报IF4.9
- 科学仪器评论
- 测量科学与技术IF1.85
- 您所在领域的专业期刊
纯OA期刊
3D打印专用期刊
- 国际先进制造技术杂志(JIF=1.205) http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00170-012-4605-2
- 快速成型杂志。增材制造和 3D 打印研究的国际期刊。http ://web.archive.org/web/20131225171042/http ://www.emeraldinsight.com/products/journals/journals.htm?id=rpj (JIF=1.02)
- 3D打印和增材制造杂志（Mary Ann Liebert, Inc.，出版商）http://www.liebertpub.com/new
- 《制造技术管理杂志》。http ://web.archive.org/web/20140525064253/http ://www.emeraldinsight.com:80/journals.htm?articleid=1810508
- 增材制造- 爱思唯尔全新编号参考文献
- 3D 打印材料和系统- Springer 全新、完全开放获取
- 增材制造进展- Springer，新的开放获取 APC 编号
- 国际精密工程与制造杂志Springer，影响因子 1.0，付费 315 美元，6 页，模板，编号
- 国际增材制造技术期刊——新——尚未接受论文出版商——印度增材制造协会（AMSI）
协议期刊可能感兴趣
影响因子
学术期刊的影响因子 (IF) 是衡量该期刊近期发表文章年平均引用次数的指标。它通常被用来衡量期刊在其领域内的相对重要性。在任何一年中，期刊的影响因子等于该期刊前两年发表文章在该年的引用次数除以该期刊前两年发表文章的总数。因此，该期刊的文章在发表后很快就会被引用。* 由于引用计数的分布高度不均，因此，如果用平均引用次数来衡量期刊文章的典型影响力而不是期刊本身的影响力，则可能会产生误导。例如，《自然》杂志 2004 年的影响因子中约 90% 仅基于其四分之一的出版物，因此，在大多数情况下，该期刊中单篇文章的实际引用次数远低于所有文章的平均引用次数。
列表：
- http://www.scimagojr.com/journalrank.php
- http://www.scijournal.org/
- https://jcr.incites.thomsonreuters.com/JCRJournalHomeAction.action？
顶级期刊在 20+ 之列（《自然》和《科学》约 40），精选的期刊在十几岁至高个位数之间（《NAS 论文集》为 9），专业期刊 >1（例如 APL 3.4），新期刊或未知期刊 <1。
随着时间的推移，该主题的受欢迎程度会发生很大的变化。
h 指数
该指数的定义是，指数为h的学者发表了h篇论文，每篇论文至少被其他论文引用h次。因此，h指数既反映了出版物数量，也反映了每篇出版物的引用次数。该指数旨在改进诸如总引用次数或出版物数量等更简单的指标。该指数仅适用于比较同一领域的科学家；不同领域的引用惯例差异很大。
输入数据来自订阅型数据库，例如Scopus和Web of Knowledge，它们提供自动计算器。Harzing的“Publish or Perish”程序则根据Google Scholar 的条目计算 H 指数。
强烈建议在所有 3 个网站上声明您的个人资料并进行管理，并在以下网站上设置帐户：为了帮助确保作者身份
为了传播您的作品并开放获取
对于网络和工作
你也可以在某种程度上预测你未来的 hindex。你可以控制的变量包括文章数量、不同期刊的数量以及顶级期刊的文章数量。
与年长的同事比较：m指数定义为h/n，其中n是科学家首次发表论文以来的年数；也称为m商。你也可以从他们的Google Scholar个人资料中减去你入职年份的差值。
h指数：（主要研究型大学教师的目标）
| 作者 | |
|---|---|
| 执照 | CC-BY-SA-4.0 |
| 引用 | “MSE 5621”。Appropedia。2020–2025 年。检索日期：2025 年 7 月 2 日。 |
