Цель, задачи и особенности курса

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 6

1.1. Цель, задачи и особенности курса. 6

1.2. Основные понятия дисциплины.. 8

1.3. План изучения курса. 9

Контрольные вопросы.. 11

Глава 2. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОСТРОЕНИЕ ЭС.. 12

2.1. Требования и принципы методологии проектирования ЭС.. 12

2.2. Системное представление ЭС.. 14

2.2.1. Понятие технической системы.. 14

2.2.2. Системное представление ЭС.. 17

2.3. Проектирование и конструирование ЭС.. 26

2.3.1. Понятие проектирования, синтеза, анализа, принятия решения. 26

2.3.2. Уровни сложности проектных задач. 33

2.3.3. Этапы жизни ЭС.. 36

2.3.4. Факторы, влияющие на жизнь ЭС.. 38

2.3.5. Уточнение представлений о проектировании и конструировании ЭС. 41

2.4. Развитие конструкций и процессов конструирования ЭС. 43

Контрольные вопросы к главе 2. 58

Глава 3. СИСТЕМНЫЕ ФАКТОРЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭС.. 60

3.1. Состав и этапы разработки технического задания (ТЗ) 60

3.1.1. Заявка на разработку. 60

3.1.2. Структура и содержание ТЗ. 61

3.1.3. Этапы разработки ТЗ. 63

3.2. Учет системных факторов в ТЗ. 64

3.2.1. Факторы назначения и объекта-носителя. 65

3.2.2. Факторы технической системы, конструктивной и технологической базы.. 70

Контрольные вопросы по главе 3. 72

Глава 4. ФАКТОРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ... 74

4.1. Виды климатических факторов. 74

4.2. Отражение в ТЗ факторов окружающей среды.. 77

4.3. Эксплуатационные факторы.. 78

Контрольные вопросы по главе 4. 83

Глава 5. ФАКТОРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ "ЧЕЛОВЕК-МАШИНА". 84

5.1. Человек - оператор и ЭС.. 84

5.1.1. Система "Человек - машина". 84

5.1.2. Оператор как "приемник", "ретранслятор" и "анализатор" информации. 85

5.1.3. Повышение надежности работы Ч-О.. 87

5.2. Формирование и прием сигналов управления. 88

5.2.1. Факторы, учитываемые при конструировании органов управления. 88

5.2.2. Закономерности зрительного восприятия информации. 91

5.3. Эргономическая отработка конструкции. 95

5.3.1. Общие положения. 95

5.3.2. Этапы эргономической отработки конструкции. 96

5.3.3. Оценка результатов принятых решений. 98

5.4. Отражение в ТЗ факторов системы "Человек-машина". 99

Контрольные вопросы по главе 5. 101

Глава 6. УНИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ И КОМПОНОВКА ЭС.. 103

6.1. Роль преемственности при конструировании ЭС.. 103

6.1.1. Виды преемственности. 103

6.1.2. Размерно-параметрические ряды типовых конструкции. 104

6.1.3. Типовые конструкции ЭС.. 106

6.1.4. Унифицированные конструкции. 107

6.2. Общие положения компоновки ЭС.. 109

6.3. Компоновка модулей нижних уровней. 110

6.3.1. Общие положения и особенности задачи. 110

6.3.2. Задача компоновки модулей нижних уровней. 112

6.4. Унифицированные конструкции модулей первого уровня. 116

6.4.1. Корпусированные микросхемы и микросборки. 116

6.4.2. Бескорпусные МКС и МСБ.. 117

6.5. Унифицированные конструкции модулей второго уровня. 118

6.6. Компоновка модулей верхних уровней. 121

6.6.1. Общие положения и особенности задачи. 122

6.6.2. Задачи компоновки блоков и шкафов. 123

6.7. Унифицированные конструкции блоков и шкафов. 124

6.7.1. Общие требования к конструкции блоков. 124

6.7.2. Выбор компоновочной схемы и конструкции блока. 125

6.7.3. Специфика конструкций унифицированных блоков. 127

6.8. Конструирование пультов управления. 129

6.8.1. Компоновка рабочего места и пульта оператора. 129

6.8.2. Панели управления и индикаторы.. 132

Контрольные вопросы по главе 6. 134

Глава 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИЙ ЭС.. 135

7.1 Виды и характеристики механических воздействий на ЭС.. 135

7.1.1 Вибрации в конструкциях ЭС.. 137

7.1.2. Линейное и центробежное ускорение в конструкциях ЭС.. 138

7.1.3Удары в конструкциях ЭС.. 139

7.1.4. Шум и акустические удары в конструкциях ЭС.. 139

7.1.5 Характеристики внешних воздействий для различных групп ЭС. 140

7.2 Обеспечение защищенности конструкции ЭС от механических воздействий. 140

7.2.1. Характеристики защищенности ЭС от механических воздействий. 141

7.2.2. Задача обеспечения защищенности ЭС от механических воздействий. 141

7.3 Способы обеспечения защищенности ЭС от механических воздействий. 143

7.3.1Принципы и основные элементы обеспечения защищенности ЭС.. 143

7.3.2Виброчастотная характеристика конструкции. 144

7.3.3Способы обеспечения защищенности ЭС от механических воздействий. 145

7.4 Конструктивная реализация защищенности ЭС от механических воздействий. 146

7.4.1.Повышение резонансных частот конструкции. 146

7.4.3.Конструкции ЭС с амортизаторами. 149

7.5Методика обеспечения защищенности ЭС от механических нагрузок. 153

Контрольные вопросы по главе 7. 154

Глава 8. ТЕПЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИЙ ЭС.. 156

8.1Основные положения обеспечения защищенности ЭС от тепла. 156

8.1.1. Влияние теплового режима на надежность ЭС.. 156

8.1.2Задача обеспечения защищенности ЭС от воздействия тепла. 158

8.1.3Способы отвода тепла в ЭС. 160

8.2Обеспечение нормального теплового режима ЭС.. 164

8.2.1. Конструктивная реализация способов охлаждения. 164

8.2.2. Выбор вида охлаждения. 169

Контрольные вопросы по главе 8. 171

Глава 9. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ.. 173

И ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ЭC.. 173

9.1. Воздействие электромагнитных полей на конструкцию ЭС.. 173

9.2. Способы обеспечения помехоустойчивости ЭС.. 174

9.3. Конструктивная реализация электромагнитной совместимости ЭС.. 176

9.3.1. Экранирование при конструировании ЭС.. 176

9.3.2. Обеспечение помехоустойчивости электромонтажных линий. 183

9.3.3. Элементы электрических соединений. 189

Контрольные вопросы к главе 9. 198

Глава 10. ВЛАГОЗАЩИТА И ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ЭС. 199

10.1. Влияние влаги на конструкцию ЭС. 199

10.2. Обеспечение влагозащиты ЭС.. 202

10.2.1. Принципы и способы обеспечения влагозащиты ЭС.. 202

10.2.2. Классификация способов защиты от влаги. 203

10.2.3. Краткая характеристика различных способов защиты.. 203

10.3.Конструктивная реализация защиты ЭС от влаги. 204

10.3.1. Защита монолитными оболочками. 204

10.3.2Защита полыми оболочками. 210

Контрольные вопросы по главе 10. 212

Глава 11. РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ЭС. 214

11.1 Характеристики воздействий и радиационная стойкость ЭС. 214

11.2 Влияние ионизирующего излучения на различные элементы ЭС.. 216

11.3 Защита ЭС от радиационного воздействия. 217

Контрольные вопросы по главе 11. 218

ЛИТЕРАТУРА.. 220

 

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Во вводной части курса есть смысл рассмотреть следующие вопросы:

- цель и особенности дисциплины в системе подготовки по направлению 11.03.03

- основные понятия и определения курса;

- содержание, структура и план изучения.

 

Цель, задачи и особенности курса

 

Для ответа на поставленные в начале вопросы необходимо указать, что "изучается в данном курсе", т.е. каков предмет изучения?

Ответ прост и лежит в самом названии дисциплины:

- конструирование (процесс, совокупность действий по достижению поставленных задач);

- электронное средство (ЭС)

Кроме того, необходимо разобраться и с теми методами и средствами, с помощью которых выполняется процесс проектирования.

Достаточно очевидно, что все составляющие изучаемого предмета взаимосвязаны. Действительно, если изменяется ЭС, то, очевидно, будет меняться и процесс ее создания в общем случае. И наоборот, если изменить процедуру создания аппарата, изменится результат, т.е. само ЭС. Следовательно, нельзя отрывать изучение ЭС от изучения процесса его создания и наоборот.

Теперь можно сформулировать цель дисциплины:

Цель курса - изучение в комплексе (в единстве) предметной области в виде ЭС, процессов конструирования, методов и средств и их взаимного влияния.

Итак, цель дисциплины - изучение названной предметной области. А что является результатом изучения?

Результат изучения в общем случае состоит в получении:

- знаний об объекте изучения;

- умений использовать знания на практике;

- владений и навыков по применению знаний и умений.

Значит, идеальная цель курса - дать знания, умение и навыки проектирования конструкций ЭС.        

Каковы же задачи курса? Для того чтобы достигнуть цель необходимо пройти некоторый путь и преодолеть множество препятствий. Вот эти препятствия и являются " задачами курса.

Задач курса множество:

- изучение конструкций отдельных модулей и ЭС в целом;

- изучение способов соединения модулей;

- изучение критериев конструирования и способов их обеспечения и т.д.

Разработать конкретную конструкцию ЭС - это значит разрешить ряд конкретных задач вполне определенным способом, т.е. конкретная задача требует определенного способа решения. Можно ли тогда говорить об общем в решении, общем подходе к конструированию ЭС? Да. Это общее есть методология решения, логика в организации решения, в организации средств и методов. Таким образом главной задачей курса является изучение методологии конструирования - системного подхода.

В курсе в дальнейшем будет раскрыто понятие системного подхода, а сейчас достаточно следующего: системный подход - это когда задачи ставятся комплексно, вместе, в единстве, и разрешаются также с учетом их взаимодействия. Системный (многозначный, множественный) подход к задаче с философской точки зрения представляет собой реализацию диалектического метода познания в естествознании и технике. Подобное мироощущение было характерно для древних философов и ученых, рассматривавших природу как единое целое. Затем этот метод познания мира уступил место формальнологическому методу.

Почему именно системный подход? Может быть какие-то другие? Рассмотрим существо и особенности курса.

ОК ЭС - дисциплина готовящая специалиста к выполнению одной из основных видов инженерной деятельности - проектной. А особенность инженерной деятельности состоит в целостности, комплексности, в системности восприятия задачи. Об этом было сказано выше, а теперь проиллюстрируем то же примерами.

ПРИМЕР. Как воспринимают электронный аппарат "плохие" инженеры различных специальностей?

Из примера очевидны ограниченность односторонних представлений о ЭС и необходимость комплексного, системного подхода к ЭС и процессу ее создания.

 

.

 

Рис.1.1. ЭС с различных точек зрения.

Конечно, системный подход много сложнее того, что изображено на рис. 1.1. Нельзя забывать, что "системный подход - применение диалектического метода философии для инженерного дела".

В учебном плане специальности множество специальных дисциплин. Их условно можно разделить на две группы:

1) изучающие ЭС и процесс ее создание в комплексе;

2) изучающие отдельные стороны ЭС.

Во второй группе изучаются отдельные задачи конструирования и методы и разрешения. На них базируются дисциплины первой группы, которые дают общее комплексное понимание ЭС как сложного объекта, т.е. в учебном плане заложена возможность изучения ЭС с системных позиций. И одну из ведущих ролей играет в этом изучаемая дисциплина.

 

Основные понятия дисциплины

 

Значительная часть курса посвящена анализу конструкции и процесса конструирования ЭС. А что значат данные термины и скрытые за ними понятия? Отвечая подробно на эти вопросы в следующих разделах, сейчас укажем, что в теории и практике конструирования ЭС в настоящий момент нет полного единообразия в толковании характера и содержания понятий "проектирование", "конструирование" и "конструкция" ЭС. Поэтому в дальнейшем указанные вопросы рассмотрены на основании использования наиболее общего понятийного и методологического аппарата теории систем.

    Известно, что изучить какую-либо предметную область знаний можно тогда, когда полностью освоено множество П понятий П₁,П₂,…П_i,…П_k, составляющих предметную область, выявлены и изучены связи между ними и окружающей средой, а также определена область применения множества П (например, перечень решаемых задач).

    В данном курсе множество понятий П довольно большое, но особенность его в том, что некоторые из них уже встречались в других курсах. Например, основные понятия, такие как "ЭС", "проектирование ЭС", "конструирование ЭС", "электрическая схема ЭС", "конструкция ЭС" и т.д.. Некоторые понятия будут встречаться впервые: "структурный синтез", "параметрический синтез", "экспертная система", "база знаний" и т.д..

    Другой особенностью множества П понятий дисциплины является отсутствие их четких и однозначных определений. Причина в том, что отсутствует в настоящее время законченная теория проектирования вообще и теория конструирования ЭС, в частности.

    В данном курсе используется методический прием для определения неоднозначно формулируемых понятий: "от общего - к частному". Таким образом понятие "конструирование ЭС" должно формулироваться как частный случай понятия "проектирование ЭС"; а "конструкция ЭС" - частный случай понятия "ЭС" и понятия "техническая система".

    Основные понятия "проектирование ЭС", "конструирование ЭС" и др. в данной дисциплине базируются и раскрываются как на уже известных в той или иной мере понятиях ("электрическая схема ЭС", "электрорадиоэлементы" и т.д.), так и на еще не известных ("топологическое проектирование", "классы и группы ЭС", "отношения внутри ЭС" и т.д.)

 

План изучения курса

 

Оценивая дисциплину ОК ЭС как введение в профессию, рассмотрим теперь, что же необходимо современному инженеру изучать, исходя из требований профессии. Очевидно специалист должен обладать целым рядом качеств. Они существенно определяются спецификой труда инженера. Полагаем, что в целом инженерный труд может быть разделен на исследовательский (инженер-исследователь), эксплуатационный (инженер-эксплуатационщик) и проектный (инженер-разработчик, проектировщик, конструктор) труд, а также специалист по маркетингу и консалтингу в радиоэлектронике.

    На наш взгляд, профессиональные качества, необходимые специалисту, могут быть условно сведены к следующим:

1) Способность создавать (изобретать) новые объекты: идеи, принципы, методы, аппараты, техпроцессы. "Инженер" - буквально "изобретательный".

2) Способность анализировать известный объект (систему, процесс, принцип…).

3) Способность принимать решение, в общем случае, в условиях неопределенности.

4) Глубокое знание конкретной инженерной специальности, проникновение в область технических знаний радиоинженера.

5) Широкое овладение основными научными знаниями на уровне понимания (знакомства) основных проблем и идей других научных дисциплин, способность их освоить в случае необходимости (например, знание всеобщего метода познания - диалектического метода). Для радиоконструктора круг таких дисциплин широк - от физики твердого тела и до философских методов познания.

6) Владение современными средствами проектирования, в первую очередь - способность успешно применять математические методы, вычислительные методы, средства САПР, управленческие методы и т.д. для достижения цели.

7) Способность передавать полученную информацию обществу, т.е. выражать мысль четко и убедительно, устно, письменно и графически. Овладение особым языком проектировщика - черчением.

 Кроме сугубо профессиональных необходимы и социальные качества личности: коллективизм, последовательность, принципиальность, доброжелательность и т.д..

Любой инженер, специалист работает в коллективе и законы коллективистской жизни требует своих качеств.

Краткий анализ перечисленных групп позволяет сделать вывод о том, что:

- первые три вида качеств являются главенствующими, хотя без поддержки их остальными невозможно ожидать полноценного "идеального" профессионала;

- не все качества воспитываются, приобретаются в процессе обучения; например, способность изобретать и социальные качества конструктора непосредственно в вузе не развиваются.

А теперь можно оценить содержание и план изучения дисциплины. Дисциплина по содержанию делится на четыре части:

- во введении дается мотивация изучения курса;

- первая содержательная часть посвящена методологии (основам теории) проектирования и конструирования ЭС;

- во второй части рассматриваются типовые конструкторские задачи и методы их решения;

- третья, заключительная часть, представляет собой рассмотрение основ современных информационных технологий проектирования ЭС.

Таким образом, в содержании и плане изучения сделана попытка сформировать комплекс качеств профессионала – специалиста.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что является объектом изучения курса?

2. Цель и задачи курса ОК ЭС.

3. Необходимость системного подхода при изучении.

4. Особенность курса по сравнению с другими, изучаемыми в рамках подготовки.

5. Суть системного подхода в технике.

6. Основные понятия дисциплины.

7. Содержание и план курса.

8. Группы качеств, необходимых современному инженеру-проектировщику ЭС.

9. Что из необходимых профессиональных качеств конструктора приобретается в вузе, а что нет?