Г. М. Богданов
ОСНОВЫПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
(Общий курс)
Программа, методические указания и контрольные задания
Дисциплина для направления 551100 специальности 200800
«Проектирование и технология радиоэлектронных средств»
для всех форм обучения
Великий Новгород
Печатается по решению
кафедры «Проектирование
и технология РЭА»
Рецензенты
Камышев Г.А. Начальник конструкторского отдела ФГУП НИИ ПТ «Растр»
Богданов Г.М.
Основы проектирования электронных средств (Общий курс): Программа и методические указания для направления 551100, специальности 200800 «Конструирование и технология электронных средств» для всех форм обучения. Великий Новгород, НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2001.- 55с.
Изложены цели и задачи дисциплины, программа и методические указания по темам дисциплины, перечень лабораторных работ, цель, предмет и основное содержание курсового проектирования. В приложении приведено распределение учебных часов по видам для очной и заочной форм обучения.
Предназначено для студентов специальности «Конструирование и технология электронных средств».
© Новгородский государственный
университет, 2001
© Богданов Г.М.
Содержание
| стр | |
| Введение………………………………………………………… | |
| 1. Цель и задачи дисциплины……………………………………... | |
| 1.1 Цель и место дисциплины в учебном процессе………………. | |
| 1.2 Задачи изучения дисциплины………………………………….. | |
| 2 Содержание теоретических занятий…………………………... | |
| 2.1 Организация опытно-конструкторских работ………………… | |
| 2.2 Конструирование РЭС………………………………………….. | |
| 3. Методические указания по вопросам дисциплины…………... | |
| 3.1 Организация опытно-конструкторских работ (ОПР)………… | |
| 3.2 Конструирование РЭС………………………………………….. | |
| 4 Методические указания и выполнение лабораторных работ... | |
| 5 Курсовой проект………………………………………………… | |
| 6 Список литературы……………………………………………... | |
| Приложение А. Распределение лекционного времени……….. |
Введение
Опыт проектирования, конструирования, производства систем связи, радиотехнических, информационных, управления и других систем и опыт конструирования их составных частей – приборов и функциональных узлов, с одной стороны, и опыт обучения процессам проектирования и конструирования, с другой стороны, позволили на основе системного подхода к процессам обучения изложить методологию проектирования и конструирования приборов, начиная от организации ОКР и кончая решением типовых частных задач конструирования.
Основным назначением настоящих программы и методических указаний, составленных согласно типовому учебному плану направления 551100 и специальности 200800, является оказание методической помощи студентам, изучающим самостоятельно всю учебную дисциплину или отдельные её разделы. Для этого каждая тема и её подтемы сопровождаются наставлениями содержательного и методического характера со ссылками на библиографические источники. Такие же наставления написаны и для выполнения лабораторных работ и контрольных работ для студентов-заочников.
Цель и задачи дисциплины
I.I Цель и место дисциплины в учебном процессе
Целью преподавания дисциплины является изучение и освоение навыков конструирования РЭС, предназначенных для разных условий их производства и эксплуатации на различных объектах и при различных воздействиях внешней среды.
Предмет учебной дисциплины – процессы и методология конструирования РЭС.
I.2 Задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины состоит из следующих задач изучения:
а) изучение организации, структуры и содержания ОКР, обеспечивающих высокий уровень качества изделий и воплощающих основные перспективные направления развития РЭС: микроминиатюризацию, технологичность, стандартизацию, композицию и др.;
б) Изучение психологических основ конструирования;
в) изучение и освоение стратегий конструирования приборов и функциональных узлов;
г) изучение и освоение методов, приёмов, способов конструирования изделий;
д) изучение и освоение методов решения типовых задач конструирования приборов.
Содержание теоретических занятий
Таблица 2.1
| Тематические вопросы | Лит. источ. |
| 2.1 Организация опытно-конструкторских работ (ОКР) | |
| 2.1.1 Общие положения 1.Основные участники НИР и ОКР и их функциональные обязанности……………………………………………………………….. 2.Этапы ОКР………………………………………………………. 3.Роль главного конструктора ОКР и его заместителя по конструкторской, технологической и другим частям в организации ОКР…………………………………………………………………………. | 7, 12, 15, 41 7, 12, 41, 51 6, 7, 12, 58 |
| 2.1.2 Аванпроект 4. Аванпроект: определение, цель, задачи……………………….. 5.Структурная схема аванпроекта; предварительное изучение информации о потребности (изучение, обсуждение с заказчиком и уточнение предварительных технических требований заказчика)…….. 6.Структурная схема аванпроекта: исследование потребности на месте её возникновения (организация, методы, стесняющие обстоятельства)……………………………………………………………. 7.Структурная схема аванпроекта: лабораторные и натурные испытания (цель, виды моделирования)………………………………… 8.Структурная схема аванпроекта: технико-экономический анализ (ТЭА)(цель, принципы, методика, составление и согласование с заказчиком ТЗ, подготовка договора на ОКР, выбор концепции, принципов построения изделия, состав аванпроекта)………………….. | 6, 7, 12, 41, 51, 59 6, 7, 57,59 6, 7, 59 6,7 6, 7, 24 |
| 2.1.3 Эскизное проектирование 9.Цель и задачи эскизного проектирования…………………….. 10.Структурная схема эскизного проектирования: анализ ТЗ, выбор принципов работы и структурной схемы изделия (ТЭО, определение функций и распределение их по составным частям изделия, разработка и согласование частных ТЗ (ЧТЗ), разработка руководящих указаний (РУК) конструирования изделия…………….. 11.Структурная схема эскизного проектирования: задачи конструирования на этапе……………………………………………….. 12.Структурная схема эскизного проектирования: состав эскизного проекта, организация защиты………………………………… | 7, 41 7, 41 7, 39, 41, 51, 53 |
| 2.1.4 Техническое проектирование 13.Структурная схема технического проектирования: цель, анализ итогов защиты эскизного проекта……………………………….. 14. Структурная схема технического проектирования: разработка схем составных частей изделия, конструирование изделия. 15.Структурная схема технического проектирования: конструкторское макетирование (разработка КД, изготовление и испытание конструкторского макета)……………………………………. 16.Структурная схема технического проектирования: состав и порядок защиты технического проекта………………………………….. | 7, 12, 30, 41 7, 12, 23, 39, 41 7, 12, 23, 39, 41 7, 12, 23, 39, 41 |
| 2.1.5 Рабочее проектирование 17.Структурная схема рабочего проектирования: содержание работ системщика, схемотехника, конструктора……………………….. 18.Структурная схема рабочего проектирования: организация и методы испытаний опытного образца (заводских и на надёжность), состав рабочего проекта………………………………………………….. 19. Промышленные испытания опытного образца (подготовка, проведение, подведение итогов)…………………………………………. | 7, 12, 23, 41 7, 12, 23, 39, 41 7, 12, 23, 41 |
| Тематические вопросы | Лит. источ. |
| 2.2 Конструирование РЭС 2.2.1 Психологические основы конструирования 2.2.1.1 Концепция и основные понятия, психологическая структура процесса конструирования (ПК) 20.Основные понятия (сознание, сверхсознание, память, потребности, мотивы, эмоции)…………………………………………… 21.Гипотезы мышления: одноканальности–многоканальности; несовместимости (реципрокности)……………………………………….. 22.Концепция о существовании двух связанных, но квазинезависимых сущностей человека: плотской подсистемы (физического тела, включая органы чувств и мозг) и энергоинформационной пространственно-полевой структуры………… 23.Общая характеристика ПК (изменяемость ПК по итогам выполнения задачи, осознанное и неосознанное регулирование, основные психические регуляторы: готовность к решению, понимание условия задачи, построение замысла решения, выбор стратегии решения задачи).…………………………………………………………… | 36, 42 лекция |
| 2.2.1.2 Понимание исходной информации 24.Определения и составляющие понимания (системный характер понимания, причины непонимания; основа понимания (знания плюс опыт); составляющие понимания (узнавание, опознание, сравнение, сличение др., итог понимания-озарения (инсайт): определения и их характеристики; факторы, влияющие на понимание)………………………………………………………………… 25. Понимание – процесс предварительного решения задачи (осмысление предмета понимания как системы и выявление существенного в задаче, её ядра; информационная характеристика понимания – процесс перехода от ипостаси «что дано» к ипостаси «знаю, что нужно или возможно (есть вариант)»; проблема критериев качества понимания……………………………………………………….. 26.Процессы-средства понимания (психические функции): восприятие, внимание, воображение, память и её виды.………………. 27.Этапы понимания (общее ознакомление с условием задачи; внутренняя классификация, уточнение и дополнение исходных условий, выявление частных КР; перекодирование условий задачи на «свой» язык; окончательное упорядочение условий задачи; конкретизация возможных КР или направлений поиска; окончательная оценка условий задачи («могу–не могу», «знаю–не знаю»); поиск путей решения – начало формирования замысла………. 28.Ошибки в понимании, причины ошибок………………………. | 25, 42 25, 42 |
| 2.2.1.3 Построение замысла конструкторского решения (КР) 29. Определение замысла, типичные варианты замыслов……….. 30.Структурная схема формирования замысла (особенность временной взаимосвязи между пониманием задачи и построением замысла, этапы формирования замысла)………………………………… 31. Общее синтетическое понимание (1-й этап) (отнесение задачи к ранее решавшимся или не решавшимся; техническая классификация задачи)……………………………………………………. 32.Углублённое детальное изучение ТЗ (2-й этап) (повторное ознакомление и детальное изучение требований ТЗ; появление ассоциаций и выделение требований ТЗ – основы замысла; появление начальных образов и уточнение ТЗ; выбор образов-ориентиров, основы замысла и построение конструкторского замысла)……………. 33.Зарождение замысла (3-й этап) (последовательная детализация, выделение ведущего (доминирующего) образа, появление субъективной уверенности, необходимость осознанных анализа и выбора образов)……………………………………………….. 34.Интуиция, озарение, догадка (определение и возможности интуиции, итог интуиции)………………………………………………… | |
| 2.2.1.4 Модель процесса обучения, творчества и формирования эвристок 35.«Свертывание» процесса получения знаний…………………… 36.«Свёртывание» процесса размещения конструктивов………... 37.Формирование сети логико-психологических координат, эвристок……………………………………………………………………. | |
| 2.2.2 Процесс конструирования прибора 38.Структурная схема конструирования прибора (описание схемы, определения и цели её подпроцессов: упорядочение исходных данных, компонование, разработка сборочных чертежей и спецификации изделия и др.; результаты подпроцессов, структурная схема с информационных позиций)……………………………………… 39.Стратегия компонования как стратегия построения замысла... 40.Классификация стратегий компонования……………………… | лекция |
| 2.2.3 Упорядочение исходных данных для конструирования (УИД) 2.2.3.1 Разработка технического задания 41.УИД: основные понятия и определения (потребность, виды, иерархия потребностей; интерес, мотив; ценность, система ценностей; принцип причинности; цель, частная цель, постоянные и потенциальные ценности; коммутативность целей, дерево целей, целевое требование, граничные условия)………………………………... 42.Структурная схема УИД: уяснение и формулирование цели конструирования (формирование начального множества частных целей; проверка обусловленности начального множества частных целей целями высшего уровня (или ценностями потребности); предварительное упорядочение множества частных целей; разделение исходных ограничений на цели с целевыми требованиями и граничные условия)……………………………………………………….. 43.Структурная схема УИД: упорядочение целей и целевых требований…………………………………………………………………. 44.Структурная схема УИД: упорядочение граничных условий... | |
| 2.2.3.2 Конструкторский разбор и доработка схемы электрической принципиальной (ЭЗ) 45.Схемы: определение, классификация, назначение и содержание схем…………………………………………………………... 46.ЭЗ: роль её в конструировании, КР в ЭЗ……………………….. 47.Предмет и цель конструкторского разбора ЭЗ………………… 48.Разбор и отработка ЭЗ с функциональных позиций…………... 49.Разбор и отработка ЭЗ с позиций надёжности………………… 50.Разбор и отработка ЭЗ с позиции теплового режима и защиты от факторов внешней среды……………………………………………… 51.Разбор и отработка ЭЗ с позиции механических воздействий………………………………………………………………... 52. Разбор и отработка ЭЗ с позиции технологичности………….. 53. Разбор и отработка ЭЗ с позиции безопасности жизнедеятельности………………………………………………………... 54. Разбор и отработка ЭЗ с позиции электромагнитной совместимости (ЭМС): понятия совместимости, источника, приёмника наводки, паразитной связи, виды паразитных связей)…………………. 55. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: источника с большими токами и малыми напряжениями при магнитной индукции…………………………………………………………………… 56. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: источники с большими напряжениями и малыми токами при электрической индукции.………………………………………………………………….. 57. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: экранирование магнитного поля…………………………………………………………… 58. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: экранирование электрического поля………………………………………………………. 59. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: экранирование проводов……………………………………………………………………. 60. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: паразитная связь через общее сопротивление………………………………………………. 61. Разбор и отработка ЭЗ с позиции ЭМС: паразитная связь между приборами через цепи питания и через посторонний провод……………………………………………………………………… | 55, 56 23, 55, 56 5, 21, 29 5, 31 5, 21, 29 5, 21, 29 5, 21, 29 5, 21, 29 5, 60 11, 17 11, 17 11, 17 11, 17 11, 17 |
| 2.2.4 Компонование 2.2.4.1 Стратегия построения замысла - компоновки: основные понятия, классификация 62. Компонование – процесс развития замысла в компоновку (определения замысла, компоновки, парадигма процесса на логическом уровне)……………………………………………………….. 63.Стратегия (определение, уровни стратегий, особенности стратегии конструирования; классификация стратегии компонования, признаки – основания, дерево классификации………………………….. 64.Операция (определение, виды операций, их содержание)……. 65.Тактика (определение, виды тактик)…………………………… 66.Необходимость сознательной проверки, сравнения, анализа интуитивно полученного КР……………………………………………… 67.Методика, метод, способ, приём………………………………... 68.Выбор стратегии…………………………………………………. | 25, лекция 25, лекция 25, лекция 3, 25, лекция 18, 28, 37, 39 13, 15, 50 |
| 2.2.4.2 Компонование «от содержания к форме» 69.Структурная схема компонования «от содержания к форме»… 70.Определения: конструктива, ядра, стержня, компоновочного конструктива, компоновочного взаимодействия (КВ), кортежа (полного, неполного)……………………………………………………… 71.Приёмы оценки величины КВ………………………………….. 72.Построение очереди вовлечения конструктивов в процесс их размещения………………………………………………………………… 73.Алгоритм размещения всех конструктивов (общий алгоритм размещения)……………………………………………………………….. 74.Алгортм размещения конструктивов на любом (i-ом) шаге………………………………………………………………………… 75.Алгоритм обеления отринутых кортежей……………………… 76.Алгоритм поиска наилучшего варианта компоновки изделия…………………………………………………………………….. 77.Алгоритм поиска наилучшей компоновки на основе одного прообраза………………………………………………………………….. 78.Алгоритм поиска наилучшей компоновки на основе образа………………………………………………………………………. | |
| 2.2.4.3 Компонование «от формы к содержанию» 79.Структурная схема компонования «от формы к содержанию» (ССК-фс): формирование начальных образов компоновки, выделение критических областей форм (КОФ)……………………………………… 80.ССК-фс: определение рабочего положения и расчет габаритных размеров КОФ, предварительный отбор форм изделия….. 81. ССК-фс: раскладка и уточнение габаритов КОФ психофизического контакта оператора с изделием…………………….. 82. ССК-фс: выбор лучшей формы по требованиям ТЗ………….. 83. ССК-фс: оценка габаритов функциональных узлов и других конструктивов изделия, выбор наилучшего варианта размещения, компоновки скелета изделия……………………………………………… | лекция лекция лекция, 35 лекция 3, 39, лекция |
| 2.2.4.4 Компонование на основе унифицированных базовых несущих конструкций (УБНК) 84.УБНК: принципы построения, классификация основные типовые элементы…………………………………………………………. 85.УБНК: общий алгоритм проектирования……………………… 86.УБНК: алгоритм проектирования системы БНК…………….... 87.УБНК: алгоритм выбора БНК1…………………………………. | 26, лекция 26, лекция 26, лекция |
| 2.2.4.5 Смешанные и прочие стратегии компонования прибора 88.Свернутые стратегии на основе аналогов разных уровней…… 89.Компонование изделия «от рабочего места»………………….. | 3, 13, 25, 46, 47 |
| 2.2.5 Методы проектирования (конструирования) 90.Определение и классификация методов, приёмов, способов… 91.Геометрический и машиностроительный методы конструирования………………………………………………………….. 92.Мозговой штурм и синектика………………………………….. 93.Метод идеального объекта……………………………………… 94.Морфологический ящик………………………………………… 95.Симплификация и унификация…………………………………. 96.Типизация………………………………………………………… 97.Агрегатирование и модульный метод………………………….. 98.Функционально-стоимостный анализ (ФСА)………………….. 99.Приёмы, способы………………………………………………… | 13,28,31,35,37 27, 45 13, 46, 47 1, 8 8, 15, 31, 46 19, 22 19, 22, 48 2, 19, 22 24, 31 3,6,13,31,46, 47 |
| 2.2.6 Типовые операции конструирования 2.2.6.1 Выбор материалов 100.Конструктивные и технологические характеристики чёрных металлов и их сплавов, рекомендации для их выбора………………….. 101.Конструктивные и технологические характеристики цветных металлов и их сплавов, рекомендации для их выбора………………….. 102.Конструктивные и технологические характеристики пластмасс и композитов, применяемых в РЭА………………………….. 103.Процесс выбора материалов…………………………………….. | 20, 27, 32, 46 20, 27, 32, 46 20, 46 |
| 2.2.6.2 Конструкторское обеспечение надёжности 104.Причины отказов в РЭС…………………………………………. 105.КР обеспечения надежности РЭС при климатических воздействиях внешней среды…………………………………………….. 106.КР обеспечения надежности РЭС при механических воздействиях внешней среды…………………………………………….. 107.КР обеспечения надежности РЭС при случайных и злостных воздействиях человека…………………………………………………….. | 11,17,21,26,29, 32 4,14,20,30,32, 39 14,16,21,26, 29, 39 25, 36, 39, 47 |
| 2.2.6.3 Обеспечение эргономичности 108.Основные задачи и методологические основы инженерной психологии…………………………………………………………………. 109.Анализаторы человека и их характеристики.………………….. 110.Требования к средствам отображения информации…………... 111.Требования к органам управления………….…………………... 112.Общие требования к компоновке постов контроля и управления…………………………………………………………………. | |
| 2.2.6.4 Отработка изделия на технологичность 113.Отработка РЭС на технологичность на этапе аванпроекта и разработки ТЗ……………………………………………………………… 114.Отработка изделия на технологичность на эскизном проектировании.…………………………………………………………… 115.Отработка изделия на технологичность при компоновании изделия…………………………………………………………………….. 116.Отработка изделия на технологичность при разработке сборочного, электромонтажного чертежей и чертежей деталей……….. | 6, 7 7, 10 3, 7, 10, 32 4, 5, 23, 26, 32 |
| 2.2.6.5 Размерные расчёты в сборочных единицах 117.Методы конструкторско-технологического решения размерных цепей…………………………………………………………... 118.Взаимосвязь электрических допусков РЭС и допусков на элементы конструкции……………………………………………………. | 40, 43 40, 43 |
| 2.2.6.6 Отработка композиции изделия 119.Исходные положения отработки композиции изделия………... 120.Категории композиции………………………………………….. 121.Качество и средства композиции……………………………….. | 9, 38 9, 38 9, 38 |
| 2.2.7 Разработка сборочных чертежей и деталей 2.2.7.1 Подготовительная стадия разработки СБ 122.Отличие разработки СБ от компонования, выбор изображений……………………………………………………………….. 123.Выбор масштаба, формата и числа листов, разметка.…………. | 4, 23 |
| 2.2.7.2 Рабочая стадия разработки СБ 124.Принципы и правила разработки СБ…………………………… 125.Размещение конструктивов и разработка соединений НК на СБ…………………………………………………………………………… 126.Расчёт габаритных размеров и поиск резервов уменьшения габаритов…………………………………………………………………… 127.Конструирование соединительных цепей (СП), соединительных устройств (СУ) и конструирование связей СЦ с НК… 128.Воплощение КР для изделия в целом. Обводка принятого КР основными линиями……………………………………………………….. 129.Уточнение структуры конструкции изделия и разработка его спецификации……………………………………………………………… 130.Разработка электромонтажного чертежа (МЭ)………………… | 4, 23 4, 23 4, 52 4, 54 |
| 2.2.8 Проектирование ФУ на печатных платах 131.Разработка ТЗ на конструирование ФУ………………………… 132.Упорядочение исходных данных (УИД)……………………….. 133.Подготовительная стадия конструирования ФУ.……………… 134.Подготовка к размещению и трассировке……………………… 135.Поиск наилучшего размещения и трассировки………………... 136.Разработка чертежей ПП………………………………………… 137.Конструктивные расчёты и рекомендации…………………….. | 5, 6 5, 6 5, 34, 39 5, 34, 39 |
Методические указания по вопросам дисциплины