Основные понятия дисциплины

Цель, задачи и особенности курса.

Содержание

ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ.

ЛЕКЦИИ

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий

кафедрой

профессор, д.т.н.

________(Сахаров Ю.С.)

«___»_________2010г.

для студентов специальностей 210201

«Проектирование и технология электронных средств»

доцент, кандидат технических наук Колуков В. В.

по дисциплине:«Инженерное проектирование».

Обсуждены на заседании кафедры

«__»___________2010г.

Протокол № __

Литература (основная и дополнительная):

Список литературы приведен в программе дисциплины

Учебно-материальное обеспечение:

1. Технические средства обучения:

- Оборудование специального класса (компьютер, интеллектуальная доска, средства мультимедиа…)

2. Приложения:

- Электронная версия учебно-методического комплекса, включающего программное обеспечение, средства мультимедиа, презентацию.

ПЛАНЫ ЛЕКЦИЙ:

План каждой лекции представлен заголовками подразделов, имею­щи­ми­­ся в текстах лекций.

Вводная часть каждой лекции (Введение) отражает краткое изложение материала лекции и связь с предыдущим материалом.

Заключительная часть лекции (Заключение) отражает краткие выводы по теме лекции, вопросы по сути лекции и рекомендации по освоению мате­риала (ссылки на литературу и другие источники, а также на сложные и клю­чевые моменты в лекции) – до 5 мин.

На введение и заключение предусматривается отводить не более, чем по 5 минут учебного времени

Тексты лекций полностью соответствуют программе дисциплины и по существу представляют собой учебное пособие по дисциплине.

«Инженерное проектирование»

Автор Колуков В.В.

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.------------------------------------------ 3

1.1. Цель, задачи и особенности курса.---------------------------------------------------------- 3

1.2. Основные понятия дисциплины.----------------------------------------------------------- 3

1.3. План изучения курса.------------------------------------------------------------------------ 3

Контрольные вопросы к главе 1.---------------------------------------------------------------- 3

Глава 2. СИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.--------- 3

2.1. Понятие технической системы.------------------------------------------------------------- 3

2.2. Системное представление ЭС.-------------------------------------------------------------- 3

2.2.1. Принципы, элементы и отношения в ЭС.------------------------------------------------ 3

2.2.2. Классификация частей (подсистем) ЭС.-------------------------------------------------- 3

2.3. Оценка потребительских свойств ТИ. Качество ТС.-------------------------------------- 3

Контрольные вопросы к главе 2.---------------------------------------------------------------- 3

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.-- 3

3.1. Понятия инженерного проектирования.--------------------------------------------------- 3

3.1.1. Представления о понятии "проектирование".-------------------------------------------- 3

3.1.2. Синтез, анализ и принятие решений.----------------------------------------------------- 3

3.2. Уровни сложности проектных задач.------------------------------------------------------- 3

3.3. Уточнение представлений о проектировании и конструировании ЭС.----------------- 3

Контрольные вопросы к главе 3.---------------------------------------------------------------- 3

Глава 4. СРЕДСТВА ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.------------------------------ 3

4.1. Классификация средств ИП.----------------------------------------------------------------- 3

4.2. Методы проектирования ТС----------------------------------------------------------------- 3

4.3. Повышение эффективности проектирования ТС.----------------------------------------- 3

4.3.1. Интенсификация творчества при проектировании ТС.--------------------------------- 3

4.3.2. Повышение эффективности математических методов проектирования.-------------- 3

4.4. Современные средства ИП.------------------------------------------------------------------ 3

Контрольные вопросы к главе 4.---------------------------------------------------------------- 3

Глава 5. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.------------ 3

5.1. Этапы жизни ТС и ЭС.----------------------------------------------------------------------- 3

5.2. Развитие конструкций и процессов конструирования ЭС.------------------------------- 3

5.2.1. Этапы развития РЭ.------------------------------------------------------------------------ 3

5.2.2. Функционально-узловой принцип проектирования ЭС.------------------------------- 3

5.3. Противоречия развития.--------------------------------------------------------------------- 3

5.4. Современное состояние ИП и конструирования.------------------------------------------ 3

5.4.1. Иерархия конструкций.-------------------------------------------------------------------- 3

5.4.2. Роль микроэлектроники и стандартизации---------------------------------------------- 3

Контрольные вопросы к главе 5.---------------------------------------------------------------- 3

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Во вводной части курса есть смысл рассмотреть следующие вопросы:

• цель и особенности дисциплины в системе подготовки по специальности 210201
• основные понятия и определения курса;
• содержание, структура и план изучения.

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

Ответ прост и лежит в самом названии дисциплины:

• проектирование (процесс, совокупность действий по достижению поставленных задач);
• объекты проектирования, в том числе, и электронные средства (ЭС)

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

Рис. 1.1. Объект изучения.

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

Теперь можно сформулировать цель дисциплины:

Цель курса - изучение в комплексе (в единстве) объектов, процессов, методов и средств проектирования и их взаимного влияния.

Итак, цель дисциплины - изучение названного объекта. А что является результатом изучения?

Результат изучения в общем случае состоит в получении:

• знаний об объекте изучения;
• умений использовать знания на практике;
• навыков по применению знаний и умений.

Значит, идеальная цель курса - дать знания, умение и навыки проектирования различных объектов.

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 общего в процессах проектирования любых объектов;
• изучение способов описания объектов;
• изучение критериев конструирования и способов их обеспечения и т.д.

Разработать конкретную конструкцию - 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. Таким образом, главной задачей курса является изучение методологии конструирования.

Известно, что для получения высокого результата в деятельности необходимо, по крайней мере, знать и владеть приемами, методами достижения цели. А в сложной ситуации - взаимообусловленной совокупностью, системой методов и средств - методологией деятельности. Необходимо отметить, что процесс разработки методологии проектирования и конструирования ЭС, в частности, сейчас еще продолжается.

Методология

• это учение о логической организации, методах и средствах какой-либо деятельности;
• это логика познания чего-либо;
• это логика использования методов, моделей, средств для достижения необходимого результата.

Для случая проектирования можно даже без специального исследования представить основные требования к методологии проектирования:

1) универсальность - возможность использовать ее для широкого класса задач проектирования;

2) эффективность - возможность получать высокое качество проекта при ее использовании в короткие сроки с приемлемыми затратами.

Оценивая с указанных позиций состояние теории и практик проектирования конструкций РЭС можно сделать вывод об отсутствии такого рода методологии проектирования в законченном виде. До сих пор понятие конструирования ЭС является не раскрытым в той степени, которой требует современное состояние радиоэлектроники, например, в сравнении со знаниями о смежных с ним понятиях системотехники и схемотехники.

Практическое радиоаппаратостроение подошло к этапу, когда отставание в методологии проектирования, в развитии системы взглядов на конструирование РЭС, отсутствие достаточно строгой теории проектирования и конструирования тормозят общее развитие радиоэлектроники. В настоящее время делаются попытки придать методологическую стройность и относительную завершенность современным воззрениям на конструирование ЭС, развивая концепции инженерного проектирования (ИП). Представляется в этой связи, что решать вопрос об общей эффективной методологии конструирования ЭС надо с выявления и раскрытия основных принципов современного конструирования и проектирования.

Не претендуя на завершенность перечня принципов, можно указать два из них:

1) системность, комплексность рассмотрения процесса, объекта и средств проектирования;

2) органическое, имманентное сочетание различных по характеру видов деятельности (строго логических, творческих) в процессе проектирования.

Отсутствие должного учета указанных принципов при проектировании не позволяет получать качественные результаты. Конечно, нельзя утверждать, что указанные два принципа являются единственными и исчерпывающими. Однако, представляется, что они являются, если не основными, то одними из основных.

Анализируя первый из формулированных принципов, можно сделать вывод о том, что для получения высокого качества проекта необходима оптимальная организация всей системы проектирования. В практике конструирования этого обычно нет.

Оценивая второй принцип, следует указать, что он подразумевает оптимальное распределение работ между человеком и ЭВМ (коллективом людей и САПР) в каждом конкретном случае. Инженерная практика конструирования указанные вопросы не ставит. Даже в теоретическом плане здесь еще много неясного.

Считается, что одним из таких принципов может быть системный подход.

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, который в основном изучается в технических вузах.

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

ИП - 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 говорят и примеры.

ПРИМЕР 1. До определенного времени механиков и изобретателей называли "художниками", подчеркивая тем самым, что они также тонко чувствуют гармонию, связь между отдельными частями целого, единого мира. Гениальные художники были и великими инженерами (Леонардо да Винчи, например) "Умение видеть вещи в тесном сплетении с другими и окружающей средой..." - так и сейчас некоторые специалисты определяют основное качество разработчика новой техники.

ПРИМЕР 2. Компания "Белл" однажды освободила на несколько месяцев лучших работников ("генераторов идей", руководителей) для знакомства с гениальными произведениями мирового искусства. Цель - подтолкнуть к действительно творческому мышлению, развить системное восприятие мира, научиться по новому оценивать известные вещи.

Однако, та же компания "Белл" и показала недостаточный учет множества факторов, определяющих необходимость разработки новых РЭС, когда более тридцати лет назад подготовила к выпуску на рынок видеотелефон, который, по неизвестным тогда причинам, потребителями был отвергнут.

ПРИМЕР 3. Как воспринимают радиоэлектронный аппарат "плохие" инженеры различных специальностей?

Рис.1.2. ЭС с различных точек зрения.

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

Конечно, системный подход много сложнее того, что изображено на рис. 1.2. Нельзя забывать, что "системный подход - применение диалектического метода философии для инженерного дела".

В учебном плане специальности множество специальных дисциплин (более 15). Их условно можно разделить на две группы:

1) изучающие ЭС и процесс ее создание в комплексе;

2) изучающие отдельные стороны РЭС.

Во второй группе изучаются частные 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.

Значительная часть курса посвящена анализу конструкции и процесса проектирования 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 "проектирование", "конструирование", "электрическая схема ЭС", "конструкция РЭС" 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 " должно формулироваться как частный случай понятия "проектирование"; а "конструкция ЭС" - частный случай понятия "ЭС" и понятия "техническая система".

Основные понятия "проектирование ", "конструирование " 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", "отношения внутри ЭС" и т.д.)