Рабочая программа МПвИУ - Томский политехнический

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Институт неразрушающего контроля
Проректор-директор
_________________В.А. Клименов
«1» сентября 2010 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Информационные технологии в приборостроении
НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ: 200100 «Приборостроение»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): магистр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА: 2011 г.
КУРС: 1; СЕМЕСТР 1;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Математика», «Физика», «Информатика»,
КОРЕКВИЗИТЫ: «Технология приборостроения»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
9 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
63
0
72
0
108
180
часа (ауд.)
часов (ауд.)
часов (ауд.)
часов
часов
часов
Очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН.
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: Кафедра точного приборостроения
ЗАВ. КАФЕДРОЙ ФМПК:
д.т.н., профессор А.П. Суржиков
ЗАВ. КАФЕДРОЙ ИИТ:
д.т.н., профессор Гольдштейн
ЗАВ. КАФЕДРОЙ ТПС:
к.т.н., доцент В.Н. Бориков
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
к.т.н., доцент Д.В. Миляев
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
к.т.н., доцент В.Н. Бориков
Томск 2011г.
Аннотация рабочей программы
Дисциплина «Информационные технологии в приборостроении»
является частью профессионального цикла дисциплин подготовки магистров
по направлению 200100 – «Приборостроение». Дисциплина реализуется на
базе кафедры точного приборостроения (ТПС) Института неразрушающего
контроля национального исследовательского Томского политехнического
университета.
Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с:
1. получение знаний принципов применения компьютерных технологий,
позволяющих осуществлять целенаправленный синтез схем и
конструкций приборов и систем, а также их оптимизацию;
2. формирование умений применять полученные знания к проектированию
приборов и систем с позиций системного анализа;
3. овладение современными типовыми методиками проектирования и
конструирования приборов и систем с применением компьютерных
технологий.
Изучение дисциплины направлено на способность выпускника решать
следующие задачи профессиональной деятельности:
1. проектно-конструкторская деятельность:
• проектирование и конструирование типовых деталей и узлов на
схемотехническом и элементном уровнях с использованием стандартных
средств компьютерного проектирования;
• проведение проектных расчетов с технико-экономическим
обоснованием конструкций.
2. научно-исследовательская деятельность:
• выполнение математического моделирования процессов и объектов на
базе стандартных пакетов автоматизированного проектирования и
исследований;
• разработка отдельных программ и их блоков, их отладка и настройка
для решения отдельных задач приборостроения, включая типовые задачи
проектирования, исследования и контроля приборов и систем, а также
технологий их производства.
3. организационно-управленческая деятельность:
• эксплуатация приборов и систем и их обеспечение техническим,
информационным, математическим и программным продуктом.
Дисциплина нацелена на формирование ряда общекультурных: (ОК-1),
(ОК-2), (ОК-3) и профессиональных компетенций выпускника: (ПК-1-5),
(ПК-7-19),
(ПК-21-24),
(ПК-27-31),
обозначенных
в
ООП
«Приборостроение».
Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы
организации учебного процесса: лекции, лабораторные работы,
самостоятельная работа студента.
Программой дисциплины предусмотрены следующие виды контроля:
•
входной контроль для выявления готовности студентов к освоению
данной дисциплины за счет знаний, умений и компетенций, сформированных
на дисциплинах пререквизитах;
•
текущий контроль успеваемости в форме проверки качества
подготовки студентов к лабораторным;
•
рубежный (промежуточный) контроль в форме оценок соответствия
знаний и умений студентов ожидаемым результатам по отдельным модулям
дисциплины;
•
экзамен в конце семестров.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 4 зачетных
единицы (кредитов), что составляет 180 часов. Программой дисциплины
предусмотрены лекции в количестве 9 часов, лабораторные занятия в
количестве 63 часов, а также самостоятельная работа студента в количестве
108 часов.
1. Цели освоения дисциплины
Целью изучения дисциплины является подготовка специалистов,
способных решать вопросы применения компьютерных технологий с
позиций системного подхода на основных этапах жизненного цикла
приборов и систем.
В области воспитания личности целью подготовки является
формирование
социально-личностных
качеств
студентов:
целеустремленности, организованности, трудолюбия, ответственности,
гражданственности, коммуникативности, толерантности.
В результате изучения дисциплины студент должен получить знания и
практические навыки применения компьютерных технологий при
проектировании и конструировании типовых деталей и узлов приборов и
систем.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Информационные технологии в приборостроении» в
соответствии с учебным планом направления подготовки магистров
«Приборостроение» относится к дисциплинам профессионального цикла
подготовки (М.2) и является базовой для магистров в области
приборостроения. Методы и средства, изученные студентами в рамках
данной дисциплины, также используются в параллельно изучаемых
дисциплинах «Математическое моделирование в приборных системах» и
«Основы
научно-исследовательских
и
конструкторских
работ,
предусмотренными учебным планом подготовки магистров по направлению
«Приборостроение».
Пререквизитами дисциплины являются:
•
математика. Требования к уровню подготовки к освоению дисциплины
со стороны математики:
1. знать основные понятия и методы математического анализа
аналитической геометрии и линейной алгебры, дифференциального и
интегрального исчисления и гармонического анализа;
2. уметь применять эти методы при решении практических задач;
•
физика:
1.
знать и уметь использовать закономерности проявления физических
эффектов, связанных с протеканием токов различной природы;
2.
знать законы и модели механики, колебаний и волн,
3.
знать законы электричества и магнетизма.
•
информатика. При изучении дисциплины будут востребованы
следующие требования:
1. знать и уметь применять методы моделирования;
2. уметь применять вычислительную технику для решения практических
задач;
3. владеть основными методами работы на компьютере с прикладными
программными средствами.
•
электроника. На основе изучения этой дисциплины студент должен
проводить анализ, синтез и исследования электронных схем;
•
цифровая электроника. На основе изучения этой дисциплины студент
должен проводить анализ, синтез и исследования цифровых электронных
схем,
•
физические основы измерений. На основе изучения этой дисциплины
студент должен проводить анализ, синтез и исследования первичных
преобразователей средств измерений.
•
теория механизмов приборов. Основы механики машин и механизмов,
типовых деталей и узлов.
При изучении дисциплины полезными являются приобретаемые
общекультурные и профессиональные компетенции в дисциплинах
кореквизитах: философия, иностранный язык.
3. Результаты освоения дисциплины
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие
компетенции:
К задачам изучения дисциплины в соответствии с требованиями к
компетенции направления подготовки магистров относятся:
1. Общекультурные:
 способность совершенствовать и повышать свой интеллектуальный и
общекультурный уровень (ОК-1);
 способность к самостоятельному обучению новым методам исследования,
к изменению научного и научно-производственного профиля своей
профессиональной деятельности (ОК-2);
 способность самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания и
умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не
связанных со сферой деятельности (ОК-6);
2. Профессиональные:
 способность использовать результаты освоения фундаментальных и
прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);
 способность демонстрировать навыки работы в научном коллективе,
порождать новые идеи (ПК-2);
 способность осознать основные проблемы своей предметной области,
определить методы и средства их решения (ПК-3);
 способность
профессионально
эксплуатировать
современное
оборудование и приборы (в соответствии с целями магистерской
программы) (ПК-4);
 способность оформлять, представлять и докладывать результаты
выполненной работы (ПК-6);
проектная деятельность:
 способность осуществлять проектную деятельность в профессиональной
сфере на основе системного подхода (ПК-7);
 готовность анализировать состояние научно-технической проблемы и
определять цели и задачи проектирования приборных систем на основе
изучения мирового опыта (ПК-8);
 способность проводить патентные исследования с целью обеспечения,
патентоспособности проектируемых изделий (ПК-9);
 способность проектировать приборные системы и технологические
процессы, с использованием средств автоматизации проектирования и
опыта разработки конкурентоспособных изделий (ПК-10);
 готовность проводить технико-экономические обоснования принимаемых
технических проектных решений (ПК-11);
 способность принимать решения по результатам расчетов по проектам и
результатам
технико-экономического
анализа
эффективности
проектируемых приборных систем (ПК-12);
 способность оценить уровень показателей качества и инновационные
риски коммерциализации проектируемых приборных систем (ПК-13);
 готовность разрабатывать методические и нормативные документы,
техническую документацию на объекты приборостроения, а также
осуществлять системные мероприятия по реализации разработанных
проектов и программ (ПК-14);
производственно-технологическая деятельность:
 способность организовать технологическую подготовку производства
приборных систем различного назначения и принципа действия (ПК-15);
 способность разрабатывать методики проведения теоретических и
экспериментальных исследований по анализу, синтезу и оптимизации
характеристик материалов, используемых в приборостроении (ПК-16);
 готовность разрабатывать и внедрять новые технологические процессы с
использованием гибких автоматизированных систем и оценивать
экономическую эффективность и инновационно-технологические риски
при их внедрении (ПК-17);
 способность организовать современное метрологическое обеспечение
технологических процессов производства приборных систем и
разрабатывать новые методы контроля качества выпускаемой продукции
и технологических процессов (ПК-18);
 готовность решать экономические и организационные задачи
технологической подготовки производства приборных систем и выбирать
системы обеспечения экологической безопасности производства (ПК-19);
научно-исследовательская деятельность:
 способность построить математические модели анализа и оптимизации
объектов исследования, выбрать численные методы их моделирования
или разработать новый алгоритм решения задачи (ПК-21);
 готовность выбрать оптимальные методы и разработать программы
экспериментальных исследований и испытаний, провести измерения с
выбором современных технических средств и обработкой результатов
измерений (ПК-22);
 способность разработать и провести оптимизацию натурных
экспериментальных исследований приборных систем с учётом критериев
надёжности (ПК-23);
 способность
подготовить
научно-технические
отчеты,
обзоры,
публикации по результатам выполненных исследований (ПК-24);
организационно-управленческая деятельность:
 готовность находить оптимальные решения при создании наукоёмкой
продукции с учетом требований качества, стоимости, сроков исполнения,
конкурентоспособности, безопасности жизнедеятельности, а также
экологической безопасности (ПК-27);
 способность
организовать
в
подразделении
работы
по
совершенствованию,
модернизации,
унификации
выпускаемых
приборных систем и их элементов (ПК-28);
 способность адаптировать системы управления качеством к конкретным
условиям производства на основе международных стандартов (ПК-29);
 способность осуществлять поддержку единого информационного
пространства планирования и управления предприятием на всех этапах
жизненного цикла производимой продукции (ПК-30);
 способность к разработке планов и программ организации инновационной
деятельности на предприятии (ПК-31).
По окончании изучения дисциплины «Информационные технологии в
приборостроении» студент должен:
Знать (Р.1):
• основы системного анализа и теории чувствительности (Р.1.1);
• методы анализа цепей постоянного и переменного токов (Р.1.2);
• основные принципы разработки моделей тепловых и механических
процессов, надежности и методы их анализа (Р.1.3);
• алгоритмы схемно-топологического проектирования приборов и систем
(Р.1.4);
• основы CALS-технологий (Р.1.5);
• типовые программные продукты, ориентированные на решение научных,
проектных и технологических, включая информационно-измерительные,
задачи приборостроения (Р.1.6);
Уметь (Р. 2):
• формализовать физические и технические процессы (Р. 2.1);
• применять численные методы расчета электрических цепей с
использованием пакетов прикладных программ (Р. 2.2);
• представлять техническое решение средствами компьютерной графики и
геометрического моделирования (Р. 2.3);
• использовать стандартные пакеты прикладных программ для решения
практических задач в области приборостроения, в том числе анализировать
тепловой и механический режимы работы приборов и систем (Р. 2.4);
• осуществлять анализ показателей безотказности приборов и систем
(Р.2.5);
• выполнять трассировку печатных плат при помощи стандартных пакетов
прикладных программ и систем (Р.2.6);
• вести электронный архив (Р. 2.7);
• разрабатывать и применять ИЭТР (Р. 2.8);
Владеть (Р. 3):
• численными методами решения систем дифференциальных и
алгебраических уравнений (Р. 3.1);
• методами и компьютерными системами проектирования и исследования
приборов и систем, а также методами информационно-измерительных
технологий (Р. 3.2);
• методами проведения исследований, включая применение готовых
методик (Р. 3.3).
Структура и содержание дисциплины
4.
4.1.
Структура дисциплины по разделам, формам организации и
контроля обучения
№
Название раздела/темы
1
Системный подход к
проектированию приборов и
систем (ПС) средствами
компьютерных технологий
Математические модели
физических процессов и
методики для проектирования
ПС
Автоматизация схемнотопологического
проектирования ПС
Технологии информационной
поддержки жизненного цикла
ПС
Стандартные системы и ППП
для решения задач
приборостроения
Итого
2
3
4
5
Аудиторная работа
(час)
Лекции ПР Лаб.
зан.
2
0
СРС Итого
(час)
Формы текущего
контроля и
аттестации
20
22
Реферат
2
20
32
54
Отчеты по
лабораторной
работе
2
12
24
38
2
31
22
55
1
0
10
11
Отчеты по
лабораторной
работе
Отчеты по
лабораторной
работе
Реферат
63
108
180
9
0
При сдаче отчетов и письменных работ проводится устное собеседование.
4.2.
Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Системный подход к проектированию приборов и систем
(ПС) средствами компьютерных технологий (2 часа)
Тема 1. Роль и задачи информационных технологий (ИТ) в процессе
разработки ПС
Роль и задачи ИТ в процессе разработки ПС. Способы проектирования.
Аспекты, описания и иерархические уровни проектирования. Определение
САПР. Процесс проектирования ПС (на примере жизненного цикла).
Типовые проектные процедуры (синтез, анализ, оптимизация). Маршруты
проектирования. Виды обеспечения САПР.
Тема 2. Основы системного подхода к проектированию ПС
средствами ИТ.
Определения схемы, конструкции и технологии ПС. Уровни
разукрупнения ПС по функциональной и конструктивной сложности. ПС как
методологическая система. Признаки системного подхода. Основы
системного анализа. Условная формализация технического процесса как
системы.
Тема 3. Функции параметрической чувствительности.
Показатели
параметрической
чувствительности.
Задачи
проектирования ПС, решаемые на основе исследования параметрической
чувствительности с применением ИТ (настройка, регулировка, стабильность
выходных характеристик и т. п.). Методы расчета ФПЧ (метод вариаций,
метод непосредственного дифференцирования, метод преобразованной и/или
метод сопряженной /присоединенной/ модели). Теорема взаимности.
Тема 4. Постановка задачи проектирования ПС средствами ИТ.
Математическая
постановка
задачи
автоматизированного
проектирования ПС при помощи ИТ. Характеристики составных
компонентов современных ИТ. Электронный (виртуальный) макет прибора.
Раздел 2. Математические модели физических процессов и
методики для проектирования ПС (2 часа).
Тема 5. Системные принципы построения расчетных моделей ПС.
Классификация расчетных моделей. Аналитические модели – вектор
функция, дифференциальные уравнения, матричные уравнения. Структурные
модели – направленные графы, блок-схемы. Топологические модели
ненаправленные графы, эквивалентные цепи. Применение современных
компьютерных измерительных технологий для проведения измерения
физических величин, в том числе в режиме удаленного доступа.
Тема 6. Модели физических процессов, протекающих в ПС
Место моделей физических процессов, протекающих в ПС, в общей
структуре алгоритма проектирования ПС. Постановка задачи. Методы
конечных разностей и конечных элементов. Модели электрических
процессов радиокомпонентов (R, C, L, VD, VT). Оптимизация параметров
электрических схем приборов. Комплексные электротепловые модели диода
и транзистора. Макромодели операционного усилителя и функциональных
узлов приборов. Моделирование тепловых полей в ПС. Постановка задачи.
Иерархия конструкций с точки зрения тепловых процессов. Иерархическое
моделирование. Вывод расчетной модели печатного узла на основе
уравнения Фурье – Кирхгофа с учетом граничных условий 1–4-го родов.
Примеры моделей тепловых процессов ПС. Моделирование механических
процессов. Постановка задачи. Вывод расчетной модели печатного узла при
вибрационных нагрузках на основе бигармонического уравнения колебаний
ортотропной пластины. Методы анализа математических моделей: методы
решения систем линейных, нелинейных и интегродифференциальных
уравнений. Проблема разреженности САУ. Математические основы
автоматизированного анализа и обеспечения показателей надежности и
качества ПС. Вероятностные модели ПС при анализе безотказности: по
внезапным отказам, по постепенным отказам
Тема 7. Типовые методики исследования характеристик ПС на основе
моделирования физических процессов
Методика исследования электрических характеристик приборов на
основе макромоделей функциональных узлов. Методики исследования
тепловых характеристик ПС (методики восходящего и нисходящего
анализов). Методика совместного исследования тепловых и электрических
характеристик
приборов.
Методика
исследования
механических
характеристик ПС. Методика автоматизированного анализа и обеспечения
показателей надежности ПС. Типовые маршруты проектирования ПС на
основе ИТ.
Лабораторная работа 1.
Анализ схемы электрической принципиальной прибора при различных
режимах работы (исследование характеристик по постоянному току во
временной и частотной областях, технологический разброс параметров
элементов, анализ с учетом температурного фактора, получение матрицы
ФПЧ) (10 ч) или разработка макромодели функционального узла прибора (10
ч).
Лабораторная работа 2.
Знакомство с приборами, разработанными с применением технологий
National Instruments (6 ч) или Разработка виртуального измерительного
прибора с применением технологии National Instruments (6 ч)
Лабораторная работа 3.
Моделирование теплового режима прибора в целом (6 ч) или
Моделирование теплового режима печатного узла (6 ч) или Анализ
показателей надежности прибора (6 ч).
Раздел 3. Автоматизация схемно-топологического проектирования
ПС (2 часа)
Тема 8. Место схемно-топологического проектирования в общей
структуре проектирования ПС средствами ИТ.
Место в общей структуре проектирования ПС. Обобщенная постановка
задачи топологического проектирования ПС средствами ИТ.
Тема 9. Основы математического обеспечения автоматизированного
топологического проектирования ПС
Требования к математическим моделям. Элементы теории множеств.
Основные понятия теории графов. Математические модели схем.
Математические модели монтажных пространств.
Тема 10. Математические модели для решения задач компоновки
Постановка задачи компоновки. Критерии оптимизации и ограничения.
Классификация алгоритмов компоновки. Последовательные алгоритмы
разрезания схем. Итерационные алгоритмы компоновки.
Тема 11. Математические модели для решения задач размещения
Постановка
задачи
размещения.
Критерии
оптимизации.
Классификация алгоритмов размещения. Последовательные алгоритмы
размещения. Алгоритм попарной перестановки модулей.
Тема 12. Математические модели для решения задач трассировки
печатных проводников
Постановка задачи трассировки. Классификация алгоритмов
трассировки. Волновой алгоритм трассировки и его модификации (метод
кодирования по модулю «3», метод встречной волны, метод путевых
координат, метод Акерса). Алгоритм Абрайтиса. Алгоритм трассировки по
магистралям. Канальный алгоритм трассировки. Алгоритм гибкой
трассировки.
Лабораторная работа 4.
Создание проекта в системе ALTIUM DESIGNER (4 ч) или
Формирование проекта печатной платы в редакторе печатных плат PCB
Layout Editor (4 ч).
Лабораторная работа 5.
Размещение компонентов и трассировка печатного монтажа (8 ч)
Раздел 4. Технологии информационной поддержки жизненного
цикла ПС (2 часа).
Тема 13. Концепция единого информационного пространства.
Методические основы CALS-технологий. Концептуальная модель
единого информационного пространства. Компоненты CALS-технологий.
Вопросы защиты информации. Электронная цифровая подпись.
Тема 14. Нормативная база CALS-технологий
Обзор международных стандартов. Стандарт ISO 10303 STEP. Язык
Express. Интегрированная информационная модель изделия. Прикладные
протоколы.
Тема 15. PDM-технология и интерактивные электронные технические
руководства
Основные принципы технологии управления данными на всех этапах
жизненного цикла ПС. PDM-технология. Интерактивные технические
руководства (ИЭТР). Методология функционального моделирования.
Обобщенные структуры электронного (виртуального) КБ и предприятия.
Внедрение CALS-технологий на промышленных предприятиях. Создание
единого информационного пространства на основе PDM-системы.
Лабораторная работа 6.
Разработка трехмерных моделей конструктивных узлов и элементов
прибора (10 ч) или Разработка 3D-модели сборки прибора (10 ч)
Лабораторная работа 7.
Разработка электронного архива (8 ч)
Лабораторная работа 8.
Разработка шаблона процесса проектирования прибора (6 ч)
Лабораторная работа 9.
Разработка интерактивного электронного технического руководства (10
ч)
Раздел 5. Стандартные системы и ППП для решения задач
приборостроения (1 ч)
Тема 16. Программные средства по анализу и оптимизации
электронных схем и топологическому проектированию печатных плат.
Классификация программных средств с точки зрения специализации,
учета взаимосвязи физических процессов, конвертации данных в другие
системы, графического режима, методов формирования и анализа
математических моделей.
Тема 17. Программные средства моделирования разнородных
физических процессов в ПС
Классификация программных средств с точки зрения специализации,
учета взаимосвязи физических процессов, конвертации данных в другие
системы, графического режима, методов формирования и анализа
математических моделей.
Тема
18.
Программные
средства
автоматизации
сложноформализуемых и неформализуемых проектных процедур
Классификация. Методы формирования баз знаний. Функциональные
возможности.
Тема 19. PDM/PLM-системы
Классификация PDM/PLM-систем. Функциональные возможности,
стоимостный фактор.
4.3.
Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов
обучения по основной образовательной программе, формируемых в рамках
данной дисциплины и указанных в пункте 3.
№
1.
2.
3.
4.
Формируемые
Компетенции
P.1.1
P.1.2.
P.1.3
P.1.4.
1
X
X
X
X
Разделы дисциплины
2
3
4
5
X
X
X
X
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
P.1.5.
P.1.6
P.2.1.
P.2.2.
P.2.3.
P.2.4.
P.2.5.
P.2.6.
P.2.7.
P.2.8.
P.3.1.
P.3.2.
P.3.3.
5.
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Х
X
X
X
X
X
Х
X
X
X
X
X
X
X
X
X
Образовательные технологии
Достижение
планируемых
результатов
освоения
дисциплины
осуществляется за счет использования следующих образовательных
технологий:
•
методы IT (Internet-ресурсов) – при применении компьютеров для
использования электронных версий учебников, учебных пособий и
методических указаний;
•
индивидуализация обучения – за счет организации лабораторного
цикла по принципу: каждому студенту свое лабораторное место, а также
выдачи индивидуальных заданий;
•
проблемное обучение – за счет формирования собственных
заданий и решение их по изложенным на занятиях алгоритмам и
приведенным примерам.
•
обучение элементам творчества и критического мышления (для
студентов, способных воспринять такое обучение) за счет избыточности
данных и способов решения задания.
•
исследовательский метод за счет использования средств
измерений и испытательных приборов.
Сочетание методов и форм организации обучения отражается в
Таблице 3).
Таблица3. Методы и формы организации обучения (ФОО)
Дома
ФОО
Лаб.
шние
Лекции
СРС
работы
задан
Методы
ия
IT-методы
+
+
+
+
Проблемное обучение
+
+
+
+
Обучение элементам
+
творчества
Исследовательский
+
метод
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов (CРC)
Основой при планировании самостоятельной работы студентов (СРС)
явились цели и планируемые результаты обучения дисциплине. При ее
организации рассматриваются ответы на следующие вопросы:
1. какой материал из программы дисциплины выносить
самостоятельную работу?
2. какова технология организации самостоятельной работы?
3. как контролируется самостоятельная работа?
на
6.1 Текущая СРС включает следующие виды работ:
- работу с лекционным материалом, учебниками и учебными пособиями в
том числе с использованием IT-методов;
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовку к лабораторным работам;
- выполнение домашних заданий;
- подготовку к промежуточному контролю и семестровым испытаниям (к
экзамену).
6.2. Творческая проблемно – ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
Проводится только для студентов, которые по итогам текущей СРС
показали, что они хотят и могут заниматься проблемно-ориентированной
СРС. Для этого использованы следующие формы:
– поиск, анализ, структурирование и презентация заданной информации;
– углубленное исследование вопросов по тематике лабораторных работ;
– решение задач повышенной сложности.
решения индивидуальных научных задач выполняемых в Томском
политехническом университете;
- применение инноваций при проектировании, разработке приборов и систем.
6.3 Контроль самостоятельной работы студентов
Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения
отдельных модулей дисциплины осуществляется посредством:
– проведения входного контроля знаний и умений, полученных на
дисциплинах пререквизитах;
– проведения контрольных работ (5 мин.), проводимых вначале каждого
лабораторного занятия с целью оценки домашней подготовки студента по
контрольным вопросам по тематике занятия;
– защиты лабораторных работ в соответствии с графиком выполнения;
– представления для проверки домашних работ;
– проведения контрольных работ при промежуточном (рубежном) контроле;
– оценки знаний и умений на экзамене.
Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в
соответствии с рейтинг – планом, предусматривающем все виды учебной
деятельности.
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
При выполнении самостоятельной работы студенты имеют
возможность
пользоваться
специализированными
источниками,
приведенными в разделе: 9. «Учебно – методическое и информационное
обеспечение дисциплины».
7. Средства текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины
(фонд оценочных средств)
Для текущей оценки качества освоения дисциплины и её отдельных
модулей разработаны и используются следующие средства:
– список контрольных вопросов по каждой лабораторной работе;
– комплект тестов из вопросов, приведенных в рабочей программе;
– методические указания к лабораторным работам с разъяснениями:
«что значит подготовиться к работе?»
7.1. Требования к содержанию экзаменационных вопросов
Экзаменационные билеты включают три типа заданий:
1. Задание в виде короткого теста;
2. Теоретический вопрос;
3. Творческое проблемно-ориентированное задание.
7.2. Примеры экзаменационных вопросов
1. В чем заключается системный подход в автоматизированном
проектировании (АП) ПС?
2. Какие преимущества дает применение САПР в процессе разработки ПС?
Ответ построить относительно структурной схемы жизненного цикла ПС
(совокупность этапов и стадий).
3. Какие проектные процедуры выполняются с применением САПР? В
качестве ответа привести классификацию проектных процедур. Для каждой
процедуры привести краткую характеристику.
4. Как можно формально описать технический процесс через математические
операторы? Привести пример описания любого технического процесса.
5. Что включает в себя информационная модель процесса АП ПС?
6. В чем заключается анализ чувствительности? Дать развернутый ответ.
7. Какие количественные показатели функций параметрической
чувствительности (ФПЧ) используются в процессе АП ПС?
8. Какие существуют методы получения ФПЧ? Провести сравнительный
анализ.
9. Каким образом можно выразить малые вариации выходных характеристик
ПС через абсолютные ФПЧ?
10. Каким образом можно использовать матрицу относительных ФПЧ для
принятия решения в процессе АП? Привести пример.
11. В чем заключается отличие методов преобразованной и сопряженной
моделей получения ФПЧ? Привести сравнительный анализ.
12. В чем состоит сущность получения ФПЧ методами вариации параметров
и непосредственного дифференцирования? Привести примеры.
13. Какие расчетные модели физических процессов в ПС применяются в
процессе АП?
14. Какие компоненты (активные и пассивные) входят в состав
топологических моделей, представляемых в виде ненаправленных графов?
Привести примеры компонентов моделей.
15. В чем заключается сущность метода аналогий при исследовании
физических процессов в ПС путем математического моделирования?
16. Какие существуют методы оптимизации? Привести классификацию
методов.
17. Какие градиентные методы оптимизации наиболее часто применяются в
САПР ПС?
18. В чем заключается сущность метода конечных разностей (МКР)?
19. В чем заключается сущность метода конечных элементов (МКЭ)?
20. В чем достоинства и недостатки методов МКР и МКЭ? Провести
сравнительный анализ методов.
21. В чем заключается иерархическое математическое моделирование
электрических характеристик ПС? Привести пример алгоритма.
22. В чем заключается иерархическое математическое моделирование
тепловых характеристик ПС? Привести пример алгоритма.
23. В чем заключается иерархическое математическое моделирование
механических характеристик ПС? Привести пример алгоритма.
24. Каким образом можно построить процесс совместного моделирования
электрических и тепловых характеристик ПС на основе двух автономных
подсистем? Ответ привести в виде алгоритма и краткого его описания.
25. Классификация электрических моделей ЭРЭ.
26. Какие модификации может иметь модель Эберса – Молла
полупроводникового диода?
27. Какие модификации может иметь модель Эберса – Молла биполярного
транзистора?
28. Какие модификации может иметь модель транзистора Гуммеля –Пуна?
29. Каким образом в электрической модели Эберса – Молла п/п диода и
транзистора учитываются температурные воздействия?
30. В чем заключается макромоделирование функциональных узлов ПС?
31. Представить схему классификации методов макромоделирования ПС.
32. В чем заключается метод упрощения полной модели при
макромоделировании ПС?
33. В чем заключается принцип подобия, используемый при построении
макромодели ПС?
34. В чем заключается метод редукции при построении макромодели ПС?
35. Изложить постановку задачи идентификации параметров моделей ЭРЭ.
36. В чем заключаются основные достоинства виртуальных измерительных
приборов, созданных на основе компьютерных измерительных технологий?
37. Как можно учесть эффект рассеивания механической энергии в материале
печатной платы? Показать на примере распределенной динамической модели
печатного узла, построенной на основе бигармонического уравнения.
Рассматривать частотную область.
38. Какие существуют методы формирования математических моделей (для
матричного вида)?
39. Какие существуют методы анализа математических моделей,
представленных в матричном виде?
40. Каким образом можно построить алгоритм решения нелинейных систем
алгебраических уравнений (СНАУ) на основе итерационных методов
решения систем линейных алгебраических уравнений?
41. В чем заключаются отличия метода простых итераций и метода Ньютона
– Рафсона?
42. В чем заключается проблема разреженности матриц параметров САУ?
43. Какие методы упорядочения разреженных матриц применяются в САПР?
44. Какие подходы используются при анализе интегро-дифференциальных
уравнений?
45. Каким образом строится алгоритм анализа безотказности ПС по
постепенным отказам?
46. Каким образом строится алгоритм анализа безотказности ПС по
внезапным отказам?
47. Какую структуру имеет модель безотказности ЭРЭ по внезапным
отказам? Привести структуру модели и дать краткую характеристику параметрам модели.
48. Каким образом строится алгоритм иерархического анализа безотказности
ПС по внезапным отказам? Привести алгоритм и краткое его описание.
49. Каким образом можно смоделировать отклонение выходных
характеристик ПС от тепловых воздействий? Рассмотреть математический
аппарат и привести алгоритм моделирования.
50. Какие основные действия над множествами осуществляются в процессе
топологического АП (ТАП) ПС?
51. Каким образом при помощи графов описываются объекты в процессе
ТАП ПС?
52. Какие способы задания графов используются в задачах ТАП ПС?
53. Какие существуют методы компоновки в задачах ТАП ПС?
54. Какие существуют методы размещения элементов на монтажном
пространстве в задачах ТАП ПС? Какие при этом применяются критерии?
55. Какие модели монтажного пространства используются в задачах ТАП
ПС?
56. Какие критерии используются при решении задачи трассировки?
57. Какие отличия имеют следующие алгоритмы трассировки: алгоритм
путевых координат, алгоритм кодирования по модулю 3 и алгоритм Акерса?
58. В чем заключается трассировка соединений на основе метода встречной
волны?
59. Какие достоинства и недостатки имеют алгоритм Абрайтиса и алгоритм
Ли?
60. В чем заключается сущность метода трассировки по магистралям?
61. В чем заключается сущность метода канального алгоритма трассировки?
62. Каким образом строятся экспертные системы? Привести обобщенную
структурную схему.
63. Как представляются знания в экспертных системах при помощи правил
"И" и (или) "ИЛИ"?
64. Каким образом представляются фреймами знания в экспертных системах?
65. Каким образом сроится сцепленный список «объект – значение»?
Привести пример.
66. Для чего используется коэффициент определенности в экспертных
системах? Привести 2–3 примера.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Входной контроль и текущий контроль качества освоения отдельных
тем и модулей дисциплины осуществляется на основе рейтинговой системы.
Этот контроль осуществляется в течение семестра. Рубежный контроль
проводится 2-3 раза в семестре в соответствии с планом учебного отдела
Института неразрушающего контроля. Качество усвоения материала
дисциплины оценивается в баллах в соответствии с рейтинг – планом.
Экзамен производится в конце семестра и также оценивается в баллах.
Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в
течение семестра и баллов, полученных в конце семестра по результатам
зачета или экзамена. Максимальный балл контролей в семестре составляет 60,
экзамен – 40; максимальный итоговый рейтинг – 100 баллов.
Информация о допуске студентов к сдаче зачета или экзамена
предоставляется в учебный отдел института за день до намеченной сдаче
зачета (экзамена) в письменном виде или отмечается в журналах аттестации с
пометкой «допущен» (при количестве баллов, меньшем 60, но при
выполнении всех обязательных видов работ по дисциплине).
Окончательная оценка успехов студента по дисциплине выставляется в
зачетную книжку в 5-бальной системе после сдачи зачета или экзамена в
письменной форме или при необходимости в кредитной системе.
Рейтинг-план дисциплины приведен в Приложении.
8. Учебно-методическое
(дисциплины)
и
информационное
обеспечение
модуля
Дисципл
ина
Институт
Кафедра
Информационные технологии в
приборостроении
Институт неразрушающего
контроля
Точного приборостроения
Семестр
Группы
Препода
ватель
группы № 1МБ11, 1МБ12,
1МБ13, 1МБ14, 1МБ15
Бориков Валерий Николаевич,
доцент
Костюченко Тамара Георгиевна
Число
недель
Кол-во
кредитов
Лекции, час
Практич.
занятия, час
Лаб.работы,
час.
18
4
9
0
63
Всего аудит.работы,
час
Самост.рабо
та, час
108
ВСЕГО,
час
72
18
0
Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины) в течение семестра
Текущий контроль
Недели
Теоретический материал
1
2
3
4
5
6
7
Название
модуля
Тем
ы
лекц
ий
Системный
подход к
проектиров
анию
приборов и
систем (ПС)
средствами
компьютер
ных
технологий
Математиче
ские
модели
физических
процессов и
методики
для
проектиров
ания ПС
Математиче
ские
модели
физических
процессов и
методики
для
проектиров
ания ПС
Автоматиза
ция схемнотопологичес
Контро
лир.
Матер.
*
Практическая деятельность
Бал
лы*
Название
лаборатор
ных работ*
Бал
лы*
Лекц
ия 1
Лекц
ия 2
3
Лаборатор
ная работа
1
Лекц
ия 3
Лекц
ия 4
Лекц
ия 5
3
Темы
практическ
их занятий
(решаемы
е задачи)*
Бал
лы*
Проблемн
оориентир
ованные
задания
(НИРС в
рамках
дисципли
ны и др.)*
Бал
лы*
Ит
ог
о
Бал
лы*
3
Индивид
уальные
задания
(рубежны
е
контроль
ные
работы,
рефераты
и т.п.)*
ИДЗ-1
3
9
Лаборатор
ная работа
2
3
ИДЗ-2
3
9
Лаборатор
ная работа
3
3
ИДЗ-3
3
Лаборатор
ная работа
4
3
ИДЗ-4
3
2
6
6
8
кого
проектиров
ания ПС
Всего по контрольной точке (аттестации)
9
1
0
1
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
1
7
1
8
30
Автоматиза
ция схемнотопологичес
кого
проектиров
ания ПС
Лаборатор
ная работа
5
3
ИДЗ-5
3
6
Технологии
информаци
онной
поддержки
жизненного
цикла ПС
Технологии
информаци
онной
поддержки
жизненного
цикла ПС
Лаборатор
ная работа
6
3
ИДЗ-6
3
6
Лаборатор
ная работа
7
3
ИДЗ-7
3
6
Технологии
информаци
онной
поддержки
жизненного
цикла ПС
Стандартны
е системы и
ППП для
решения
задач
приборостр
оения
Лаборатор
ная работа
8
3
ИДЗ-8
3
6
Лаборатор
ная работа
9
3
ИДЗ-9
3
6
Итоговая текущая аттестация
60
Экзамен (зачет)
40
Итого баллов по дисциплине
10
0
" 1 "сентября
2011 г.
Зав.кафедрой В.Н. Бориков
Преподаватель В.Н. Бориков, Костюченко
Т.Г.
Основная литература
1. Белоусов,
Б.
Н.
Автоматизация
проектирования
устройств
измерительной техники / Б. Н. Белоусов, А. И. Забарный, Ю. М. Туз и др.
– Киев : Выща шк. Головное изд-во, 1988. – 288 с.
2. Норенков, И. П. Информационная поддержка наукоемких изделий.
CALS-технологии / И. П. Норенков, П. К. Кузьмик. − М. : Изд-во МГТУ
им. Н. Э. Баумана, 2002. − 320 с. : ил.
3. Влах, И. Машинные методы проектирования электронных схем : пер. с
англ. / И. Влах, К. Сингхал. − М. : Радио и связь, 1988. − 560 с.
4.
5.
6.
7.
Кофанов, Ю. Н. Автоматизация проектирования РЭС. Топологическое
проектирование печатных плат : учеб. пособие / Ю. Н. Кофанов,А. В.
Сарафанов, С. И. Трегубов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Радио и
связь, 2001. – 220 с.
Жаднов, В. В. Управление качеством при проектировании
теплонагруженных радиоэлектронных средств / В. В. Жаднов, А. В.
Сарафанов. – М.:СОЛОН-Пресс, 2004. – 464 с..
Хайнеман, Р. Моделирование работы электронных схем : пер.с нем. / Р.
Хайнеман. – М. : ДМК Пресс, 2005. – 336 с. : ил.
11. Потапов, Ю. В. Protel DXP / Ю. В. Потапов. – М. : Горячая линия –
Телеком, 2006. – 276 с. : ил.
Дополнительная
1. Яцюк, О. Г. Компьютерные технологии в дизайне. Эффективная
реклама: науч. изд. / О. Г. Яцюк, Э. Т. Романычева. – СПб. : БХВ–
Петербург, 2004. – 432 c.
2. Болотовский, Ю. И. OrCAD. Моделирование. «Поваренная» книга /Ю. И.
Болотовский, Г. И. Таназлы. – М. : СОЛОН-Пресс, 2005. – 200 c.
3. Петраков, О. М. Создание аналоговых PSPICE-моделей радиоэлементов /
О. М. Петраков. – М. : ИП РадиоСофт, 2004. – 208 c. : ил.
Нормативно-техническая документация
1. ГОСТ Р ИСО 10303-1–99. Системы автоматизации производства и их
интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Ч. 1.
Общие представления и основополагающие принципы. – М.: Госстандарт
России, 1999.
2. ГОСТ Р ИСО 10303-21-99. Системы автоматизации производства и их
интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. –
М.: Госстандарт России, 1999.
3. ГОСТ Р ИСО 10303-31-2002. Системы автоматизации производства и их
интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. –
М.: Госстандарт России, 2002. интеграция. Представление данных об изделии
и обмен этими данными. – М.: Госстандарт России, 1999.
4. ГОСТ 2.052-2006. Единая система конструкторской документации.
Электронная модель изделия. – М.: Госстандарт России, 2006.
5. СТО 4.2-07–2008. Система менеджмента качества. Общие требования к
построению, изложению и оформлению документов учебной и научной
деятельности / разраб. Т. В. Сильченко, Л. В. Белошапко, В. К. Младенцева,
М. И. Губанова. – Введ. впервые 09.12.2008. – Красноярск : ИПК СФУ, 2008.
–47 с.
9. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
Лабораторные работы проводятся в специализированных учебных
лабораториях кафедры Точного приборостроения (аудитории 105 и 212 4
учебного
корпуса
ТПУ).
Лаборатории
оснащены
современным
оборудованием, позволяющим проводить практические и лабораторные
занятия. При проведении лабораторных работ используется лицензионное
программное обеспечение CATIA, ALTIUM DESIGNER, LabVIEW,
MULTISIM, COMSOL.
Лекции читаются в учебных аудиториях 1-го корпуса ГОУ ВПО НИ
ТПУ.
Студенты полностью обеспечены учебными и методическими
материалами, разработанными на кафедре для организации их обучения и
контроля его результатов.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки 200100
«Приборостроение».
Программа
одобрена
на
заседании
кафедры
«Точного
приборостроения» (протокол № ___ от 15 сентября 2011 г.).
Автор
Доцент кафедры ТПС ИНК Бориков В.Н.
Рецензент Доцент доцент кафедры ТПС ИНК Гормаков А.Н.
* приложение – Рейтинг-план освоения модуля (дисциплины)