- •Кафедра «Персональной Электроники»
- •Планы лекций:
- •Тексты лекций.
- •Содержание
- •Глава 1. Введение. Основные положения.
- •1.1. Цель, задачи и особенности курса.
- •1.2. Основные понятия дисциплины.
- •1.3. План изучения курса.
- •Контрольные вопросы к главе 1.
- •Глава 2. Системное представление объектов проектирования.
- •2.1. Понятие технической системы.
- •2.2. Системное представление рэс.
- •2.2.1. Принципы, элементы и отношения в рэс.
- •2.2.2. Классификация частей (подсистем) рэс.
- •2.3. Оценка потребительских свойств ти. Качество тс.
- •Контрольные вопросы к главе 2.
- •Глава 3. Проектирование и конструирование технических систем.
- •3.1. Понятия инженерного проектирования.
- •3.1.1. Представления о понятии "проектирование".
- •3.1.2. Синтез, анализ и принятие решений.
- •3.2. Уровни сложности проектных задач.
- •3.3. Уточнение представлений о проектировании и конструировании рэс.
- •Контрольные вопросы к главе 3.
- •Глава 4. Средства инженерного проектирования.
- •4.1. Классификация средств ип.
- •4.2. Методы проектирования тс
- •4.3. Повышение эффективности проектирования тс.
- •4.3.1. Интенсификация творчества при проектировании тс.
- •4.3.2. Повышение эффективности математических методов проектирования.
- •4.4. Современные средства ип.
- •Контрольные вопросы к главе 4.
- •Глава 5. Тенденции развития инженерного проектирования.
- •5.1. Этапы жизни тс и рэс.
- •5.2. Развитие конструкций и процессов конструирования рэс.
- •5.2.1. Этапы развития рэ.
- •5.2.2. Функционально-узловой принцип проектирования рэс.
- •5.3. Противоречия развития.
- •5.4. Современное состояние ип и конструирования.
- •5.4.1. Иерархия конструкций.
- •5.4.2. Роль микроэлектроники и стандартизации
- •Контрольные вопросы к главе 5.
Контрольные вопросы к главе 1.
Что является объектом изучения курса?
Цель и задачи курса ОП РЭС.
Необходимость системного подхода при изучении.
Особенность курса по сравнению с другими, изучаемыми в рамках подготовки по специальности 20.08.
Суть системного подхода в технике.
Основные понятия дисциплины.
Содержание и план курса.
Группы качеств, необходимых современному инженеру-проектировщику РЭС.
Что из необходимых профессиональных качеств конструктора приобретается в вузе, а что нет?
Глава 2. Системное представление объектов проектирования.
Понятие РЭС уже неоднократно использовалось прежде. В данном случае необходимо упорядочить все уже известные знания о РЭС и попытаться найти новые, необходимые для "правильного" проектирования РЭС. Для чего надо рассмотреть РЭС с более общих позиций.
В последнее время пытаются дать определение РЭС и конструкции с точки зрения методологии и теории систем. Такой подход дает возможность в более общем виде представить любые РЭС, с более общих позиций анализировать как сам аппарат, так и его конструкцию, и на базе такого системного анализа осуществлять проектирование РЭС. С подобных позиций будет трактоваться конструкция РЭС и в данном случае.
Ранее было установлено, что применение системного подхода к рассмотрению объекта изучения - насущная необходимость. В следующем параграфе будут рассмотрены некоторые вопросы проектирования РЭС с системных позиций. Начнем с введения понятия системы.
2.1. Понятие технической системы.
В курсе часто придется оперировать терминами "система", "системный подход" и т.д. Определим, что означают эти термины, какие понятия за ними стоят.
Понятие системы различными авторами определяются по-разному, т.к. оно, строго говоря, является аксиоматическим. Во всех определениях подчеркивается, что система представляет собой целостный комплекс взаимосвязанных объектов (элементов), что она имеет определенную структуру и взаимодействует с некоторой средой. Для описания и анализа используют различные модели систем.
В теоретико-множественных терминах система S, заданная на семействе множеств определяется некоторым подмножеством декартова произведения с помощью семейства отношений (например, унарных, бинарных, тернарных и т.д.) R, R = {R1,R2,...Rn}, т.е. S = {Гs,R}.
Напомним, что унарные R1, бинарные R2, тернарные R3, ..., n-нарные отношения Rn, различаются тем, что связывают (охватывают) они соответственно один, два, три, ... , n элементов Г. (рис.2.1).
Рис.2.1. Виды отношений в системе.
Проиллюстрируем сказанное простым примером. Определить понятие "элемент" и "отношение" в общем случае затруднительно. Смысл понятия "элемент" интуитивно ясен. Смысл понятия "отношение" состоит в том, что между элементами существует объединяющее их свойство, связь, влияние одного элемента на другой. Проиллюстрируем сказанное простым примером.
ПРИМЕР 1. Система S - стол. Определим, что представляют собой в этом случае элементы Г и отношения R.
Г= ? Гs = ? R = ?
Рис.2.2. Система S - стол.
Г = {1,2}, где |
1 - крышка стола; |
|
2 - ножка стола. |
хГ= {1,2}x{1,2} = {(1,1)},{(1,2)},{(2,1)},{(2,2)}
Гs С хГ ?
Гs = {(1,1)},{(1,2)},{(2,2)} - множество связанных между собой элементов.
R- свойство связи элементов 1 и 2: "ножка стола 2 крепиться снизу крышки стола 1, в центре крышки. Формы и размеры крышки и ножки стола указаны на чертеже".
В данной системе существуют отношения унарные R1 и бинарные R2, т.е. R={R1,R2}
R1 - показывает геометрические свойства элементов 1 и 2; в данном случае форму и размеры крышки и ножки стола.
R2 - свойства, объединяющие два элемента 1 и 2 в пространстве, т.е. свойства пар элементов {1,2} или {2,1}, в примере это размеры взаимного положения крышки и ножки.
Известно, что отношение R, заданное на прямом произведении множества хГ содержит по крайней мере одну постоянную составляющую, имеющую некоторое конкретное значение. Поэтому отношение R можно рассматривать как частный случай более общего отношения, в котором эта составляющая является свободной.
В отношениях, используемых в задачах анализа и синтеза, свободные составляющие принимают конкретные значения или являются одной функцией из множества функций. Считают, что такое отношение R определяется заданием некоторого более общего отношения, называемого структурой, и конкретным значением свободной составляющей, которая названа конституэнтой отношения: R={,E}, где - структура системы, а Е - множество конституэнт отношения. В соответствии с этим структура системы получается в результате обобщения отношения, описывающего систему, если положить конституэнты отношения свободными.
Под структурой системы S понимают совокупность (сеть, рисунок) взаимных отношений между элементами Г, а также между элементами Г и внешней средой.
Конституэнты Е отношений R в простейшем случае представляют собой значения параметров системы S, т.е. некоторые постоянные или известные функции в более сложных случаях.
ПРИМЕР 2. Стол - некоторая система S в пространстве.
Элементы Г: ножки стола, поверхность (крышка).
Отношения R: связи между поверхностью стола и ножками, между ножками стола.
Структура : конкретное указание (рисунок) стола без размеров.
Конституэнты Е: размеры крышки, ножек стола, расстояние между ножками.
-
1
2
3
Рис.2.3. Варианты структур для системы "стол".
ПРИМЕР 3. Человек - система S в пространстве.
Элементы Г: голова, туловище, руки, ноги и т.д.
Отношения R: форма, размеры элементов, указание рисунка их объединения в единое целое.
Структура : вид объединения (рисунок) элементов Г.
Конституэнты Е: размеры элементов, параметры их взаимного расположения.
-
1 - "вот и вышел человечек"
2 - "человек - ящик" предложен Кобо Абэ
Рис. 2.4. Варианты структур для системы "человек" в пространственном восприятии.
Теперь введем понятие технической системы (ТС) как обобщенного объекта проектирования.
Технической системой (ТС) S называют целостный комплекс элементов Г (частей, объектов), связанных между собой множеством R отношений, объединенных по определенному принципу П и предназначенный для решения технических задач, т.е.
S={П,Г,R}. Из общих положений
S={П,Г,,E},
Где - структура (схема) ТС S;
Е - конституэнты (параметры) ТС S.
Здесь и в дальнейшем под принципом П понимается основная особенность в организации, построении или действии ТС. В общем случае принципов (действия ТС, например) может быть несколько,
П ={p1, p2,..., pi, pк}, к 2.
ПРИМЕР 4. Печатная плата с установленными на ней ЭРЭ - система S в пространстве.
Элементы Г: плата, множество ЭРЭ, разъем.
Отношения R: совокупность форм, размеров элементов и указание способа их объединения (чертежа). Структура : чертеж ПП без указания размеров.
Конституэнты Е: размеры ПП, размеры ЭРЭ, размеры разъема.
1 - ЭРЭ, 2- разъем, 3 - ПП
Рис.2.5. Варианты структур для пространственной системы S - печатная плата
Принцип П: основное свойство, организующее множество элементов в единую пространственную систему S - объединение элементов на плоскости платы.
ПРИМЕР 5. Система S - простейшая схема усилителя.
Рис. 2.6. Система S - схема усилителя.
Элементы Г: Г={R1, R2, R3, R4, C1, C2, Тр, источник питания}
Структура : схема электрическая
Конституэнты Е: значения R1, R2, ...,параметры Тр, ..., Еn.
Принципы П:
р1 - преобразование энергии источника в энергию сигнала (сообщения);
р2 - использование особого элемента - транзистора - как усилительного элемента;
р3 - снятие полезного сигнала (сообщения) с сопротивления.
ТС можно считать известной (заданной, определенной), если определены принципы П ее организации, заданы элементы Г ее составляющие, известна структура и конституэнты Е связей в системе, т.е. задано множество S={П, Г, , Е}.
Определив понятие системы, представим себе РЭС в виде системы. Для этого сначала с формальных позиций систем определим РЭС, а затем неформально раскроем, что из себя представляют принципы, элементы, отношения, структура, конституэнты в данном случае.