Программа вступительного испытания в магистратуру по направлению 211000.68 «Конструирование и технология электронных средств»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. Н. ТУПОЛЕВА-КАИ

"Утверждаю"

ректор университета

_________ A. X. Гильмутдинов

"__"______ 20___ г.

Программа

вступительного испытания в магистратуру

по направлению 211000.68

«Конструирование и технология электронных средств»

(магистерская программа: «Информационные технологии проектирования электронно-вычислительных средств»)

Казань 2013

1.  Цели и задачи вступительного испытания

Вступительное испытание проводится в форме экзамена. В соответствии с требованиями ФГОС, учебного плана и учебных программ на вступительное испытание вынесены вопросы двух дисциплин профессионального цикла «Основы конструирования электронных средств» (Б3.Б.8) и «Информационные технологии проектирования электронных средств» (Б3.В. ДВ.1), которые обеспечивают выполнение основных требований ФГОС к уровню освоения компетенций подготовки бакалавров направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств».

Целью вступительного экзамена является оценка уровня освоения учебных дисциплин и компетенций ООП ВПО направления подготовки 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств», определяющие профессиональные качества выпускника бакалавра.

Задачами вступительного экзамена являются:

- проверка соответствия уровня подготовки поступающих в магистратуру требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки 211000.68 «Конструирование и технология электронных средств» (квалификация (степень) «магистр»);

- совершенствование знаний абитуриентов, желающих обучаться в магистратуре по направлению подготовки 211000.68 «Конструирование и технология электронных средств».

2. Требования к результатам освоения основных образовательных программ бакалавриата для поступающих в магистратуру

Абитуриент должен обладать следующими компетенциями:

- способностью использование основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);

- способностью владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

- способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);

- готовностью учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ПК-3);

- способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

- способностью собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-6);

- способностью владеть элементами начертательной геометрии и инженерной графики, применять современные программные средства выполнения и редактирования изображений и чертежей и подготовки конструкторско-технологической документации (ПК-7);

-способностью проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектов конструкций электронных средств (ПК-8);

- готовностью осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, узлов и модулей электронных средств (ПК-9);

- готовностью выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и модулей электронных средств в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования (ПК-10);

-способностью разрабатывать проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы (ПК-11);

- готовностью осуществлять контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-12);

- способностью осуществлять сбор и анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в области конструирования и технологии электронных средств, проводить анализ патентной литературы (ПК-18);

-способностью моделировать объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследования (ПК-19);

-готовностью проводить эксперименты по заданной методике, анализировать результаты, составлять обзоры, отчеты (ПК-20);

-готовностью формировать презентации, научно-технические отчеты по результатам выполненной работы, оформлять результаты исследований в виде статей и докладов на научно-технических конференциях (ПК-21);

- готовностью внедрять результаты исследований и разработок и организовывать защиту прав на объекты интеллектуальной собственности (ПК-22).

3. Содержание программы вступительного экзамена

Программа вступительного испытания в магистратуру по направлению 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств» включает два раздела: «Основы конструирования электронных средств» и «Информационные технологии проектирования электронных средств».

3.1. Основы конструирования электронных средств

Общие вопросы конструирования. Модульный принцип конструирования. Конструктивная иерархия узлов и устройств электронных средств (ЭС). Уровни коммутации. Базовые несущие конструкции. Стандартизация при модульном конструировании. Тенденции развития.

Требования к конструкциям ЭС и показатели их качества. Условия эксплуатации и их влияние на конструкцию ЭС. Абсолютные, комплексные, удельные и относительные показатели качества конструкции. Системный подход к конструированию. Внешние факторы, влияющие на работоспособность ЭС: климатические, механические, радиационные. Основные характеристики внешних воздействующих факторов.

Классификация ЭС по объектам установки. Основные этапы жизненного цикла ЭС. Стационарные, портативные и транспортируемые ЭС. Характеристики объектов установки ЭС. Основные характеристики этапов жизненного цикла ЭС: проектирование – производство – эксплуатация – утилизация. Шифры изделий ЭС. Этапы разработки ЭС. Конструкторская и технологическая документация.

Модули нулевого уровня. Типы и подтипы корпусов микросхем. Особенности использования корпусов со штыревыми, планарными и матричными выводами. Безвыводные корпуса. Материалы корпусов. Конструктивные особенности корпусов и их связь с системами охлаждения. Корпуса интегральных схем ИС для технологии поверхностного монтажа. Микросборки.

Конструирование печатных плат (ПП). Однослойные, двухслойные и многослойные ПП: конструктивно – технологические особенности, материалы, области применения. Классы точности, размеры ПП. Системы координат, сетка, монтажные и переходные отверстия.

Компоновка элементов на ПП. Конструкторско – технологические зоны функциональной ячейки. Выбор вариантов установки навесных элементов на ПП. Оформление конструкторской документации на ПП и функциональную ячейку.

Особенности конструирования ПП с поверхностно - плоскостным монтажом компонентов. Технология поверхностного монтажа. Пайка волной припоя: размещение компонентов поверхностного монтажа. Пайка в парогазовой фазе, инфракрасным нагревом, лазерным излучением. Особенности проектирования посадочного знакоместа компонента. Проектирование коммутирующих дорожек и межслойных переходов.

Компоновочные схемы и конструкции блоков. Общие требования к компоновке. Назначение, виды, ориентация и размеры внутриблочных зон. Сравнительный анализ видов компоновки. Виды раскрытия блоков: выдвижной, книжный, откидной и этажерочный. Основные конструктивные элементы блоков различного вида раскрытия. Составление схем компоновки.

Конструирование корпусов модулей II уровня. Рациональный выбор формы блока. Металлические корпуса на основе каркаса и гнутого листа. Корпуса из пластмасс. Материалы. Конструктивные особенности штампованных и литых корпусных деталей. Направляющие элементы. Условия перемещения модулей по направляющим.

Конструирование элементов несущих конструкций. Рациональный выбор профилей несущих конструкций. Прочность и жесткость элементов несущих конструкций. Выбор рациональных сечений элементов. Снижение массы несущих конструкций. Виды крепежных элементов, их фиксация.

Виды электрических соединений. Конструктивно – технологические варианты исполнения электрических соединений. Пайка элементов на ПП. Конструкции сигнальных линий передач: монтажные провода, печатные проводники, свитая пара, коаксиальный кабель. Гибкие печатные шлейфы. Эксплуатационные свойства. Варианты конструктивного исполнения и способов крепления к ПП. Разводка линий передач.

Волоконно – оптические линии передач. Конструкция световода. Схема передачи оптического сигнала. Задержка и искажение сигнала на выходе световода. Конструкции оптического кабеля и основные характеристики. Источники и приемники излучения. Проблемы, связанные с конструированием и эксплуатацией волоконно – оптических линий передач.

Электрические контакты в ЭС. Классификация контактов. Разъемные электрические соединители. Виды контактных пар. Механические и электрические характеристики, конструктивные особенности. Выбор электрических соединителей для объединения модулей I и II уровня. Непаяные электрические контакты и соединения: накрутка, термипойнт, обжатие, врезание, эластичное соединение. Место электрических соединений в технологии ЭС.

Способы переноса тепловой энергии. Основные механизмы передачи тепла. Теплопроводность. Естественная конвекция в неограниченном и ограниченном пространстве. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел и при течении газ в каналах. Критерии подобия и критериальные уравнения. Лучистый теплообмен. Одновременный перенос тепла кондукцией, конвекцией, излучением. Электротепловая аналогия.

Тепловое моделирование конструкций ЭС. Метод изотермических поверхностей. Виды нагретых зон в ЭС. Метод последовательных приближений и тепловой характеристики. Предварительный выбор системы охлаждения. Основные понятия о коэффициентном методе расчета теплового режима. Тепловое моделирование ЭС с воздушным охлаждением.

Защита конструкций от механических воздействий. Классификация механических воздействий. Показатели вибропрочности. Построение расчетных моделей функциональных ячеек на печатных платах. Применение рамок жесткости на модулях ЭС. Способы виброзащиты. Основные виды и характеристики амортизаторов. Схемы рационального монтажа амортизаторов. Условия эффективного использования и порядок расчета виброизоляции конструкции.

Защита ЭС от воздействия влаги и пыли. Влияние влаги на ЭС и общие методы влагозащиты. Влагозащитные металлические и неорганические покрытия. Типовые детали и материалы их изготовления. Свойства покрытий и особенности их применения для деталей ЭС. Влагозащитные лакокрасочные покрытия.

Разъемные соединения при герметизации. Защита узлов от влаги пропиткой, заливкой, обволакиванием и опрессовкой. Герметизация неразъемных корпусов блоков ЭС. Виды разъемных соединений: с самоуплотнением и принудительным уплотнением. Расчет разъемных соединений герметизации: размеров уплотнительной прокладки и профиля канавки. Герметизация электрических соединителей и выходов жгута.

Основы технологии сборки ЭС. Связь конструкции с технологией изготовления и сборки ЭС. Разработка схемы сборки – первый этап отработки конструкции на технологичность. Схема сборки с базовой деталью и схема веерного типа. Области применения. Условные обозначения при построении схем.

Сборочные размерные цепи. Замыкающее звено. Построение размерных цепей. Расчет размерных цепей по методу максимума и минимума. Законы распределения погрешностей замыкающего звена. Расчет размерных цепей по вероятностному методу. Методы достижения точности замыкающего звена.

Литература

1. Григорьян электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники: учеб. пособие для студентов вузов.- Ростов н/Д: Феникс, 200с.

2. Дроздиков несущих конструкций электронных средств: учеб. пособие. - Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 200с.

3. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры : учебник для вузов / , , [и др.]; Под общ. ред. .- М.: Изд-во МГТУ им. , 200с.

4. Пирогова и технология печатных плат: учебник для студентов вузов. - М. : Форум : Инфра-М, 200с.

5. Конструирование радиоэлектронных средств: учеб. пособие для студентов вузов / , , ; Под ред. . - М. : Изд-во МАИ, 199c.

6. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры / , , [и др.]; Под ред. .- М.: Радио и связь, 198с.

7. , Шахнов электронных вычислительных машин и систем : учебник для втузов.- М.: Высш. школа, 198с.

8. Дроздиков способы защиты электронных узлов на печатных платах от механических воздействий : учеб. пособие для практ. занятий, самост. работы, курсового и дипломного проектирования.- Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 200с.

9. Медведев и монтаж электронных устройств.– М.: Техносфера, 200с.

3.2. Информационные технологии проектирования электронных средств

Основные понятия и определения. Необходимость автоматизации проектирования. Информационные связи и системный подход. Основные этапы проектирования электронно-вычислительных средств (ЭВС). Электронная (безбумажная) форма ведения конструкторско-технологической документации. Нисходящее и восходящее проектирование.

Принципы автоматизации проектирования. Принципы и этапы проектирования. Классификация задач проектирования, их формализация. Основные принципы и методология применения информационных технологий. Особенности проектирования с использованием информационных технологий. Уровни сложности ЭВС и уровни автоматизированного проектирования.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) ЭВС. Назначение, состав и архитектура САПР. Платформа САПР как комплекс ИТ. Виды обеспечения и классификация САПР. Примеры САПР для разработки современных конструкций и технологических процессов ЭВС. Перспективы развития автоматизированного проектирования. Эффективность применения САПР.

Математическое обеспечение анализа на макроуровне. Выбор методов анализа во временной области. Алгоритм численного интегрирования систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Методы решения систем нелинейных алгебраических уравнений. Методы решения систем линейных алгебраических уравнений. Анализ в частотной области. Многовариантный анализ. Организация вычислительного процесса в универсальных программах анализа на макроуровне.

Математическое обеспечение анализа на микроуровне. Математические модели на микроуровне. Методы анализа на микроуровне. Метод конечных элементов в программах анализа механической прочности. Структура программ анализа по методам конечных элементов на микроуровне.

Математическое обеспечение анализа на системном уровне. Основные сведения из теории массового обслуживания. Аналитические модели систем массового обслуживания. Пример аналитической модели. Имитационное моделирование систем массового обслуживания. Событийный метод моделирования. Краткое описание языка GPSS. Сети Петри. Анализ сетей Петри.

Математическое обеспечение параметрического синтеза проектных решений. Постановка задач параметрического синтеза. Основные понятия и критерии оптимизации. Классификация методов математического программирования. Методы одномерной оптимизации. Методы безусловной оптимизации. Необходимые условия экстремума. Методы поиска условных экстремумов. Градиентный метод. Овражный метод. Метод сопряженных градиентов. Метод множителей Лагранжа Методы экспериментальной статистической оптимизации.

Математическое обеспечение структурного синтеза проектных решений. Постановка задач структурного синтеза. Процедуры синтеза проектных решений. Задачи принятия решений. Представление множества альтернатив. Морфологические таблицы. Альтернативные графы. Система исчисления в задачах структурного синтеза. Планирование процессов и распределение ресурсов. Метод ветвей и границ.

Применение графов для создания моделей ЭВС. Граф: вершина, ребро, ориентированный, неориентированный, планарный, плоский, подграф, суграф. Понятия смежности вершин, инцидентности. Матрицы смежности, инцидентности. Маршрут, путь(простой, элементарный, замкнутый). Раскраска графа. Граф-решетка, гиперграф, мультиграф, граф Кёнига. Представление схемы в виде мультиграфа, гиперграфа.

Задачи компоновки, типизации, покрытия. Постановка задачи компоновки. Постановка задач типизации и покрытия. Решение задачи типизации. Решение задачи покрытия заданным набором типовых конструктивных модулей. Последовательные алгоритмы компоновки. Итерационные алгоритмы компоновки. Критерии качества компоновки.

Задача размещения конструктивных модулей в монтажном пространстве. Постановка задачи размещения конструктивных модулей в коммутационном пространстве. Классификация методов и алгоритмов размещения. Размещение разногабаритных модулей.

Трассировка соединений с помощью построения деревьев. Основные понятия и определения. Граф-решетка. Задача Штейнера. Кратчайшие покрывающие деревья (КПД). Алгоритм построения КПД Прима. Алгоритм построения КПД Штейнера.

Многослойная трассировка. Очередность прокладки соединений. Постановка задачи. Распределение соединений по слоям. Расслоение до трассировки, во время трассировки или после трассировки межсоединений. Волновой алгоритм Ли. Лучевой алгоритм трассировки и его модификации.

Канальная трассировка. Постановка задачи. Определение канала. Канальная трассировка методом стволов и ветвей. Метод левого края.

Генетические алгоритмы и их применение для решения задач конструкторского проектирования ЭВС. Основные понятия и определения. Системы скрещивания, определяющие подбор особей в родительскую пару. Виды мутации. Схемы формирования популяций следующих поколений. Базовая структура генетического алгоритма. Представление (кодирование) решений. Генетические алгоритмы компоновки, размещения, трассировки. Размещение блоков неодинаковой геометрии на БИС.

Программное обеспечение САПР. Классификация программных средств, используемых при проектировании ЭВС. Обзор и характеристики существующих пакетов программ автоматизированного проектирования ЭВС. Специализированные пакеты прикладных программ для создания схем электрических принципиальных, моделирования их работы, проектирования печатных плат, размещения цифровой электрической схемы в устройствах ПЛИС.

Принципы организации САПР с элементами искусственного интеллекта. Архитектура интеллектуальных САПР. Количественные и качественные характеристики интеллектуальных САПР. Комплексные интеллектуальные САПР для разработки современных конструкций ЭВС и технологических процессов.

Технические средства САПР. Классификация технических средств. Автоматизированные рабочие места и рабочие станции. Вычислительные сети и их классификация. Машинные носители информации, виды каналов связи средств вычислительной техники. Технические средства сетевых ИТ. Рекомендации по выбору технических средств информационных технологий проектирования ЭВС.

Вычислительные системы в САПР. Архитектура многопроцессорных вычислительных систем. Проектирование параллельных процессов. Концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем.

Информационное обеспечение объекта проектирования. CALS-технологии. Основные понятия и определения. Модели данных: реляционная, иерархическая, сетевая. Их основные достоинства и недостатки. Базы данных, система управления базами данных. Информационное взаимодействие программ. Информационные CALS-технологии поддержки электронных средств на всех этапах жизненного цикла. Автоматизированные рабочие места проектировщиков.

Литература

1. Воронова технологии проектирования электронных вычислительных средств : Учеб. пособие.- Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та им. , 200c.

2. Воронова алгоритм при автоматизации конструкторского проектирования электронных средств: Учеб. пособие.- Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та им. , 2001.- 35с.

3. , Андрейчикова информационные системы: Учеб. для студентов вузов.- М.: Финансы и статистика, 200с.

4.  Норенков, И. П.   Основы автоматизированного проектирования: учебник. - 4-е изд., доп. и перераб. - М. : Изд-во МГТУ им. , 20с.

5. Савельев -технологическое обеспечение производства ЭВМ : учеб. пособие для вузов.- М.: Высш. школа, 200с.

6. , Чермошенцев проектирования топологии СБИС : учеб. пособие для вузов.- Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та им. , 200с.

7. Олифер сети. Принципы, технологии, протоколы: учеб. пособие для студ. вузов.- 3-е изд.- СПб.: Питер, 200с.

8. Хомоненко, А. Д.   Базы данных: учебник для ВУЗов / , , . - 5-е изд., доп. - М. ; СПб. : Бином-Пресс : КОРОНА принт, 20с.

9. Сучков, Д. И.   Основы проектирования печатных плат в САПР P-CAD 4,5, P-CAD 8.5-8.7 и ACCEL EDA: монография. - М. : Горячая линия-Телеком, 20с.

Программа вступительного испытания согласована:

Проректор по ОД __________ //

Директор УМЦ __________ //

Директор ИТКИ __________ /

Заведующий кафедрой ИТП ЭВС __________//