Программа обучения по дисциплине (syllabus)

 

Титульный лист программы обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/37

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра физики и приборостроения

ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ (Syllabus)

Основы проектирования приборов и систем

для студентов специальности 5В071600 - «Приборостроение»

Павлодар

Лист утверждения программы обучения по дисциплине (Syllabus)

Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/38

УТВЕРЖДАЮ Декан факультета физики, математики и информационных технологий _________________ "___" __________2013г.

Составитель: ст. преподаватель _________

Кафедра физики и приборостроения

Программа обучения по дисциплине (Syllabus)

Основы проектирования приборов и систем

для студентов очной формы обучения специальности 5В071600 - «Приборостроение»

Программа разработана на основании рабочей учебной программы, утвержденной «___» _______________ 20__г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___»__________2013г.

Протокол № _______.

Заведующий кафедрой _____________ «___»__________2013г.

Одобрена учебно-методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «___» _________ 2013 г. Протокол №_____

Председатель УМС ___________ «___»______________2013г.

1 Сведения о преподавателях и контактная информация

Преподаватель: ст. преподаватель – лекционные, практические занятия, СРСП

Кафедра физики и приборостроения находится в ГУК (, А корпус), аудитория А-407А, контактный телефон 673626

2 Данные о дисциплине

Дисциплина изучается в 6,7 семестрах, продолжительностью 15 недель каждый. Общая трудоемкость дисциплины 6 кредитов, объемом 270 часов, из которых 90 часов отведено на занятия в аудитории и 180 часов – на самостоятельную работу студентов (СРС) по изучению дисциплины.

3 Трудоемкость дисциплины

Распределение аудиторного времени по видам занятий.

Семестр	Количество кредитов	Количество контактных часов по видам аудиторных занятий	Количество часов самостоятельной работы студента	Формы контроля
всего	Лекции	практи-ческие	лабора-торные	студий-ные	ндиви-дуаль-ные	всего	СРСП
6	3	45	15	30				90	34,5	Экзамен
7	3	45	15	30				90	34,5	Экзамен
Всего	6	90	30	60				180	69,0

4 Цель и задачи дисциплины

Цель дисциплины:

- изучение принципов построения приборов и систем и привитие навыков их проектирования.

Задачи дисциплины:

- дать основные сведения о физических основах и принципах построения приборов и систем и о перспективах их развития;

- изучить модели преобразования информации и сигналов в приборах и приборных системах;

- дать системный подход к проектированию приборов;

- изучить основные характеристики приборов и освоить методы их расчета и прогнозирования;

- изучить основные этапы проектирования приборов и тенденции их развития.

5 Требования к знаниям, умениям и навыкам

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- кодирование информации, ее форме ввода в приборы и системы с ЭВМ;

- информационно-измерительные и управляющие функции современных приборов и систем управления;

- классификацию приборов и систем, принципы построения, их основные элементы и блоки, отличительные особенности;

- основные задачи и стадии конструкторского проектирования и состав конструкторской документации.

В результате изучения дисциплины студенты должны уметь:

- разрабатывать функциональные и структурные схемы приборов и систем на системо и схемотехническом уровнях проектирования с определением физических принципов действия устройств, их структур и установлением технических требований на отдельные блоки и элементы;

- проектировать и конструировать различные типы систем, деталей и узлов на схемотехническом и элементном уровнях с использованием средств компьютерного проектирования; проведением проектных расчетов и технико-экономическим обоснованием конструкций;

- разрабатывать технологические процессы сборки и контроля блоков, узлов и деталей;

- составлять техническую документацию, включая инструкции по эксплуатации, программы испытаний, технические условия и др.;

- разрабатывать технические задания на проектирование отдельных узлов приспособ­лений, оснастки и специального инструмента

6 Пререквезиты

Для освоения данной дисципли­ны необходимы знания, умения и навыки, приобретенные при изучении следующих дисциплин: математика, физика, химия, электротехника, основы электроники, основы информационно-измерительных технологий, компьютерные технологии, интегральная и микропроцессорная схемотехника, материаловедение, основы автоматики, инженерная графика, прикладная механика, алгоритмизация и программирование, физические основы получения информации, конструкционные материалы и их дефекты.

7 Постреквизиты

Знания, умения и навыки, полученные при изучении дисциплины необходимы для освоения следующих дисциплин: приборы и методы исследования, выполнение дипломной работы (проекта).

8. Тематический план дисциплины

№ п/п	Наименование тем	Количество часов
Лек.	Практ.	Лаб.	СРС
	6 семестр	15	30		90
1	Основы и классификация приборов и измерительных систем.	2	4		10
2	Основные характеристики измерительных приборов и систем.	4	6		20
3	Измерительные сигналы в приборах	4	8		30
4	Преобразование измерительных сигналов в приборах	5	12		30
	7 семестр	15	30		90
5	Методы расчетов характеристик прибора	5	10		30
6	Этапы проектирования приборов и систем	5	10		30
7	Производственный и технологический процессы в приборостроении	5	10		30
	ИТОГО по дисциплине	30	60		180

9 Краткое описание дисциплины

Дисциплина «Основы проектирования приборов и систем» является одной из профилирующих для студентов специальности 050716 – «Приборостроение» и в соответствии с учебным планом специальности входит в дисциплины Вузовского компонента. В данном курсе дисциплины изучаются принципы построения приборов и систем, основные этапы проектирования, производственный и технологический процессы.

10 Компоненты курса

10.1 Содержание тем дисциплины

Тема 1 Основы и классификация приборов и измерительных систем.

1.1 Назначение и необходимость приборов и систем в промышленности. Место и роль приборов в системах управления технологическими процессами и производством.

1.2 Классификация приборов: измерительные, следящие, информационные, управления; Определение измерительного прибора, измерительной установки, измерительной системы, измерительно-вычислительного комплекса.

1.3 Анализ классификаций измерительных приборов и измерительных систем по различным признакам.

1.4 Обобщенная функциональная структура измерительных приборов и систем.

1.5 Типовые функциональные компоненты приборов и измерительных систем.

1.6. Элементы и блоки приборов и систем: элементы сравнения, логические элементы, исполнительные и индикаторные устройства и др.

1.7 Измерительные информационные системы: понятие, классификация, функции, показатели назначения.

1.8 Измерительные управляющие системы: понятие, измерительные и управляющие функции, показатели назначения.

Тема 2 Основные характеристики измерительных приборов и систем.

2.1 Характеристики качества приборов и систем (погрешность, надежность, информационная емкость, статистические и динамические характеристики);

2.2 Метрологическая характеристика, ее разновидности. Чувствительность и пороги чувствительности, временное и пространственное разрешение, диапазон измерений, вариации показаний, градуировочные характеристики.

2.3 Импульсная, частотная и передаточная характеристики приборов и систем.

2.4 Принципы оценки условий эксплуатации приборов и систем.

2.5 Погрешности приборов и систем как средств измерений.

2.6 Надежность средств измерений, понятия метрологической надежности и метрологического отказа, понятие метрологичности прибора как характеристики надежности.

Тема 3 Измерительные сигналы в приборах.

3.1 Понятие аналоговых и цифровых сигналов.

3.2.Понятие о квантовании и кодировании сигналов в приборах. Цифровые коды: двоичный, восьмеричный, код Грея, код Баркера, штриховой код, и др., перевод кодов, принципы кодирования и передача информации в производственных системах.

3.3 Обобщенные информационные модели процессов в элементах приборов.

3.4 Тенденции развития информационных моделей приборов.

Тема 4 Преобразование измерительных сигналов в приборах.

4.1 Понятие измерительного преобразователя, первичного измерительного преобразователя, датчика.

4.2 Классификации преобразователей датчиков, краткие физические основы функционирования преобразователей различных классов.

4.3 Преобразователи различных физических величин и полей. Взаимосвязь и обратимость преобразователей.

4.4 Основные характеристики датчиков.

4.5 Принципы выбора элементов измерительных систем при проектировании.

4.6 Принципы помехозащищенности преобразователей датчиков.

4.7 Взаимодействие преобразователей с внешней средой.

4.8 Прибор как каскад преобразователей.

4.9 Потери информации при преобразовании сигналов.

Тема 5 Методы расчетов характеристик прибора.

5.1 Основы расчета статических метрологических характеристик прибора.

5.2 Основы расчета импульсных, переходных и амплитудно-частотных измерительных характеристик каналов приборов.

5.3 Количество информации как общий показатель назначения прибора, расчет.

5.4 Оценка метрологической надежности и метрологического отказа прибора как средства измерения.

Тема 6 Этапы проектирования приборов и систем.

6.1 Смысловое назначение и содержание основных этапов проектирования как процедура моделирования, их зависимость от системы целей и постановки задачи проектирования.

6.2 Методы и средства автоматизации проектных процедур.

6.3 Системный подход к процедурам проектирования, методы вариационного и функционально-параметрического проектирования.

6.4 Особенности конструкторского и технологического проектирования приборов и систем. Синтез, анализ, оптимизация в процедурах проектирования.

6.5 Типовой алгоритм проектирования приборов и измерительных систем.

6.6 Принципы использования интернет-ресурсов при проектировании приборов.

Тема 7 Производственный и технологический процессы в приборостроении.

7.1 Основные понятия и определения: производственный процесс, технологический процесс, изделие, деталь, заготовка, качество изделий и его характеристики, обеспечиваемые технологией изготовления, сборки и испытаний приборов.

7.2 Структура технологического процесса изготовления деталей приборов: операция, технологический и вспомогательный переходы, элементарный переход, рабочий ход.

7.3 Технологическая подготовка производства приборов.

7.4 Типы производств и их основные характеристики.

10.2 Перечень и содержание практических занятий

№ п/п	Наименование темы	Содержание
1	Основы и классификация приборов и измерительных систем	Обобщенная функциональная структура измерительных приборов и систем. Типовые функциональные компоненты приборов и измерительных систем. Элементы и блоки приборов и систем: элементы сравнения, логические элементы, исполнительные и индикаторные устройства. Классификация, функции, показатели назначения измерительных информационных систем. Измерительные и управляющие функции, показатели назначения измерительных управляющих систем.
2	Основные характеристики измерительных приборов и систем	Погрешность, надежность, информационная емкость, статистические и динамические характеристики приборов и систем. Чувствительность и пороги чувствительности, временное и пространственное разрешение, диапазон измерений, вариации показаний, градуировочные характеристики. Импульсная, частотная и передаточная характеристики приборов и систем. Принципы оценки условий эксплуатации приборов и систем. Метрологическая надежность и метрологический отказ.
3	Измерительные сигналы в приборах	Аналоговый и цифровой сигналы. Квантование и кодирование сигналов в приборах. Цифровые коды: двоичный, восьмеричный, код Грея, код Баркера, штриховой код. Перевод кодов, принципы кодирования и передача информации. Обобщенные информационные модели процессов в элементах приборов.
4	Преобразование измерительных сигналов в приборах	Физические основы функционирования преобразователей и датчиков различных классов. Преобразователи различных физических величин и полей. Взаимосвязь и обратимость преобразователей. Основные характеристики датчиков. Выбор элементов измерительных систем при проектировании. Помехозащищенность преобразователей датчиков. Взаимодействие преобразователей с внешней средой. Потери информации при преобразовании сигналов.
5	Методы расчетов характеристик прибора	Расчет статических метрологических характеристик прибора. Расчет импульсных, переходных и амплитудно-частотных измерительных характеристик каналов приборов. Расчет количества информации как обобщенного показателя назначения прибора,. Оценка метрологической надежности и метрологического отказа прибора
6	Этапы проектирования приборов и систем	Основные этапы проектирования, их зависимость от системы целей и постановки задачи проектирования. Автоматизации проектных процедур. Конструкторское и технологическое проектирования приборов и систем. Алгоритм проектирования приборов и измерительных систем. Использования интернет-ресурсов при проектировании приборов.
7	Производственный и технологический процессы в приборостроении	Производственный и технологический процесс и его характеристики, обеспечиваемые технологией изготовления, сборки и испытаний приборов. Технологический процесс изготовления деталей приборов. Технологическая подготовка производства приборов. Типы производств и их основные характеристики.

10.3 Содержание самостоятельной работы студента

10.3.1 Перечень видов СРС

№ п/п	Вид СРС	Форма отчетности	Вид контроля	Объем в часах
6 семестр	7 семестр
1	Подготовка к лекционным занятиям	Рабочая тетрадь	Участие на занятии	15	15
2	Подготовка к практическим занятиям	Рабочая тетрадь	Участие на ПЗ	15	15
3	Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий	Конспект	Устный опрос	45	45
4	Подготовка к контрольным мероприятиям	Тестирование	РК 1, РК 2	15	15
Всего	90	90

10.3.2 Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение студентами

№ п/п	Наименование тем	Содержание	Рекомендуемая литература
1	Тема 1 Основы и классификация приборов и измерительных систем.	Построение функциональной структуры прибора по заданной блок-схеме алгоритма измерений. Разработка требований к элементам функциональной структуры. Анализ заданных условий эксплуатации, ранжирование требований к элементам функциональной структуры	[5,6,15,18]
2	Тема 2 Основные характеристики измерительных приборов и систем.	Алгоритм и результаты информационного поиска классификации приборов заданных классов, тенденции их развития. Анализ характеристик конкретного класса приборов. Интернет-поиск приборов и их компонентов по заданным требованиям, странам, фирмам	[5,6,15,18]
3	Тема 3 Измерительные сигналы в приборах	Выбор принципа преобразователя информации в заданных условиях для выбранной функциональной структуры. Выбор и обоснование преобразователей информации и функциональных компонентов для выбранной функциональной структуры	[5,6,15,18]
4	Тема 4 Преобразование измерительных сигналов в приборах	Составление классификации датчиков и компонентов приборов заданных принципов. Сравнение характеристик датчиков заданных физических принципов. Тенденции развития датчиков заданной физической величины	[5,6,15,18]
5	Тема 5 Методы расчетов характеристик прибора	Расчет статических и динамических характеристик прибора полученной функциональной структуры.	[2,3,5,6,12,14,21,22]
6	Тема 6 Этапы проектирования приборов и систем	Типовой алгоритм проектирования приборов и измерительных систем. Синтез и оптимизация функциональных структур приборов. Синтез конструкции узла по заданным параметрам. Виды конструкторской документации. Правила оформления конструкторской документации по ЕСКД.	[2,3,5,6,12,14,21,22,23]
7	Тема 7 Производственный и технологический процессы в приборостроении и качество приборов	Автоматизированное проектирование. Методы борьбы с помехами. Защита устройств от внешних воздействий. Выбор материалов и их свойства. Компоновка конструкций. Типовые неразъемные соединения деталей приборов. Типовые разъемные соединения деталей приборов. Технология изготовления деталей и узлов. Экспертиза конструкции деталей и узлов.	[8,12,16]

10.4 Распределение баллов при определении первого и второго рейтингов текущей успеваемости

№	Виды контроля	Максимальное число баллов
1 рейтинг (Р1)	2 рейтинг (Р2)
	Р1(2) = ТУ1(2) · 0,5 + РК1(2) · 0,5	100	100
1	Текущий успеваемость (ТУ), том числе:	100	100
1.1	Посещение, работа на лекционных занятиях	14	14
1.2	Посещение, подготовка к практическим занятиям и работа в группе	42	42
1.3	Выполнение и защита заданий на СРС.	44	44
2	Рубежный контроль (РК)	100	100

10.5 Календарный график контрольных мероприятий

по выполнению и сдаче заданий на СРС и работе на занятиях по дисциплине «Основы проектирования приборов и систем» для студентов очной формы обучения специальности 5В071600 «Приборостроение»
1 рейтинг (Р1)	Средний балл
	Недели	1	2	3	4	5	6	7	8
Текущая успеваемость (ТУ1)	100
1	Посещение, подготовка к практическим занятиям и работа в группе	100	100	100	100	100	100	100	100	100
2	Выполнение и защита заданий на СРС.	100	100	100	100	100	100	100	100	100
	Рубежный контроль (РК1)	100	100
	Р1=ТУ1*0,5+РК1*0,5	100
2 рейтинг	Итого баллов
	Недели	9	10	11	12	13	14	15
Текущая успеваемость (ТУ2)	100
1	Посещение, подготовка к практическим занятиям и работа в группе	100	100	100	100	100	100	100		100
2	Выполнение и защита заданий на СРС.	100	100	100	100	100	100	100		100
	Рубежный контроль (РК2)	100		100
	Р2=ТУ2*0,5+РК2*0,5	100
	Рекомендован на заседании кафедры от "____"________________2013г. Протокол №___
	Зав. кафедрой ФиП: ____________________ "___"_______________2013г.

11 Политика курса

Система требований:

·  активно участвовать в учебном процессе;

·  своевременно и в полном объеме выполнять домашнее задание;

·  не нарушать правила внутреннего распорядка;

·  не пропускать и не опаздывать на занятия.

·  пропущенные занятия отрабатывать в определенное преподавателем время;

·  придерживаться доброжелательного, делового стиля общения с сокурсниками и преподавателями.

При изучении курса используется рейтинговая система оценки знаний студентов.

В середине и конце семестра по 100 бальной шкале определяется оценка текущей успеваемости (ТУ) по изученному модулю дисциплины.

Оценка ТУ это сумма баллов набранных за:

- посещаемость занятий, подготовку к лекционным, практическим и лабораторным занятиям, активную работу на занятиях и участие в контрольных мероприятиях;

- своевременность, качество выполнения лабораторных, практических и самостоятельных работ:

Перечень видов СРС, календарный график выполнения и сдачи заданий описаны в ПДС.

Оценка рубежного контроля (РК) так же определяется по 100 балльной шкале.

Все задания должны выполняться к установленному времени. Любые нарушения правил поведения на занятиях будут наказываться, вплоть до удаления из аудитории. За пропуски занятий устанавливаются следующие штрафные санкции:

за отсутствие на занятии без уважительной причины - 0 баллов; 0 баллов за каждое неотработанное занятие; задания, выполненные с опозданием без уважительной причины, оцениваются баллами меньше, в зависимости от сроков сдачи заданий.

Рейтинговые баллы указаны в календарном графике контрольных мероприятий

Если в силу каких-либо причин вы отсутствовали во время проведения контрольного мероприятия, вам предоставляется возможность пройти его во время консультаций преподавателя, в противном случае вы получаете «0» баллов.

К рубежному контролю по дисциплине допускаются студенты, имеющие баллы по ТУ:

По итогам оценки ТУ и РК определяется рейтинг (Р1 И Р2) студента по дисциплине по формуле:

Р1(2)=ТУ1(2)*0,5+РК1(2)*0,5.

Рейтинг не определяется, если студент не прошел РК или получил по РК менее 50 баллов. В данном случае декан устанавливает индивидуальные сроки сдачи РК.

Оценка рейтинга допуска к итоговой аттестации (экзамен) студента по дисциплине за семестр равна

РД=(Р1+Р2)/2.

К итоговому контролю (ИК) по дисциплине допускаются студенты, выполнившие все требования рабочей учебной программы и набравшие рейтинг допуска (не менее 50 баллов).

Уровень учебных достижений студентов по каждой дисциплине (в том числе и по дисциплинам, по которым формой итогового контроля ТЭ) определяется итоговой оценкой (И), которая складывается из оценок РД и ИК (экзамена с учетом их весовых долей (ВДРД и ВДИК).

И=РД*ВДРД+ИК*ВДИК

Весовые доли ежегодно утверждаются ученым советом университета и составляют для РД ВД=0,6, а для ИК ВД=0,4.

Итоговый рейтинг по дисциплине в баллах в соответствии с таблицей 1, переводится в цифровой эквивалент, буквенную и традиционную оценку и вносится в «Журнал учебных достижений обучающихся» и «Рейтинговую ведомость».

Если Вы получили на экзамене оценку F, то его итоговый рейтинг не определяется, а в ведомости заносится оценка «не удовлетворительно».

Таблица 1

Итоговая оценка в баллах (И)	Цифровой эквивалент баллов (Ц)	Оценка в буквенной системе (Б)	Оценка по традиционной системе
Экзамен, дифзачет	Зачет
95-100	4	A	Отлично	Зачтено
90-94	3,67	A-
85-89	3,33	B+	Хорошо
80-84	3,0	B
75-79	2,67	B-
70-74	2,33	C+	Удовлетворительно
65-69	2,0	C
60-64	1,67	C-
55-59	1,33	D+
50-54	1,0	D
0-49	0	F	Не удовлетворительно	Не зачтено

12 Список литературы

Основная литература

1)  Проектирование и конструирование. Системный подход /Пер. с нем. - М.: Прогресс, 1986

2)  и др. Сборник задач по курсу ²Основы конструирования приборов, установок и САПР". М.: МИФИ.1983.-48с.

3)  Конструирование приборов. В 2-х томах /Под ред. В. Краузе. Пер. с нем. - Л.: Машиностроение, 1987.

4)  Кулагин конструирования оптико-механических приборов. - Л.: Машиностроение, 1985.

5)  , Кречко конструирования измерительных приборов. - Л.: Машиностроение, 1985

6)  Оберган и технология средств измерений. Учебное пособие. - Томск: изд. ТПИ, 1987. -96с.

7)  Орлов конструирования. - М.: Машиностроение, 1998

8)  Технология приборостроения. Учеб. пособ. /Под ред. . - Л.: ЛИАП, 1985.

9)  Теория технических систем./Пер. с нем. - М.: Мир, 1987

Дополнительная литература

10)  Атлас конструкций элементов приборных устройств. / Под ред. - М.: Машиностроение, 1982. - 116 с.

11)  . Конструирование соединений деталей в приборостроении. Справочник. Л.: Машиностроение, 1985,-223с.

12)  Гжиров справочник конструктора. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. с. 302-346.

13)  Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник/ Под ред. - М.: Машиностроение, 1982.- 528с.

14)  и др. Расчет и конструирование механизмов приборов и установок. 2-е изд., переработанное и доп. М.: Машиностроение, 1985. -408с.

15)  и др. Электрические измерения неэлектрических величин. - М.: Высшая школа, 1996.

16)  , , Мышкин и конструкционные материалы. - Минск, Высшая школа, 1989. -

17)  Преображенский измерения и приборы. - М.: Энергия, 1997.

18)  Проскурин измерительные приборы. - СПб.: Энергия, 1998.

19)  Разевиг программ P-CAD и P-Spice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4-х книгах. Книга 1. - М.: Радио и связь, 1992. - 72 с.

20)  Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. Справочник/ , и др.; под ред. . - М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.

21)  Элементы приборных устройств (Основной курс) / Под ред. Ч.1. - М.: Высшая школа, 1982. -304с.

22)  Элементы приборных устройств: Курсовое проектирование. В 2-х частях /Под ред. . - М.: Высшая школа, 1978. - ч.1, 328с., ч.2, 232с.

Эргономика /Под ред. . - М.: ЮНИТИ, 1999