Рабочая программа |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/06 |
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра общей и теоретической физики
Рабочая учебная программа
дисциплины: «Основы проектирования приборов и систем»
для студентов специальности: 050716-«Приборостроение»
Павлодар
Лист утверждения к рабочей программе дисциплины, разработанной на основании каталога элективных по специальности |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.1/08 |
|
Составитель: доцент _________
Кафедра общей и теоретической физики
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине «Основы проектирования приборов и систем»
для студентов специальности 050716 «Приборостроение»
Рабочая программа разработана на основании рабочего учебного плана и каталога элективных дисциплин специальности 050716 «Приборостроение и утверждена на заседании Ученого совета ПГУ им. С. Торайгырова «___»__________20__г.
Протокол №______
Рекомендована на заседании кафедры «__» __________ 20__ г.
Протокол № __.
Заведующий кафедрой _______________
Одобрена методическим советом факультета физики, математики и информационных технологий «__» __________ 20__ г. Протокол № __
Председатель МС ___________________
СОГЛАСОВАНО
Декан факультета ________________ «___»_________20__г.
ОДОБРЕНО ОПиМО
Начальник ОПиМО ______________ «___»_________20__г.
Одобрена учебно-методическим советом университета
«_____»______________20__г. Протокол №____
1. Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель дисциплины:
- изучение принципов построения приборов и систем и привитие навыков их проектирования.
1.2 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.
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
1.3 Пререквезиты
- 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.
Тематический план дисциплины |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.2/07 |
2. Содержание дисциплины
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 |
2.1 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.
2.2 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. |
2.3 Содержание самостоятельной работы студента
Перечень видов СРС
№ п/п | Вид СРС | Форма отчетности | Вид контроля | Объем в часах | |
6 семестр | 7 семестр | ||||
1 | Подготовка к лекционным занятиям | 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 | Конспект, опрос | 45 | 45 |
4 | Подготовка к контрольным мероприятиям | Рабочая тетрадь | РК 1, РК 2 | 15 | 15 |
Всего | 90 | 90 |
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] |
Выписка из рабочего учебного плана специальности |
| Форма СО ПГУ 7.18.1/10 |
Выписка из рабочего учебного плана специальности: 050716 «Приборостроение»
Наименование дисциплины: «Основы проектирования приборов и систем»
№ | Форма обучения | Формы контроля | Объем работы обучающихся в часах | Распределение часов по курсам и семестрам (часов) | ||||||||||
экз. | зач. | кп. | кр. | РГР | кон раб | всего | лек | пр. | лаб | срс | лек | пр. | лаб | срс |
общ | ауд | срс | ||||||||||||
1. | очная на базе ОСО | 6,7 | 270 | 90 | 180 | 6 семестр | 7 семестр | |||||||
15 | 30 | 90 | 15 | 30 | 90 |
Список литературы
Основная
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
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.
23. Эргономика /Под ред. . - М.: ЮНИТИ, 1999
