Автоматизация проектных работ

Бакалавриат 2021/2022

Статус: Курс обязательный (Информатика и вычислительная техника)

Направление: 09.03.01. Информатика и вычислительная техника

Кто читает: Департамент компьютерной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Лушпа Игорь Леонидович, Новиков Константин Викторович, Полесский Сергей Николаевич, Тумковский Сергей Ростиславович

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 70

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Автоматизация проектных работ» является изучение основных принципов и методологий современного автоматизированного проектирования при создании электронных средств, овладение основными методами и приемами решения задач по основным разделам дисциплины с использованием средств автоматизации проектирования. В процессе изучения курса студент должен изучить: - современные системы автоматизированного проектирования (САПР), алгоритмы и формальные процедуры решения основных задач схемотехнического проектирования и моделирования на ЭВМ цифровых и аналоговых электронных схем ЭС; - современные САПР, алгоритмы и формальные процедуры решения основных задач конструкторского проектирования ЭС – автоматизированного синтеза чертежей конструкций и деталей, расчета основных режимов конструкций (тепловых, механических и др.), автоматического проектирования конструкций печатных плат (компоновка элементов, размещение элементов, трассировка соединений), автоматизированного выпуска конструкторской документации; - современные автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП), задачи и маршруты технологических процессов, методы решения основных задач технологического проектирования ЭС – моделирование иерархических уровней технологического проектирования, синтеза технологических процессов, подготовки управляющих программ для станков. В результате освоения дисциплины студент осваивает компетенции: - способен получать новые знания, умения, в том числе в области, отличной от профессиональной области; - способен выявлять научную сущность проблем в профессиональной области; - способен организовать и провести экспериментальные исследования на объектах профессиональной деятельности по заданной методике; - способен разработать и исследовать математические модели в задачах проектирования и технологического обеспечения объектов профессиональной деятельности; - способен обосновать принимаемое проектное решение, применить критерии оценки эффективности проектного решения при проектировании отдельных программно-аппаратных компонентов автоматизированных систем сбора, обработки, передачи, хранения информации и управления, компьютерных сетей и информационных систем в соответствии с техническим заданием; - способен подготовить график выполнения проектных работ, рабочие чертежи, принципиальные схемы, исходные тексты программ, наборы тестов и методики испытаний при разработке объектов профессиональной деятельности, оформить перечень конструкторской и программной документации по законченным проектным и конструкторским работам. Дисциплина относится к вариативной части дисциплин и является частью профессионального учебного цикла в структуре ОП «Информатика и вычислительная техника» подготовки бакалавров.

Цель освоения дисциплины

Изучение основных принципов и методологий современного автоматизированного проектирования при создании электронных средств.
Овладение основными методами и приемами решения задач по основным разделам дисциплины с использованием средств автоматизации проектирования.

Планируемые результаты обучения

Автоматизация подготовки и выпуска конструкторско-технологической документации: системы SolidWorks, Компас 3D, Altium Designer, T-Flex CAD и др.
Автоматизированный синтез конструкций ЭС: основные задачи и методы.
Алгоритмы моделирования электронных схем на основе метода узловых потенциалов и метода расширенного неоднородного координатного базиса.
Задачи автоматизированного проектирования ЭС на системном уровне.
Задачи автоматизированного проектирования ЭС на функциональном уровне.
Задачи проектирования ЭС на схемотехническом уровне.
Иерархическое и сквозное проектирование ЭС.
Информационное обеспечение АСТПП: структура базы данных АСТПП, описание детали и перехода, формализация задачи базирования, унификация описаний технологической информации.
Критерии и алгоритмы компоновки конструктивных модулей (для покрытия - покрытия графа и линейного программирования, для разрезания- последовательный и итерационный).
Критерии и алгоритмы размещения конструктивных модулей (последовательный, итерационный, силовой, назначения).
Критерии и алгоритмы трассировки проводных соединений и печатного монтажа в ЭС (алгоритм Прима, лучевой, волновой и его модификации, эвристический).
Маршрутный и операционный иерархические уровни технологического проектирования. Структура АСТПП
Математические модели в задачах конструкторского проектирования: монтажно- коммутационных пространств (дискретные, графовые, мультиграфовые), конструкций (взвешенные графовые, мультиграфовые, теплообмена, прочностные).
Методы анализа и верификации конструкций: методы конечных элементов и конечных разностей и их применение для расчета тепловых и механических режимов конструкций.
Методы моделирования цифровых и аналоговых ЭС на системном уровне проектирования: аналитический, событийный и имитационный.
Модели сигналов. Методы моделирования цифровых и аналоговых ЭС на функциональном уровне проектирования: аналитический, простой итерации, Зейделя и событийный.
Основные задачи автоматизированного проектирования при технологической подготовке производства: проектирование технологических процессов, проектирование технологической оснастки, проектирование управляющих технологических программ для станков с ЧПУ.
Процедуры синтеза геометрической структуры из примитивов.
Рассмотрение основных этапов и задач автоматизированного проектирования ЭС.
САПР сквозного конструирования печатных плат Altium Designer и организация в ней технологического проектирования.
Синтез технологических процессов: параметрическая и структурная оптимизация технологических процессов, формирование индивидуального и группового технологического процесса по типовому, таблицы решений, разработка оптимального технологического маршрута.
Синтез технологических процессов: принципы и алгоритмы автоматизированного синтеза технологических процессов изготовления деталей и сборки изделий, математические модели технологических процессов.
Формирование управляющих программ для станков с ЧПУ: закон движения привода, методы подготовки УП.
Формирование управляющих программ для станков с ЧПУ: принципы построения и процесс проектирования управляющей программы, препроцессор и постпроцессор.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Классификация задач автоматизированного схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования ЭС. Автоматизированное проектирование ЭС на системном уровне
Тема 2. Проектирование ЭС на функциональном уровне и схемотехническом уровне: основные задачи и методы
Тема 3. Математические модели в задачах автоматизированного конструкторского проектирования
Тема 4. Алгоритмы геометрического и топологического синтеза конструкций
Тема 5. Анализ и верификация конструкций
Тема 6. Примеры конструкторских САПР и их взаимосвязь с системами технологического проектирования. Иерархические уровни технологического проектирования.
Тема 7. Информационное обеспечение АСТПП
Тема 8. Синтез технологических маршрутов и операций обработки деталей и сборки изделий
Тема 9. Подготовка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ. Автоматизация подготовки и выпуска конструкторскотехнологи ческой документации.

Элементы контроля

Домашнее задание в виде теста по темам семинаров
По темам семинаров и группового проекта
Самостоятельная работа в виде тестов по темам лекций
Выполнение тестов по темам лекций
Лабораторные работы
Выполнение лабораторных работ согласно темам лекций
Проект
Презентация из 15 слайдов, отчет по групповому проекту
Экзамен
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi Meet в формате видеоконференц-связи. К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию экзаменационной сессии. Заранее при необходимости студент может у преподавателя запросить примерный перечень вопрос (также он продублирован в программе учебной дисциплины), который преподаватель высылает на корпоративные почты студентов накануне экзамена по запросу. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi Meet. Студенту выдается билет, содержащий 2 вопроса. Предварительно студенту сообщается его накопленная оценка за работу по дисциплине. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Студенты, имеющие накопленную оценку 8-10 баллов, сдают экзамен в упрощенном порядке - ответ на экспресс-вопрос. При неявке на экзамен им ставится итоговая оценка 5-6 баллов.

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 4 модуль
0.12 * Лабораторные работы + 0.09 * Самостоятельная работа в виде тестов по темам лекций + 0.09 * Домашнее задание в виде теста по темам семинаров + 0.3 * Проект + 0.4 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Тумковский Сергей Ростиславович
Полесский Сергей Николаевич

Программа дисциплины