Республики Беларусь «24»
| Вид материала | Пояснительная записка |
- В перечень банков Республики Беларусь, имеющих право обязываться по векселю, утверждаемый, 419.3kb.
- Республики Беларусь 15 августа 2006, 202.35kb.
- Одобрен Советом Республики 8 февраля 1999 года общая часть глава 1 общие положения, 799.65kb.
- Об утверждении Инструкции о порядке взаимодействия государственных органов, ответственных, 157.85kb.
- Республики Беларусь «Об органах внутренних дел Республики Беларусь», 9.85kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.32kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 11.74kb.
- Совета Министров Республики Беларусь от 31 октября 2001 г. N 1592 "Вопросы Министерства, 1509.5kb.
- Постановление государственного комитета по авиации республики беларусь, 78.75kb.
- Конституции Республики Беларусь Совет Республики Национального собрания Республики, 13.86kb.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет, цели и задачи дисциплины, ее место в общей системе подготовки инженеров медицинской электроники. Основные концепции и понятия, термины и определения.
Развитие медицинской электроники на современном этапе. Повышение требований к качеству и надежности аппаратуры, ускорение внедрения научных достижений, автоматизация производства и управления.
Специфика и основные проблемы конструирования средств медицинской электроники.
Раздел 1. ОБЪЕКТ И ПРОЦЕСС КОНСТРУИРОВАНИЯ
Тема 1. Выбор стратегии и методов конструирования
^ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Сущность процесса проектирования и роль конструктора в обществе. Объект проектирования. Конструирование как процесс проектирования с обратной связью. Задачи и характер конструирования. Основные требования к проектированию современных средств медицинской электроники. Противоречия между расширением функциональных возможностей и ограничениями на габариты, массу, удобство применения и обслуживания при повышении требований к надежности, патентной чистоте и другим показателям.
Классификация средств медицинской электроники по назначению, объекту установки, условиям применения и конструктивным признакам.
Классификация условий эксплуатации средств медицинской электроники. Характеристика дестабилизирующих факторов и их влияние на работоспособность средств медицинской электроники. Характеристика климатических воздействий (климат, температура, влага, давление, пыль, песок, солнечная радиация).
Стратегии проектирования. Методы решения конструкторских задач: понятие методов проектирования, элементарные методы, методы синтеза и анализа. Преимущества и трудности системного подхода к проектированию средств медицинской электроники. Поиск конструкторских решений.
^ Тема 2. Этапы проектирования и требования к конструкции средств медицинской электроники
Техническое задание на проектирование и постановку продукции на производство. Технические требования и ограничения. Требования к эксплуатационным, электрическим и конструкторским параметрам и характеристикам. Показатели качества конструкции: абсолютные, относительные, удельные и комплексные. Взаимосвязь конструкции средств медицинской электроники с определяющими факторами и тактико-техническими требованиями.
Стадии разработки средств медицинской электроники. Техническое предложение, эскизный проект, технический проект, выпуск рабочей документации.
^ Тема 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНСТРУИРОВАНИЯ
Автоматизированное конструкторское проектирование в общей системе проектирования. Принципы построения и организации автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства. Анализ видов конструкторских работ с позиций автоматизации. Предпосылки и выгоды внедрения САПР. Подходы к конструированию средств медицинской электроники с точки зрения автоматизации.
Виды изделий. Виды и комплектность конструкторских документов. Схемы как конструкторские документы. Правила выполнения электрических схем. Текстовые конструкторские документы. Эксплуатационные и ремонтные документы.
Особенности разработки конструкторских документов при автоматизированных методах проектирования.
Методы конструирования штампованных деталей: технологичность деталей, получаемых штамповкой, специфика конструирования деталей, получаемых гибкой, технологичность деталей, получаемых вытяжкой, основные материалы для штампованных деталей.
Методы конструирования прессованных и литых деталей: усадка как типичная особенность прессованных и литых деталей, методика конструирования прессованных и литых деталей, конструирование деталей с отверстиями, конструирование армированных пластмассовых деталей.
Методы конструирования механических соединений: неразъемные соединения, разъемные соединения.
^ Тема 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА
Общие понятия, классификационные признаки и основные конструкторско-технологические разновидности печатных плат. Основные технические требования, предъявляемые к печатным платам (ПП). Основные термины и определения.
Конструктивно-технологические характеристики ПП, двухсторонних ПП (ДПП). Последовательность разработки ПП. Классификация методов изготовления ПП. Материалы для производства плат и их характеристика.
Типовые техпроцессы изготовления односторонних, двухслойных ПП. Типовые структуры процессов изготовления печатных и коммутационных плат различными методами.
Механическая обработка ПП. Травление металлических фольг. Химическая и электрохимическая металлизация. Комбинированный, полуаддитивный и аддитивный методы изготовления двухсторонних ПП. Инструмент, оснастка и оборудование для производства коммутационных плат. Средства механизации и автоматизации процессов.
Многослойные печатные платы (МПП), сравнительная характеристика методов получения. Технология прессования пакета МПП. МПП на полиимидной пленке и керамическом основании. Многопроводный и стежковый монтаж. Тканные коммутационные платы. Многослойные керамические платы.
Коммутационные платы для поверхностного монтажа. Платы микроэлектронной аппаратуры. Контроль качества и надежность плат. Проблемы производства плат и пути их преодоления.
Расчет параметров печатных плат. Разработка чертежа печатной платы и сборочного чертежа печатной платы. Варианты установки ЭРЭ на ПП. Компоновка элементов на ПП. Выбор соединителей. Разработка несущих конструкций для ПП. Типовые технические требования к чертежам печатной платы и сборочному чертежу печатной платы.
Проектирование печатных плат в САПР P-CAD и ACCEL EDA.
^ Тема 5. Конструирование несущих конструкций
Структура несущих конструкций (НК) средств медицинской электроники: модульность структуры НК, основные конструктивные уровни, моделирование.
Требования, предъявляемые к НК. Особенности проектирования. Основные материалы деталей НК. Жесткость деталей НК. Прочность деталей НК при переменных напряжениях. Устойчивость элементов НК. Конструирование несущих конструкций.
Общие требования к чертежам деталей.
Общие требования к сборочным чертежам.
^ Раздел 2. ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Тема 6. ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ
Тепловая чувствительность элементов средств медицинской электроники: конструкционные материалы, пластические материалы, радиокерамические материалы, магнитные материалы, резисторы, конденсаторы, полупроводниковые материалы, интегральные микросхемы, средства индикации.
Общие сведения о теплообмене. Основные определения и терминология.
Конвективный теплообмен. Основы теории подобия. Критериальные уравнения. Теплоотдача в неограниченном пространстве. Частные случаи конвективного теплообмена. Конвекция в ограниченном пространстве. Конвекция в вертикальном канале. Теплообмен конвекцией при давлениях, отличных от нормального. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел.
Теплообмен теплопроводностью. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Закон Фурье. Теплопроводность плоской стенки. Теплопроводность цилиндрической стенки. Теплопроводность сферической поверхности. Теплопроводность плоской стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность многослойной стенки. Теплопроводность в ребре постоянного сечения. Теплопроводность стержня. Тепловое сопротивление.
Теплообмен излучением. Законы Планка, Релея — Джинса, Вина, Стефана-Больцмана, Ламберта. Излучение черных тел, «серое» тело. Закон Кирхгофа для излучения. Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными прозрачной средой. Солнечное излучение.
Тепловые модели конструкций средств медицинской электроники. Методы перехода от реальных конструкций к их тепловым моделям. Принцип местного влияния, принцип суперпозиции тепловых полей.
Тепловой режим в конструкциях средств медицинской электроники.
Температурные режимы различных конструкций средств медицинской электроники. Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования. Инженерные методики расчетов тепловых режимов.
Системы обеспечения тепловых режимов средств медицинской электроники. Классификация систем охлаждения средств медицинской электроники.
Автоматизация процессов теплового проектирования.
^ Тема 7. Механические воздействия в конструкциях
средств медицинской электроники и методы защиты
Параметры гармонических и случайных вибраций. Параметры ударных нагрузок и акустических шумов. Методы измерения параметров механических воздействий.
Виды реакций конструкций средств медицинской электроники на механические воздействия. Реакция резисторов и конденсаторов на механические воздействия. Реакция катушек индуктивности, жгутовых и кабельных соединений на механические воздействия. Реакция разъемных и контактных соединений на механические воздействия. Производственные механические воздействия.
Динамические характеристики конструкций и элементов средств медицинской электроники. Основные динамические характеристики блоков средств медицинской электроники. Определение собственных частот блоков средств медицинской электроники. Определение собственных частот электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Расчет собственных частот печатных плат.
Способы виброзащиты конструкций средств медицинской электроники. Виброзащита полупроводниковых приборов и ЭРЭ. Использование заливки и вибропоглощающих покрытий. Схемы монтажа блоков на виброизоляторах. Разновидности конструкций виброизоляторов. Статический расчет системы виброизоляции. Динамический расчет системы виброизоляции. Реакция средств медицинской электроники на ударные нагрузки. Динамический расчет системы изоляции ударных нагрузок.
Методы расчета защиты конструкций средств медицинской электроники от механических воздействий с использованием ЭВМ.
^ Тема 8. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Источники возникновения помех в средствах медицинской электроники. Электромагнитная обстановка. Источники возникновения помех в средствах медицинской электроники.
Оценка работы конденсаторов и резисторов при воздействии помех. Физические процессы в активных компонентах при воздействии помех. Влияние помех на цифровые схемы. Влияние помех на аналоговые схемы. Схемы сопряжения при воздействии помех. Помехи в источниках питания.
Емкостная паразитная связь. Индуктивная паразитная связь. Паразитная связь через общее сопротивление.
Электромонтаж и паразитные связи. Оценка воздействия радиопомех мощных источников сигнала.
Конструктивные меры защиты от электромагнитных помех.
Методы расчета защиты конструкций средств медицинской электроники от электромагнитных воздействий с использованием ЭВМ.
Тема 9. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ КОНСТРУКЦИЙ
^ СРЕДСТВ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ОТ ВЛАГИ
Атмосферная коррозия деталей. Стойкость материалов к атмосферной коррозии. Влагостойкость металлов и пластмасс. Процесс растворимости воды в полимерах. Закон Генри.
Термопластичные органические материалы и их характеристики. Термореактивные органические материалы и их характеристики.
Защита от влаги с помощью покрытий. Металлические покрытия. Цинковое покрытие, кадмиевое покрытие, никелевое покрытие, хромовое покрытие, медное покрытие, оловянное покрытие, покрытия благородными металлами. Анодно-окисные покрытия. Химические окисные покрытия. Лакокрасочные покрытия и их свойства.
Герметизация конструкций средств измерений. Виды герметизации. Пропитка. Назначение, особенности конструкций пропитываемых изделий. Основные свойства пропиточных материалов.
Разъемная герметизация. Неразъемная герметизация.
^ Тема 10. Основы теории надежности. Методы оценки
показателей надежности
Обеспечение надежности при проектировании средств медицинской электроники. Основные понятия теории надежности. Понятие отказа. Классификация отказа.
Схемы соединения элементов в устройстве с точки зрения надежности. Критерии (показатели) надежности средств медицинской электроники и их элементов. Модели законов распределения времени до отказа. Интенсивность отказа. Наработка на отказ. Среднее время безотказной работы. Среднее время восстановления и вероятность восстановления. Интенсивность отказов как основная характеристика надежности элементов. Коэффициенты электрической нагрузки элементов.
Краткая характеристика надежности элементов средств медицинской электроники. Учет влияния на надежность элементов электрического режима и условий работы.
Оценка показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники. Основные расчетные соотношения. Ориентировочный (приближенный) расчет показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники.
Расчет показателей надежности проектируемых средств медицинской электроники с учетом коэффициента электрической нагрузки и условий эксплуатации элементов в составе устройств. Расчет показателей надежности при разных законах распределения времени до отказа элементов.
Методы повышения надежности. Понятие эксплуатационной надежности средств медицинской электроники. Резервирование как метод повышения надежности: общая характеристика резервирования, характеристика постоянного резервирования, оценка показателей безотказности электронных средств при наличии постоянного резервирования, общая характеристика резервирования замещением, анализ безотказности электронных средств при наличии резервирования замещением.
Раздел 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ
^ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
Тема 11. моделирование проектных решений
Общие сведения о математических моделях средств медицинской электроники. Место процедур формирования моделей в маршрутах проектирования.
Особенности формализации задач принятия проектных решений при автоматизации проектирования средств медицинской электроники.
Концептуальная модель принятия проектного решения.
^ Тема 12. методы оптимизации проектных решений
Общие сведения о теории оптимизации. Математическое программирование как один из методов оптимизации.
Общая характеристика оптимизационных моделей средств медицинской электроники.
Общая характеристика методов оптимизации. Общее резервирование как один из методов повышения надежности средств медицинской электроники.
Методы оптимизации: классификация методов математического программирования, методы одномерного поиска оптимального решения, методы безусловной оптимизации.
Применение прикладного программного обеспечения для оптимизации конструкций средств медицинской электроники.
^ Раздел 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Тема 13. Принципы автоматизации проектирования
средств МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Этапы и сквозные циклы систем автоматизированного проектирования (САПР). Назначение автоматизированных систем обработки информации. Место задач САПР в системе комплексной автоматизации деятельности предприятия.
Основные принципы построения системы автоматизации разработки конструкторских документов. Подходы к конструированию средств медицинской электроники с точки зрения автоматизации.
Средства трехмерного моделирования. Каркасное моделирование. Поверхностное моделирование. Твердотельное моделирование.
Моделирование проектных решений. Методы оптимизации проектных решений.
^ Тема 14. автоматизированное проектирование средств
медицинской электроники
Назначение графических редакторов. Основы AutoCAD (Pro/Engineer, Mechanical Desktop Power Pack, OrCAD или других пакетов): принятая терминология, вход в AutoCAD и выход из него с сохранением выполненной работы, меню и панели инструментов, диалоговые окна, настройки.
Инструменты обеспечения точности построений: системы координат, режимы отслеживания опорных полярных углов, режим шаговой привязки, ортогональный режим рисования, объектная привязка, вспомогательные построения при вводе координат точек, установка рабочих параметров рисунка.
Графические примитивы и работа с ними: свойства примитивов, геометрические элементы чертежа, необходимые команды редактирования чертежа, геометрические построения с использованием объектных привязок, слои.
Преобразование элементов чертежа: выбор объектов, команды копирования и изменения места положения объектов, команды корректировки размеров объектов, команды конструирования объектов.
Оформление чертежей: выполнение штриховки, нанесение размеров, правила выполнения текста на чертеже, вставка в чертеж повторяющихся фрагментов, стандартизация чертежей, получение твердой копии.
Методика построения чертежа в системе AutoCAD: рекомендации по созданию чертежа в среде AutoCAD, способы выполнения чертежа детали, создание твердотельных моделей.
Методика построения сборочного чертежа в системе AutoCAD.
^ Тема 15. Проектирование печатных плат в САПР
Описание структуры программы и настройка САПР P-CAD (или другого программного средства). Создание библиотечных элементов. Создание посадочного места со штыревыми контактами. Создание посадочного места с планарными контактами. Создание взаимосвязи между схемными и технологическими библиотечными элементами. Создание и редактирование принципиальной схемы. Текстовое описание электрических связей проекта. Переход к технологическому образцу проекта. Размещение элементов на печатной плате. Автоматическая трассировка печатных плат. Команды графических редакторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития средств медицинской электроники.