Введение

  Дисциплина "Конструирование электронно-вычислительных средств и основы энергосбережения" (КЭВС и ОЭ) занимает ведущее место в процессе подготовки инженеров-электроников электронно-вычислительных средств. При изучении этого курса ставятся задачи формирования у студентов технического мышления, обучения будущих инженеров практическим навыкам инженерных методов проектирования, расчета, модернизации, технического обеспечения и производственной реализации изделий ЭВС на новой элементной базе с применением ЭВМ и САПР. С целью закрепления указанных навыков выполняется курсовой проект, который является последним этапом конструкторско-технологической подготовки студентов, необходимым для успешной работы над дипломным проектом.

  Бурное развитие электронно-вычислительных средств, непрерывное совершенствование конструкций, появление принципиально новых технических решений, приводит к тому, что при работе над курсовым проектом основное внимание необходимо уделять системному подходу к конструированию, оптимизации принятых конструкторских решений, обоснованию их соответствующими конструкторскими расчетами, а также методам автоматизированного проектирования.

1 Цель и задачи выполнения

     Целью выполнения курсового проекта по дисциплине «Конструирование ЭВС и  основы энергосбережения» является инженерная разработка конструкции ЭВС.

  Задачи курсового проектирования:

  - закрепление, углубление и систематизация знаний и конструкторских навыков, полученных при изучении теоретических и специальных схемотехнических, конструкторских и технологических дисциплин и особенно дисциплины «КЭВСиОЭ».

  - освоение современных методов автоматизированного проектирования ЭВС с использованием средств вычислительной техники;

  - приобретение опыта работы со стандартами, нормативно-справочной и технической документацией;

  - получение навыков оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД, ГОСТ и другой нормативно-технической документацией;

  - выработка навыков обоснования инженерно-технических решений в расчетно-пояснительной записке;

  - подготовка студента к дипломному проектированию и к последующему самостоятельному решению сложных комплексных конструкторских задач при работе на предприятиях отрасли.

2 Основные требования к курсовому проекту

  2.1 Тематика курсового проектирования 

Курсовой  проект по дисциплине КЭВСиОЭ должен представлять собой решение комплексной  инженерно-технической задачи, отражающей специфику работы инженера-электроника-конструктора электронных вычислительных средств. Темы проектов могут охватывать все разнообразие современных ЭВС, определяемое их функциональным назначением, технической сложностью, условиями производства и эксплуатации и др. Основное внимание при этом должно уделяться ЭВМ, включая персональные, а также микроЭВМ и контроллерам.

Объектом  курсового проектирования может  быть схемотехнически и конструктивно законченное устройство ЭВС, предназначенное для самостоятельного или подчиненного применения. Примерами таких объектов могут быть следующие сборочные единицы ЭВС: прибор, блок, панель. Допускаются темы по разработке функциональных узлов повышенной сложности: субблоков, печатных узлов с микросхемами высокой степени интеграции.

Предметом курсового проектирования является конструктивная разработка новой конструкции  изделия ЭВС или модернизация уже существующего опытного образца  на уровне технического проекта с  включением элементов эскизного проектирования.

Примерные темы курсовых проектов по КЭВС иОЭ следующие:

  - разработка конструкций сборочных единиц логических устройств ЭВС;

  - разработка конструкций блоков питания ЭВС;

  - разработка конструкций ячеек ЭВС с микросборками высокой степени интеграции;

  - разработка конструкций одноплатных микро-ЭВМ и персональных ЭВМ;

- конструирование  блоков внутренних запоминающих  устройств;

  - научно-исследовательские работы по комплексной микроминиатюризации устройств различного назначения;

  - научно-исследовательские работы по составлению математических моделей конструкций различных устройств ЭВС;

  - научно-исследовательские работы по разработке машинных методов проектирования конкретных устройств ЭВС, включая разработку программного обеспечения для выполнения конструкторских расчетов. 

  2.2 Задание на курсовое проектирование и исходные данные 

  Индивидуальное задание на курсовое проектирование выдается студенту в течение первой недели текущего семестра преподавателем - руководителем проекта. Задание оформляется на специальном бланке. В задание включаются:

 Тема проекта.

 Сроки сдачи студентом законченного проекта.

 Исходные данные к проекту.

 Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов).

 Перечень графического материала.

 Календарный график работы над проектом.

Исходными данными для проектирования являются:

  - назначение разрабатываемого изделия, выполняемые функции;

  - принципиальная электрическая схема с перечнем элементов. Могут быть указаны электрические параметры изделия и технические требования (быстродействие, частотный диапазон, мощность, разрядность и т.п.);

- конструкторские требования (требования по компоновке, вид исполнения, габариты, масса, требования по сопряжению составных частей, другие специальные требования);

-эксплуатационные и климатические требования (соответствие по климатическим и механическим требованиям ГОСТам, климатические условия: рабочие и предельные температуры, давление, относительная влажность; механические условия: удары и вибрации при эксплуатации и транспортировке; ремонтопригодность и др.);

  - экономические требования (условия производства изделия, годовой выпуск и тип производства).

  В перечне разрабатываемых вопросов оговариваются:

  - разработка общей конструкции изделия и его составных частей;

  - компоновочная работа, в том числе необходимость разработки компоновочных эскизов для выбора и обоснования конструкции; анализ паразитных связей и тепловых режимов по выбранному компоновочному эскизу для оценки качества компоновочных работ и применения защиты;

  - разработка монтажа межсоединений и выбор средств сопряжения составных частей устройства;

- разработка  конструкций  отдельных  деталей  (учитываются 2-3 детали, разные по своему характеру заготовки, материалу и способу обработки);

  - оценка качества разработанной конструкции.

  Теоретическая часть должна содержать задание на выполнение не менее пяти-шести видов конструктивных расчетов: параметров монтажа, тепловых режимов, паразитных связей, вибропрочности и т.д. Преимущественно расчеты должны быть выполнены с помощью САПР и ЭВМ.

  В состав графической части курсового проекта должны входить:

  1. Схема электрическая принципиальная устройства ЭВС.

  2. Сборочные чертежи устройства ЭВС (приборов, блоков и т.п.) и его составных частей.

  3. Чертежи деталей конструкции устройства печатной платы (нестандартные, вспомогательные детали, детали несущих конструкций, крепления, печатные платы, лицевые панели и т.д.).

В зависимости  от сложности объекта конструирования комплект графической конструкторской документации может изменяться. 

2.3 Содержание  и объем курсового проекта 

Курсовой  проект должен содержать: расчетно-теоретическую  часть, помещаемую в пояснительной  записке, и графическую часть, представленную комплектом чертежей.

При изложении  материала в пояснительной записке  рекомендуется придерживаться следующего расположения разделов:

  1. Титульный лист.

  2. Содержание.

  3. Задание на курсовое проектирование.

  4. Введение.

  5. Разработка развернутого технического задания и формулирование дополнительных частных технических требований к конструкции изделия.

  6. Обзор аналогичных разработок и анализ технического уровня разрабатываемой конструкции.

  7. Анализ требований технического задания.

  8. Разработка конструкции изделия и его составных частей:

  - выбор и обоснование методов конструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия;

  - выбор и обоснование применяемой элементной базы;

  - разработка конструкций модулей различных иерархических уровней (приборов, блоков, панелей, печатных узлов, печатных плат, микросборок и т.п.)

  - выбор, обоснование и разработка способов электромонтажа и соединений модулей;

  - выбор и обоснование способов защиты конструкции изделия и разработка несущих конструкций и вспомогательных конструкций. Выбор и обоснование применяемых конструкционных материалов;

  - разработка "внешнего" оформления конструкции изделия, описание разработанной конструкции и оценка ее качества;

  9. Конструкторские расчеты:

  - выбор и обоснование необходимости проведения конструкторских расчетов модулей различных уровней конструктивной иерархии;

  - сами конструкторские расчеты и их анализ;

  10. Выводы и заключение.

  11. Литература.

  Общий объем расчетно-пояснительной записки 45-50 с.  Графическая часть проекта включает комплект чертежей на разрабатываемую конструкцию объемом не менее 3-х листов формата А1. 

  2.4 Организация курсового проектирования и защита проекта 

  На выполнение курсового проекта по дисциплине КЭВСиОЭ по учебному плану специальности "ЭВС" отводится примерно 13 недель. Работа над курсовым проектом является самостоятельной работой студента, проводимой под руководством и контролем руководителя проектирования. В установленные расписанием дни и часы студент консультируется у своего руководителя. Обычно время работы над курсовым проектом разбивается на три этапа. После завершения определенного этапа проектирования следует окончательно оформить текстовую и графическую документацию.

  Объем выполненной студентом работы по каждому этапу оценивается руководителем проектирования в процентах от общего объема проектирования. Явка на опроцентовки студентов строго обязательна и учитывается при защите проекта.

Оформленный курсовой проект сдается студентом руководителю на проверку не позднее, чем за неделю до назначенного срока защиты. После проверки и допуска к защите преподавателем проект может быть представлен к защите.

  Защита курсового проекта производится перед комиссией, назначаемой заведующим кафедрой ЭВС и включает в себя доклад в течение 5-8 минут, а также ответы на вопросы членов комиссии. В докладе студент обязан изложить суть его курсового проекта и показать пути реализации решаемых задач, дать обоснование принятым в проекте техническим решениям (отметив оригинальные), кратко охарактеризовать каждый вывешенный для защиты лист, рассказать о проведенных расчетах.

  Принятые конструктивные решения и выполненные расчеты должны сопровождаться выводами.  В заключение студент должен отразить соответствие разработанного проекта требованиям технического задания.

Студенту  на защите могут задаваться любые  теоретические и практические вопросы  по конструкции и технологии изготовления разработанной сборочной единицы.

  По выступлению студента и его ответам на вопросы комиссия судит о его способностях правильно и доходчиво излагать результаты своей работы, поэтому выступление рекомендуется подготавливать заранее. Общая продолжительность защиты с учетом ответов на вопросы 10-15 мин.

3 Методические указания по выполнению курсового проекта

  3.1 Общие указания 

  Настоящие методические указания преследуют цель облегчить студентам работу над проектом, намечают основные направления выполнения курсового проекта. При этом не исключается самостоятельный выбор студентом путей решения тех или иных задач курсового проекта, применение других обоснованных методов проектирования и расчета.

  Рекомендуется начинать проектирование с анализа плана работы над проектом, в котором необходимо предусмотреть изучение литературы, повторение некоторых дисциплин, разработку конструкции, оформление пояснительной записки, выполнение чертежей и т.д. На основании обязательного графика выполнения работ студент самостоятельно составляет развернутый календарный план выполнения курсового проекта с учетом контрольных точек, оговоренных заранее консультантом проекта. В этом случае обеспечивается самоконтроль,  равномерное  распределение  нагрузок  по этапам проектирования,  что оказывает положительное влияние на качество разработки и облегчает работу. Желательно в течение одного рабочего дня чередовать различные виды работ,  т.е. заниматься двумя-тремя разделами плана.  Сведения, полученные из технической, нормативной литературы,  рекомендации преподавателя и другое целесообразно фиксировать в рабочей тетради. 

  3.2 Требования к построению и содержанию пояснительной записки 

  Ниже приводятся требования к последовательности разделов и содержанию пояснительной записки, вытекающие из логической последовательности процесса конструирования изделий ЭВС. 

  3.2.1 Введение 

  Этот раздел пояснительной записки должен кратко характеризовать современное состояние научно-технической разработки, решению которой посвящен данный курсовой проект. Здесь должна быть также сформулирована цель работы. Кроме того, во введении надо обосновать необходимость  проведения подобной работы, ее значимость, показать актуальность темы. 

  3.2.2 Разработка развернутого технического задания и формулирование дополнительных частных требований к конструкции 

  Цель раздела: описать приемлемый конечный результат предстоящего процесса проектирования, независимый от проектных характеристик, которые могут свободно изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

  Техническое задание должно состоять из введения и следующих разделов:

  - основание для разработки;

  - источники разработки;

  - технические требования;

  - экономические показатели;

  - порядок испытаний.

  Рекомендуется, чтобы во «Введении» было оговорено, для чего данное изделие предназначено. Можно привести краткую характеристику области применения данного изделия.

  В разделе «Основание для разработки» приводят наименование и шифр разрабатываемого изделия.

  В разделе «Источники разработки» указывают наименование изделия, на базе которого выполняют разработку, и наименование изделия, взамен которого проводят разработку.

  Особое внимание должно быть уделено разработке технических требований. Технические требования подразделяются на общие (присущие группе однотипных изделий и оговариваемые в соответствующей НТД) и частные (присущие только разрабатываемому изделию).

  Рекомендуется, чтобы раздел «Технические требования» состоял из следующих подразделов:

  - состав изделия;

  - технические параметры (показатели);

  - принцип работы;

  - конструктивные параметры;

  - условия эксплуатации;

  - требования безопасности;

  - дополнительные технические требования;

  - требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению;

  - требования к патентной чистоте.

  В подразделе «Состав изделия» должны быть указаны наименование и назначение составных частей основного исполнения изделия и возможность его изменения; требования к стандартным, унифицированным и заимствованным составным частям (включая покупные), сырью и материалам, в том числе к материалам, используемым при обслуживании и эксплуатации изделия; требования к использованию комплектующих элементов; требования к запасным частям, инструменту и принадлежностям и т.д.

  В подразделе «Технические параметры» должны быть приведены основные технические показатели изделия, определяющие целевое назначение изделия (например, производительность), время выполнения операции, тактовая частота, объём оперативной памяти, точность, чувствительность, требования к электропитанию, электрической прочности и сопротивлению изоляции, потребляемая мощность, коды, используемые для обмена и обработки информации, и другие необходимые требования.

  В подразделе «Требования к надежности» должны быть указаны значения показателей надежности.

  В подразделе «Принципы работы» должно быть приведено описание работы изделия (например, система команд, алгоритм работы и взаимодействие с другими сопрягаемыми изделиями).

  В подразделе «Конструктивные требования» должны быть приведены требования к исполнению корпуса, панели и шасси (степень защищенности, использование типовых унифицированных или нормализованных элементов корпусов, панелей и шасси), необходимость и тип вентиляции, экранировки, теплоотвода, корпусной изоляции, весовые характеристики, габариты, координаты крепления, присоединительные элементы (колодки, разъемы, гермовыводы, элементы управления и регулировки прибора и их желательное расположение), требования по взаимозаменяемости, инженерной психологии, безопасности, удобства обслуживания, заданные коэффициенты унификации, применяемости.Могут быть также указаны:

  - дополнительные требования, связанные с особыми условиями работы, например, радиационная стойкость, пожаро- и взрывобезопасность и т.д.;

  - конструктивные требования к изделию в целом и его составным частям (например, базовые конструкции, габаритные, установочные и присоединительные размеры, способы крепления и регулирования органов управления, масса изделия);

  - требования к уровню радиопомех, создаваемых изделием;

  - требования технической эстетики (художественного конструирования);

  - эргономические требования.

  В подразделе «Условия эксплуатации» должны быть указаны допускаемые воздействия климатических условий (например, температуры, влажности, атмосферного давления, пыли, агрессивных сред), механических нагрузок (вибрационных, ударных), электромагнитных волн, а также виды обслуживания (например, постоянное, периодическое).

  В подразделе «Требования безопасности» должны быть изложены требования к обеспечению безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте.

  В подразделе «Требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению» должны быть изложены требования к упаковке изделия, а также указаны виды транспортных средств, условия транспортирования и хранения.

  В подразделе «Требования к патентной чистоте» должен быть приведен перечень стран, в отношении которых должна быть обеспечена патентная чистота изделия.

  В разделе «Экономические показатели» должны быть указаны срок и общие требования к проведению испытаний изделия.

  В разделе «Исходные и справочные материалы» должны быть указаны все известные технические материалы, необходимые для выполнения ТЗ, общие ТУ на аналогичные изделия, ТУ на применяемые блоки, узлы, тактико-технические требования, номера принципиальных электрических схем, инструкции, описания и т.д. 

  3.2.3 Обзор аналогичных разработок и анализ технического уровня разрабатываемой конструкции. 

  Задача данного раздела - изучить последние достижения в заданной области конструирования. По литературе анализируются все известные технические решения, дается обзор и сравнительный анализ схем, конструкций и технологий современных отечественных и зарубежных устройств ЭВС и выявляются лучшие для дальнейшего выбора оптимального варианта при заданных условиях проектирования. На основе технического анализа и патентной экспертизы составляется карта технического уровня. На основе карты технического уровня студент выбирает решение поставленной задачи. При выборе начальных структурных решений необходимо определить также все технологические процессы, которые необходимо будет применять при заданном типе производства конструкции. Рекомендуется составлять разные таблицы наилучших методов конструирования и технологических процессов изготовления. 

  3.2.4. Анализ требований технического задания  

  В этом разделе должны быть тщательно проанализированы все пункты технического задания с целью определения возможности выполнения конструкции.

  Анализ технического задания рекомендуется начинать с изучения особенностей электрической принципиальной схемы устройства, способных повлиять на конструкцию изделия. Для этого  первоначально анализируют назначение устройства, его состав, принцип работы. Анализ электрической схемы ведется обычно по следующим направлениям:

  - выявление специфики схемы (частотный диапазон или быстродействие, чувствительность,  точность, энергетические показатели и т.д.);

  - выявление органов управления, коммутации и регулировки;

  - выбор нестандартных электрорадиоэлементов.

  В результате анализа схемы и схемотехнических данных (или поверочного расчета) выявляются также те участки схемы, которые могут быть источниками электрических, магнитных или тепловых полей, вызывающих нестабильность работы или снижение надежности устройства. Далее производится анализ эксплуатационных, конструкторско-технологических, экономических и специальных требований.

  Студент должен тщательно проанализировать каждое требование технического задания с точки зрения его влияния на выбор конструкции в целом и каждой ее составной части и составить перечень требований к их конструкции. Например, указанное в задании значение повышенной влажности может предъявлять к конструкции требование обеспечения влагозащиты элементов путем использования герметичного корпуса; малый объем выпуска - требования к конструкции деталей с точки зрения изготовления их на универсальном технологическом оборудовании без применения специального инструмента и специальной оснастки и т.п. 

  3.2.5. Разработка конструкции изделия и его составных частей 

Выбор и обоснование методов конструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия 

В этом подразделе по сути дела должна быть произведена  предварительная разработка конструкции и дано обоснование ее выбора и методов конструирования, а также - разработка первоначального варианта компоновки с разработкой эскизных решений, исходя из требований технического задания.