МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Конструкторское и технологическое проектирование вычислительной техники
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки09.03.01. Информатика и вычислительная техника
ПрофильИнформатика и вычислительная техника
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость6 ЗЕТ
Учебный план09_03_01_ИиВТ-1-2020
Часов по учебному плану 216
в том числе:
аудиторные занятия 86
самостоятельная работа 103
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 7

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 4 (7) Итого
Недель 18
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 22 22 22 22
Лабораторные 64 64 64 64
Сам. работа 103 103 103 103
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 216 216 216 216

Программу составил(и):
к.ф.-м.н., доцент, Пашнев В.В.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Конструкторское и технологическое проектирование вычислительной техники

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 09.03.01 Информатика и вычислительная техника (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 19.09.2017 г. № 929)

составлена на основании учебного плана:
09.03.01 Информатика и вычислительная техника
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 08.06.2019 г. № 79/19-20
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доцент, зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 08.06.2019 г. № 79/19-20
Заведующий кафедрой к.ф.-м.н., Пашнев Владимир Валентинович, доцент, зав. кафедрой "Вычислительной техники и электроники"

1. Цели освоения дисциплины

1.1.Цель дисциплины – дать студентам основные сведения об общих принципах и методике конструирования ЭВМ и систем, привить навыки анализа и разработки конструктивных модулей ЭВМ и выбора технологических процессов её производства, методов решения основных конструкторских задач, типовых технологических процессов и методики их проектирования.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.05

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-2: Способен осуществлять концептуальное, функциональное и логическое проектирование систем среднего и крупного масштаба и сложности;
ПК-6: Способен осуществлять руководство рабочей группой технических писателей (специалистов по технической документации в области информационных технологий);
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.- о производстве интегральных схем;
- об видах производственных процессов и этапах производства печатных плат;
- о составе пакета конструкторской документации и правилах её оформления
3.2.Уметь:
3.2.1.- знать этапы проектирования и производства ЭВМ, состав конструкторской документации, задачи автоматизированного конструкторского проектирования, методы и средства их решения;
- знать методы обеспечения помехозащищенности, нормального теплового режима, надежности РЭА, удовлетворяющих требованиям технического задания;
- уметь выбирать форму и размеры конструктивных модулей, осуществлять переход от схемы устройства к его реализации;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.рассчета конструкторских характеристик, определять и формулировать в соответствии с назначением ЭВМ испытания, пользоваться автоматизированными системами конструкторского проектирования, разрабатывать рабочую документацию.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Требования к конструкции ЭВМ и систем. Показатели конструкции.
1.1. Взаимосвязь и взаимообусловленность конструирования и технологии производства ЭВМ. Понятие о конструкции и конструировании. Конструктивно-технологические требования. Эксплуатационные требования. Показатели конструкции ЭВМ и систем. Лекции 7 2 Л1.4, Л2.2, Л1.5
Раздел 2. Основы модульного конструирования средств вычислительной техники. Этапы разработки ЭВМ и систем.
2.1. Модульный принцип конструирования, конструктивная иерархия элементов, узлов и устройств. Модули первого, второго и третьего уровня. (Микросборки, рамы). Техническое задание. Техническое предложение. Эскизный проект. Разработка проектной документации. Научно-исследовательская работа (НИР). Опытно-конструкторская работа (ОКР). Лекции 7 2 Л1.2, Л2.2, Л1.5
2.2. Изготовление, настройка и эксплуатация опытного образца, Выпуск установочной серии. Сам. работа 7 4 Л2.2, Л1.5
Раздел 3. Конструкторская документация
3.1. Графические конструкторские документы: чертеж детали, сборочный чертеж, чертеж общего вида, теоретический чертеж, габаритный чертеж. Монтажный чертеж, схема, спецификация. Текстовые конструкторские документы: ведомость спецификаций, ведомость ссылочных документов, технические условия и т.д. Лекции 7 2 Л2.2, Л2.3, Л1.5
3.2. Общие требования к выполнению текстовых и графических документов. Эксплуатационная конструкторская документация. Сам. работа 7 6 Л1.2, Л2.2, Л2.3
Раздел 4. Защита конструкций от внешних воздействий. Защита конструкций от внешних механических воздействий.
4.1. Защита конструкций от механических воздействий. Методы расчета и анализа вибраций. Метод расчета на виброустойчивость. Амортизация ЭА. Лекции 7 2 Л2.2, Л1.5
4.2. Проектирование системы виброизоляции. Конструкция амортизаторов. Сам. работа 7 2 Л2.2, Л1.5
Раздел 5. Обеспечение электромагнитной совместимости РЭС. Экранирование ЭА.
5.1. Причины возникновения помех. Электрические связи между элементами. Помехи при соединении элементов «короткими связями». Помехи при соединении элементов «длинными связями». Помехи по цепям питания и методы их уменьшения. Применения экранов в ЭВМ. Электростатическое экранирование. Эффективность экранирования. Проектирование электрически толстого, электрически тонкого, перфорированного экранов. Лекции 7 2 Л2.2, Л1.5
5.2. Конструирование заземления. Магнитостатическое экранирование. Многослойные экраны.Расчет ээкранов. Сам. работа 7 6 Л1.2, Л2.2, Л1.5
Раздел 6. Обеспечение тепловых режимов в конструкциях ЭВМ и систем.
6.1. Передача теплоты в электронных устройствах. Основные теплофизические задачи, возникающие при конструировании ЭВМ. Теплопроводность. Конвекция, тепловое излучение. Лекции 7 2 Л2.2, Л2.3, Л1.5
6.2. Естественное и принудительное воздушное охлаждение. Жидкостно-воздушная система охлаждения. Методы расчета теплового режима и выбор системы охлаждения ЭВМ. Лекции 7 2 Л2.2, Л2.3, Л1.5
6.3. Расчет теплового режима при естественном воздушном охлаждении. Выбор радиаторов и расчет температур. Сам. работа 7 1 Л2.2, Л2.3, Л1.5
Раздел 7. Конструкторско-технологические характеристики и параметры надежности ЭВМ и систем. Резервирование.
7.1. Основные показатели надежности. Структурная надежность ЭВМ. Работоспособность. Отказ, классификация отказов. Основные эксплуатационные свойства: безотказность, ремонтоспособность, долговечность, сохраняемость. Технологические аспекты надежности. Количественные характеристики оценки надежности. Лекции 7 2 Л1.4, Л1.5
7.2. Надежность элементной базы ВТ. Экспоненциальное распределения вероятности ьезотказной работы. Расчет надежности электроннного модуля. Сам. работа 7 8 Л1.4, Л1.5
7.3. Показатели надежности ЭВМ: плотность распределения времени безотказной работы, вероятность отказа, интенсивность отказов, средняя наработка на отказ. Методы повышения надежности. Структурная надежность. Лекции 7 2 Л1.4, Л1.5
7.4. Резервирование. Виды структурного резервирования. Резервирования без восстановления, с восстановлением, замещением. Сам. работа 7 8 Л1.4, Л1.5
Раздел 8. Проектирование и изготовление печатных плат
8.1. Основные виды печатных плат. Классификация печатных плат. Технологические процессы изготовления печатных плат. Математические модели схем. Последовательные алгоритмы структурного синтеза. Алгоритм компоновки по критерию минимума межблочной связности. Лекции 7 2 Л1.2, Л2.3
8.2. Задача размещения. Задача трассировки. Выбор критериев оптимальности. PCAD. Сам. работа 7 10 Л1.2, Л2.2
Раздел 9. Эргодизайн электронной аппаратуры
9.1. Характеристика человека-оператора как звена в единой системе человек-машина. Организация рабочего места. Проектирование эргономичных узлов и устройств ВТ. Основы художественного проектирования ВТ. Лекции 7 2 Л2.2, Л1.5
9.2. Конструирование пультов управления ЭВМ. Требования, предъявляемые к индикаторным устройствам. Сам. работа 7 4 Л1.2, Л2.2
Раздел 10. Аттестация
10.1. Экзамен 7 27 Л1.2, Л1.4, Л2.2, Л2.3, Л1.5
Раздел 11. Лабораторные работы
11.1. Altium Designer. Создание проекта. Лабораторные 7 12 Л1.1, Л2.2
11.2. Формирование проекта печатной платы в редакторе PCB Layout Editor. Лабораторные 7 14 Л2.1, Л1.1
11.3. Размещение компонентов и трассировка печатного монтажа. Лабораторные 7 14 Л2.1, Л1.1
11.4. Конструкторско-технологический расчет модуля. Лабораторные 7 12 Л2.1, Л1.3
11.5. Расчет надежности конструкции. Лабораторные 7 12 Л1.4, Л2.2
11.6. Altium Designer. Подготовка отсчетов по лабораторным работам. Сам. работа 7 54 Л2.1, Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
Перечень вопросов к экзамену по курсу «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ»

1. Требования и факторы, влияющие на конструкцию. Конструктивно-технологические требования. Показатели конструкции. Стандартизация в конструировании РЭА.
2. Виды, обозначения и комплектность конструкторских документов. Виды схем. Виды эксплуатационных документов. Наименование конструкторских документов.
3. Этапы разработки ЭА. Условия эксплуатации ЭА.
4. Надежность ЭА. Расчет надежности ЭА. Показатели ремонтопригодности. Резервирование. Резервирование без восстановления. Резервирование замещением. Резервирование с восстановлением. Стационарный коэффициент готовности.
5. Модульный принцип конструирования. Иерархия модулей. Уровни коммутации. Компоновка. Виды модулей.
6. Печатные платы. Материалы для ПП. Компоновка ПП. Размеры и форма ПП. Размеры элементов печатного рисунка. Сопротивление печатных проводников. Ёмкость и индуктивность м/у проводниками. Сопротивление изоляции. Размеры отверстий и контактных площадок. Основные этапы в производстве ПП. Электрические провода и кабели.
7. Защита конструкции от механических воздействий. Конструкция ЭА как колебательная система. Перегрузки. Расчет частоты собственных колебаний. Виброизоляция. Конструкция амортизаторов. Проектирование системы виброизоляции.
8. Защита ЭА от температурных воздействий. Конструктивные способы защиты от температурных воздействий. Виды отвода тепла. Кондукция. Излучение. Конвекция. Радиаторы – расчет. Выбор системы охлаждения. Расчет теплового режима по критериям. Вынужденная конвекция (поперечный обдув, продольный обдув). Конвекция в ограниченном пространстве. Конвекция при давлении отличном от нормального. Порядок расчета теплового режима герметичного корпуса. Порядок расчета теплового режима с учетом перфорации. Надежность (учет теплового режима и режима электрической нагрузки). Жидкостное охлаждение. Испарительно-кондексационное охлаждение. Термоэлектрические устройства охлаждения.
9. Технологичность конструкции.
10. Защита ЭА от электромагнитного излучения. Причины возникновения помех. Наводки по цепям питания и методы их снижения. Связь м/у элементами конструкции. Виды электрических соединений элементов и требования к их выполнению. Длинные и короткие линии связи. Экранирование. Виды экранов. Эффективность экранировании. Расчет ЭЭ (электрически толстые экраны, электрически тонкие экраны, перфорированные экраны, сетчатые экраны, ЭЭ токопроводящей краски, ЭЭ металлизированных поверхностей)
11. Эргодизайн ЭА…………
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
не требуется
5.3. Фонд оценочных средств
Блок тематических контрольно-тестовых заданий в системе Moodle
Итоговый (курсовой) тест в системе Moodle
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 В.Ю. Суходольский Altium Designer: Проектирование функциональных узлов РЭС на печатных платах: СПб.: БХВ-Петербург, 2010
Л1.2 И.П. Норенков Основы автоматизированного проектирования: учебник для вузов МГТУ, 2002
Л1.3 С.Г. Григорьян Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники: Феникс Рн/Д, 2007
Л1.4 В. В. Пашнев Надежность электронной аппаратуры [Электронный ресурс]: учеб. пособие АлтГУ, 2016 http://elibrary.asu.ru/handle/asu/3383
Л1.5 В.Т. Николаев, С.В. Купцов, С.В. Скляров, В.Н. Тикменов ; под ред. В.Н. Тикменова. Практические расчёты при конструировании электронных устройств : учебное пособие Физматлит, 2017 http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=485297
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Единая система конструкторской документации: Справочное пособие М.: Издательство стандартов, 1992
Л2.2 Проектирование РЭС: Учебная литература для ВУЗов Интернет-Университет Информационных Технологий, 2011 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=234639
Л2.3 Проектирование РЭС: CAD/CAM/CAE/PDM: Учебная литература для ВУЗов Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016 http://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=429876
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 1. www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 2. www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 3. www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 4. www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 5. www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э6 6. www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э7 7. www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э8 8. elanbook.com/ Издательство "Лань",
Э9 Единый образовательный портал АлтГУ https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=457
Э10 Единый образовательный портал АлтГУ https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6415
6.3. Перечень программного обеспечения
LibreOffice
Условия распространения: Open Source (Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/)
Mozila FireFox
Условия распространения: Open Source (Условия использования: https://www.mozilla.org/en-US/about/legal/eula/)
Chrome
Условия распространения: Open Source (Условия использования: http://www.chromium.org/chromium-os/licenses)
Microsoft Windows
7-Zip
AcrobatReader
6.4. Перечень информационных справочных систем
не требуется

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
208К лаборатория метрологии и электроники - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доски меловые 1шт.; учебный стол-10 шт.; компьютеры: марка Aquarius модель Cel-2533 - 10 единиц; генератор GFG-8219A – 22 шт.; источник питания АТН-1023 – 25 шт.; микровольтметр ВМС-4; микровольтметр WMS-4; монитор 17"LCD Samsung 793 MB; мультиметр APPA-203 – 3 шт.; мультиметр APPA-207; осциллограф 211; осциллограф АСК-1052 – 8 шт.; осциллограф DS5152M; осциллограф АСК-1021 – 13 шт.;осциллограф-приставка двухканальный АСК-3116; паяльная станция АТР-1121 - 3 шт.; паяльная станция АТР-4302; принтер лазерный HP L J 1100; программное обеспечение АСК-3106-PO; стабилизатор 3218 - 2 шт.; учебный комплекс для проведения лабораторных работ по курсу " Микропроцессорные системы"

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

не требуется