Конструирование и технология средств медицинской электроники

ПРОГРАММА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
по дисциплине
«КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ СРЕДСТВ
МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ»
Осенний семестр 2015-2016 учебного года
Специальность 1-39 02 03 Медицинская электроника
Группа 211801
Программа учебной дисциплины
Название темы
ВВЕДЕНИЕ
Содержание
Предмет, цели и задачи дисциплины, ее место в общей
системе подготовки инженера по радиоэлектронике. Основные концепции и понятия, термины и определения.
Развитие средств 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. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
КОНСТРУКЦИЙ СМЭ
Тема 1. Факторы,
определяющие
конструкцию
СМЭ
Тема 2. Окружающая среда и ее
воздействие
НА СМЭ
Виды классификаций. Классификация средств медицинской электроники по назначению, объекту установки,
условиям применения и конструктивным признакам. Области применения СМЭ различного назначения.
Характеристика климатических воздействий (климат,
температура, влага, давление, пыль, песок, солнечная радиация). Макроклиматическое районирование. Нормальные значения климатических факторов внешней среды
при эксплуатации и испытаниях. Основные требования к
проектированию СМЭ в части видов воздействующих
климатических факторов внешней среды. Номинальные и
эффективные значения климатических факторов внешней
2
Название темы
Содержание
среды при эксплуатации.
Воздействие ветра и гололеда. Воздействие влаги, пыли,
солнечной радиации, ионизирующих излучений и биологических факторов. Воздействие электромагнитных полей.
Особенности проектирование электронных систем с учетом климатического исполнения и категории изделий.
Раздел 2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИЙ
СМЭ
Тема 3. Конструи- Сущность процесса проектирования и роль конструктора
рование как со- в обществе. Объект проектирования. Конструирование
ставная
часть как процесс проектирования с обратной связью. Задачи и
процесса проек- характер конструирования. Основные требования к протирования СМЭ
ектированию современных электронных систем. Противоречия между расширением функциональных возможностей и ограничениями на габариты, массу, удобство
применения и обслуживания при повышении требований
к надежности, патентной чистоте и другим показателям.
Тема 4. Выбор стра- Стратегии проектирования. Методы решения конструктегии и методов кон- торских задач: понятие методов проектирования, элеменструирования СМЭ
тарные методы, методы синтеза и анализа. Преимущества
и трудности системного подхода к проектированию электронных систем. Поиск конструкторских решений.
Тема 5. Выбор и Современная элементная база. SMD элементы. Дискретобоснование эле- ные элементы. Интегральные схемы. Устройства индикаментной базы и ции и коммутации. Устройства функциональной элекматериалов
для троники. Выбор и обоснование элементной базы с учетом
конструкций СМЭ условий эксплуатации.
Несущие конструкции СМЭ. Разновидности материалов.
Выбор материалов для элементов конструкций изделий
СМЭ. Основные свойства металлов и пластмасс. Разновидности и особенности разъемных и неразъемных соединений.
Тема 6. Основы Основные понятия и определения, используемые в теотеории надежно- рии и практике надёжности СМЭ. Отказы и их классифисти СМЭ
кация. Причины отказов СМЭ. Показатели (критерии)
надёжности элементов в СМЭ.
Интенсивность отказов как основная характеристика
надёжности элементов. Учет влияния на надёжность элементов электрического режима и условий работы.
3
Название темы
Содержание
Ориентировочный расчет показателей надёжности СМЭ.
Уточнённый расчёт показателей надёжности СМЭ. Расчет показателей надёжности с учётом коэффициентов
электрической нагрузки и условий эксплуатации элементов в составе СМЭ. Расчет показателей надёжности СМЭ
при разных законах распределения времени до отказа
элементов. Параметрическая надёжность СМЭ.
Раздел 3. ЗАЩИТА КОНСТРУКЦИЙ СМЭ
ОТ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ
Тема 7. Оценка и Общие сведения о теплообмене. Основные определения и
обеспечение теп- терминология. Основные законы теплообмена. Тепловая
ловых режимов
чувствительность элементов.
Тепловые модели конструкций электронных систем. Методы перехода от реальных конструкций к их тепловым
моделям. Температурные режимы раз-личных конструкций СМЭ. Выбор способа охлаждения на ранней стадии
проектирования. Инженерные методики расчетов тепловых режимов. Классификация систем охлаждения. Системы обеспечения тепловых режимов СМЭ. Автоматизация теплового проектирования.
Тема 8. Механи- Классификация механических воздействий. Параметры
ческие
воздей- гармонических вибраций. Механические модели СМЭ и
ствия в конструк- их элементов. Основные динамические характеристики.
циях СМЭ и ме- Разновидности реакции СМЭ на механические воздейтоды защиты
ствия.
Виброзащита СМЭ и их элементов. Определение собственных частот колебаний ЭРЭ, печатных плат и блоков
СМЭ. Защита СМЭ при транспортировании.
Инженерные методики расчетов СМЭ с учетом механических воздействий. Метод конечных элементов и метод
конечных разностей. Методы моделирования, проектирования и расчета конструкций СМЭ на механические воздействия с использованием ЭВМ.
Тема 9. Обеспече- Защита конструкций СМЭ от воздействия влаги. Источние защиты кон- ники и пути проникновения влаги. Взаимодействие влаги
струкций СМЭ от с материалами конструкций. Способы влагозащиты СМЭ.
влаги
Влагозащитные монолитные оболочки.
Защита от влаги с помощью покрытий. Герметизация
конструкций электронных систем. Виды герметизации.
Разъемная герметизация. Определение качества гермети-
4
Название темы
Содержание
зации. Неразъемная герметизация. Определение герметичности.
Тема 10. Элек- Источники возникновения помех в СМЭ. Электромагтромагнитная
нитная обстановка. Источники возникновения помех в
совместимость
СМЭ.
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.
Раздел 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
С ПРИМЕНЕНИЕМ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР). ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ СМЭ
Тема 11. Назначе- Техническое задание на проектирование и постановку
ние и содержание продукции на производство. Технические требования и
стадий разработки ограничения. Требования к эксплуатационным, электриСМЭ
ческим и конструкторским параметрам и характеристикам. Показатели качества конструкции: абсолютные, относительные, удельные и комплексные. Взаимосвязь
конструкции электронных систем с определяющими факторами и тактико-техническими требованиями.
Стадии разработки конструкторской документации: техническое задание, техническое предложение, эскизный
проект, технический проект, разработка рабочей документации. Содержание стадий разработки.
Тема 12. Основ- Виды изделий. Виды и комплектность конструкторских
ные требования к документов. Обязательные чертежи рабочей документаразработке
кон- ции.
структорской до- Схемы как конструкторские документы. Виды и типы
кументации
схем. Правила выполнения электрических схем. Текстовые конструкторские документы. Система обозначения
конструкторской документации.
Основные требования, предъявляемые к рабочим чертежам. Чертежи деталей. Сборочные чертежи и их содержание. Спецификация и порядок ее оформления. Нанесение размеров и предельных отклонений. Взаимозаменяемость и допуски. Краткие сведения о системе допусков и
посадок. Шероховатость. Параметры шероховатости.
5
Название темы
Тема 13. Методы
конструирования
штампованных,
прессованных и
литых
деталей,
механических соединений
Тема 14. Проектирование печатного
монтажа
Тема: 15. Принципы автоматизации проектирования СМЭ
Тема 16. Моделирование тепловых
процессов и элек-
Содержание
Обозначения шероховатости на чертежах. Технические
требования и техническая характеристика.
Методы конструирования штампованных деталей: 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.
Классификация печатных плат (ПП). Материалы для изготовления печатных плат.
Расчет параметров печатных плат.
Разработка чертежа детали печатной платы и сборочного
чертежа печатной платы. Варианты установки элементов
на печатные платы. Компоновка элементов на ПП. Выбор
соединителей. Типовые технические требования чертежам печатной платы и сборочному чертежу печатной
платы.
Назначение систем автоматизированного проектирования
СМЭ. Место и задачи САПР в проблеме комплексной автоматизации деятельности предприятия. Анализ видов
конструкторских работ с позиций автоматизации. Предпосылки и выгоды внедрения САПР. Принципы построения и организации автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства.
Средства трехмерного моделирования. Каркасное моделирование. Поверхностное моделирование. Твердотельное моделирование.
Моделирование проектных решений. Методы оптимизации проектных решений.
Обзор систем автоматизированного проектирования
СМЭ.
Обзор программного обеспечения по моделированию
тепловых процессов и электромагнитной совместимости
СМЭ.
6
Название темы
тромагнитной
совместимости
СМЭ с помощью
пакетов прикладных программных
средств
Содержание
Моделирование тепловых процессов в СМЭ. Моделирование тепловых процессов в печатном узле. Математическое моделирование электрических и тепловых процессов электронных систем. Моделирование тепловых режимов конструкций различных блоков СМЭ средствами
программного комплекса ТРиАНА. Анализ тепловых режимов радиоэлектронных средств в системе Mentor
Graphics.
Система анализа целостности сигналов и электромагнитной совместимости с помощью программного комплекса
Hot-Stage. Электромагнитное моделирование планарных
MEMS структур с использованием программного пакета
EM3DS. SpeedXP Suite - система анализа электромагнитной совместимости, целостности сигналов и перекрестных искажений на печатных платах и в корпусах интегральных микросхем.
Литература
1. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов
радиоэлектронной аппаратуры / Ю. Н. Кофанов [и др.]. – М. : Радио и связь,
2000. – 389 с.
2. Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры : учеб.
пособие для вузов / О. В. Алексеев [и др.] ; под ред. О. В. Алексеева. – М. :
Высш. шк., 2000. – 479 с.
3. Алексеев, В.Ф. Принципы конструирования и автоматизации проектирования РЭУ : учеб. пособие / В. Ф. Алексеев. – Минск : БГУИР, 2003. – 197 с.
4. Ануфриев, Л.П. Коммутационные платы электронной аппаратуры :
учеб. пособие / Л. П. Ануфриев, В. Л. Ланин, А. А. Хмыль. – Минск : БГУИР,
2000. – 85 с.
5. Боровиков, С.М. Теоретические основы конструирования, технологии
и надёжности : учебник для инжен.-технич. спец. вузов / С. М. Боровиков. –
Минск : Дизайн ПРО, 1998. – 336 с.
6. Гелль, П.П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры : учебник для вузов / П. П. Гелль, Н. К. Иванов-Есипович. – Л.
: Энергоатомиздат, 1984. – 536 с.
7. Гжиров, Р.И. Краткий справочник конструктора : справочник / Р. И.
Гжиров. – Л. : Машиностроение, 1983. – 464 с.
7
8. Джонс, Дж. К. Методы проектирования / Дж. К. Джонс ; пер. с англ. –
2-е изд., доп. – М. : Мир, 1986. – 326 с.
9. Дульнев, Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре :
учебник для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры» / Г. Н. Дульнев. – М. : Высш. шк., 1984. – 247 с.
10.Дульнев, Г.Н. Методы расчета тепловых режимов прибора /
Г.Н.Дульнев, В.Г.Парфенов, А.В.Сигалов. - М.: Радио и связь, 1990. - 312 с.
11.Жаднов В.В., Сарафанов А.В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств. − М.: СОЛОН-Пресс, 2004.
− 464 с.
12.Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования: Монография / В.В.Гольдин, В.Г.Журавский, В.И.Коваленок
и др.; Под ред. А.В.Сарафанова. − М.: Радио и связь, 2003. − 456 с.
13.Каленкович, Н.И. Механические воздействия и защита РЭА : учеб. пособие для вузов / Н. И. Каленкович, Е. П. Фастовец, Ю. В. Шамгин. – Минск :
Выш. шк., 1989.
14.Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. − М.: Издательский Дом «Технологии», 2005.
− 352 с.
15.Кечиев, Л. Н. Защита электронных средств от воздействия статического электричества / Л. Н. Кечиев, Е. Д. Пожидаев. – М. : Издат. дом «Технологии», 2005. – 352 с.
16.Конструирование радиоэлектронной аппаратуры и электронно-вычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А. Д. Князев, Л. Н. Кечиев, Б. В. Петров. – М. : Радио и связь, 1989. – 224 с.
17.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры : Учебник для вузов / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.В. Журавлева и др.
Под общ. ред. В.А. Шахнова. – М.: Изд-во МГТУ им. НЭ Баумана, 2002. – 528 с.
18.Кофанов Ю.Н. Комплексное моделирование взаимосвязанных физических процессов радиоэлектронных конструкций: Учеб. Пособие / Ю.Н.Кофанов,
С.В.Засыпкин. - М.: МГИЭМ, 1996. - 56 с.
19.Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. М.: Радио и связь.1993. −
200 с.
20.Математическое моделирование радиоэлектронной аппаратуры при
механических воздействиях / Ю. Н. Кофанов [и др.]. – М. : Радио и связь, 2000.
− 226 с.
21.Медведев, А. М. Технология производства печатных плат / А. М. Медведев. – М. : Техносфера, 2005. – 430 с.
22.Мироненко, И. Г. Автоматизированное проектирование узлов и боков
РЭА средствами современных САПР : учеб. пособие для вузов / И. Г. Миронен-
8
ко, В. Ю. Суходольский, К. К. Холуянов ; под ред. И. Г. Мироненко. – М. :
Высш. шк., 2002. – 391 с.
23.Ненашев, А. П. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры :
учебник для радиотех. спец. вузов / А. П. Ненашев. – М. : Высш. шк., 1990. –
432 с.
24.Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования : учебник для вузов / И. П. Норенков. – М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. – 360 с.
25.Пирогова, Е.В. Проектирование и технология печатных плат: Учебник.
– М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 560 с.
26.Разработка и оформление конструкторской документации РЭА : Справочник / Э. Т. Романычева [и др.]. – М. : Радио и связь, 1989. – 448 с.
27.Роткоп, Л.Л. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры / Л. Л. Роткоп, Ю. Е. Спокойный. – М. : Сов. радио,
1976. – 232 с.
28.Сборник задач по конструированию и технологии радиоэлектронной
аппаратуры : учеб. пособие / В. Ф. Алексеев [и др.] ; под ред. В. Ф. Алексеева,
Н. С. Образцова. – Минск : БГУИР, 1997. – 92 с.
29.Сборочно-монтажные процессы : учеб.-метод. пособие / В. Л. Ланин [и
др.]. – Минск : БГУИР, 2008. – 67 с.
30.Справочник конструктора-приборостроителя / В. Л. Соломахо [и др.].
– Минск : Выш. школа, 1983. – 272 с.
31.Справочник конструктора РЭА : Общие принципы конструирования /
под ред. Р. Г. Варламова. – М. : Сов. радио, 1980. – 480 с.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ
по дисциплине
«КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ СРЕДСТВ
МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ»
Осенний семестр 2014-2015 учебного года
Группа 111801
1. Предмет, цели и задачи дисциплины.
2. Сущность процесса проектирования и роль конструктора в обществе.
3. Развитие средств медицинской электроники на современном этапе.
4. Классификация средств медицинской электроники по назначению, объекту установки, условиям применения и конструктивным признакам.
5. Специфика и основные проблемы конструирования средств медицинской электроники.
6. Характеристика климатических воздействий.
9
7. Воздействие внешних дестабилизирующих факторов на средства медицинской электроники.
8. Проектирование средств медицинской электроники с учетом климатического исполнения и категории изделий по ГОСТ 15150-69.
9. Нормальные значения климатических факторов внешней среды при
эксплуатации и испытаниях по ГОСТ 15150-69.
10. Требования к изделиям в части номинальных значений климатических
факторов внешней среды при эксплуатации по ГОСТ 15150-69.
11. Эффективные значения климатических факторов по ГОСТ 15150-69.
12. Условия эксплуатации металлов, сплавов, металлических и неметаллических неорганических покрытий по ГОСТ 15150-69.
13. Использование изделий в исполнении для умеренного климата в районах с тропическим и сухим климатом по ГОСТ 15150-69.
14. Условия хранения и транспортирования изделий в части воздействия
климатических факторов внешней среды по ГОСТ 15150-69.
15. Основные этапы проектирования.
16. Стратегии проектирования.
17. Понятие методов проектирования.
18. Обзор методов конструирования.
19. Элементарные методы проектирования.
20. Методы синтеза.
21. Системный подход в проектировании электронных систем: основные
положения и принципы.
22. Современная элементная база. SMD – элементы. Дискретные элементы.
23. Интегральные схемы. Устройства индикации и коммутации. Устройства функциональной электроники.
24. Выбор и обоснование элементной базы с учетом условий эксплуатации.
25. Несущие конструкции средств медицинской электроники.
26. Выбор материалов для элементов конструкций изделий средств медицинской электроники.
27. Основные понятия и определения, используемые в теории и практике
надежности средств медицинской электроники.
28. Отказы и их классификация. Причины отказов.
29. Показатели надежности элементов.
30. Интенсивность отказов как основная характеристика надежности элементов.
31. Общие сведения о теплообмене. Основные определения и терминология.
32. Кондуктивный теплообмен: основные понятия и законы.
10
33. Конвективный теплообмен: основные понятия и законы.
34. Теплообмен излучением: основные понятия и законы.
35. Закон Стефана-Больцмана.
36. Закон Кирхгофа.
37. Закон Ламберта.
38. Системы обеспечения тепловых режимов средств медицинской электроники.
39. Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования.
40. Классификация систем охлаждения.
41. Классификация механических воздействий.
42. Механические модели средств медицинской электроники.
43. Виброзащита средств медицинской электроники.
44. Защита средств медицинской электроники при транспортировании.
45. Защита конструкций средств медицинской электроники от воздействия влаги.
46. Источники и пути проникновения влаги.
47. Взаимодействие влаги с материалами конструкций.
48. Способы влагозащиты средств медицинской электроники.
49. Герметизация конструкций. Виды герметизации.
50. Разъемная герметизация.
51. Неразъемная герметизация.
52. Определение качества герметизации.
53. Основные понятия, относящиеся к электромагнитной совместимости.
54. Источники возникновения помех.
55. Классификация помех.
56. Ближние и дальние электромагнитные поля.
57. Емкостная паразитная связь.
58. Индуктивная паразитная связь.
59. Паразитная связь через общее полное сопротивление.
60. Конструктивные меры защиты от электромагнитных помех.
61. Виды изделий. Виды и комплектность конструкторских документов.
62. Обязательные чертежи рабочей документации.
63. Стадии разработки конструкторской документации.
64. Текстовые конструкторские документы.
65. Система обозначения конструкторской документации.
66. Схемы как конструкторские документы. Классификация и обозначение схем (виды и типы схем).
67. Общие правила выполнения схем.
68. Общие требования к выполнению схем.
69. Общие правила построения схемы.
70. Правила выполнения электрических схем.
11
71. Графические обозначения и размеры УГО.
72. Основные правила построений линий связи на схемах.
73. Правила построения перечня элементов.
74. Общие требования к разработке чертежей деталей.
75. Сборочные чертежи и их содержание.
76. Спецификация и порядок ее оформления.
77. Нанесение размеров и предельных отклонений: основные требования.
78. Нанесение размеров и предельных отклонений: нанесение размеров.
79. Основные материалы для штампованных деталей.
80. Методы конструирования прессованных и литых деталей: усадка как
типичная особенность прессованных и литых деталей.
81. Методы конструирования прессованных и литых деталей: методика
конструирования прессованных и литых деталей.
82. Простановка размеров, назначение допусков на литые и прессованные
детали.
83. Конструирование деталей с отверстием.
84. Конструирование армированных пластмассовых деталей.
85. Конструктивно-технологические требования к проектированию печатных плат.
86. Разработка чертежа детали печатной платы.
87. Разработка сборочного чертежа печатной платы.
88. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей.
89. Обозначение шероховатостей поверхностей.
90. Правила нанесения обозначений шероховатостей поверхностей на
чертежах.
91. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и
таблиц.
92. Указание на чертежах о маркировании клеймении изделий.
93. Формирование технических требований на чертежах.
94. Назначение систем автоматизированного проектирования средств медицинской электроники.
95. Обзор систем автоматизированного проектирования средств медицинской электроники.
Программу, рекомендуемую литературу
и контрольные вопросы к экзамену подготовили:
АЛЕКСЕЕВ Виктор Федорович – канд.техн.наук, доцент
ШАТАЛОВА Виктория Викторовна – канд.техн.наук, доцент