Инженерное дело. Техника

Быстрый прогресс современной электроники в последние годы существенно повлиял на все сферы человеческой деятельности, включая применение компьютерных технологий. Существенным прорывом стало создание полнофункциональных компьютерных систем на одном кристалле, так называемом System-On-Chip (SoC). В SoC интегрируются все основные функциональные блоки, присущие компьютерам (процессор, память, графический процессор и др.). На одном из таких SoC-кристаллов реализован один из наиболее популярных современных миниатюрных компьютеров, известный под названием Raspberry Pi. Эта книга посвящена практическим аспектам применения Raspberry Pi, начиная от программирования простых систем управления и измерения на языке Python и заканчивая разработкой мультимедийных систем и созданием игровых приложений на языке Scratch. Хотя Raspberry Pi помещается на ладони, он способен выполнять многие функции, доступные мощным настольным системам. Многие популярные приложения, работающие на настольных компьютерах, могут выполняться и на Raspberry Pi. Вдобавок Raspberry Pi обладает мощными мультимедийными и графическими возможностями, в частности, при работе с 3D графикой, поэтому этот миниатюрный компьютер можно использовать как платформу для разработки игровых приложений, что может заинтересовать многих будущих программистов. Raspberry Pi можно использовать и для создания своих собственных измерительных и робототехнических систем с различными датчиками и исполнительными устройствами. Создание таких систем возможно благодаря наличию цифрового порта ввода/вывода (GPIO) — подобная возможность отсутствует в обычных настольных ПК.

Книга посвящена PIC-микроконтроллерам — одному из самых популярных семейств современных микроконтроллеров. В справочнике имеются все необходимые сведения, аппаратные и программные решения. По широте охвата и объему рассматриваемого материала книга претендует на статус малой энциклопедии. Здесь представлены классификация и архитектура различных подсемейств PIC-контроллеров, сравнительные характеристики типов, разводка выводов, системы команд, подробная спецификация управляющих регистров. Рассказывается о принципах работы основных узлов, приведены таблицы временных и электрических характеристик, алгоритмы программирования. Дано описание языков программирования и средств разработки приложений.

Книга будет интересна инженерам-конструкторам, которые работают с NX и хотят воспользоваться приложениями для инженерного анализа, и профессиональным инженерам-расчетчикам, использующим другие решения и желающим познакомиться с системой NX Advanced Simulation, а также сегодняшним пользователям системы, заинтересованным в повышении своей квалификации. Книга сопровождается большим количеством примеров. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по следующей ссылке: www.siemens.com/plm/ru/cae.

Данная книга представляет собой практическое пособие, в котором собраны примеры решения инженерных задач из области автомобилестроения, турбодвигателестроения, космического и авиастроения, кораблестроения. Примеры подобраны так, чтобы они охватывали широкий круг задач из различных дисциплин с учетом многих физических явлений, а также необходимые для их решения инструменты. Адресована пользователям системы инженерного анализа NX Advanced Simulation. В начале каждой главы кратко представлены основные инструменты и подходы, использованные для решения описываемой задачи. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по ссылке: www.siemens.com/plm/ru/cae_models.

Книга представляет собой практическое руководство по разработке систем управления, сбора и обработки данных с применением инструментальной среды проектирования LabVIEW. Материал книги ориентирован на инженеров-практиков и включает примеры решения типовых задач измерения, анализа и цифрового синтеза непрерывных и дискретных сигналов. Значительная часть материала книги посвящена разработке аппаратно-программных интерфейсов многофункциональных модулей обработки данных с внешним оборудованием. В книге также затронуты практические аспекты создания распределенных систем управления на базе последовательных интерфейсов и протоколов Интернет.

Книга содержит лабораторный практикум по электронике и микропроцессорной технике. Практикум включает лабораторные работы по аналоговой и цифровой электронике, разработанные с использованием технологии виртуальных приборов. Практическая реализация осуществлена в программной среде LabVIEW с помощью инструментальных средств компании National Instruments.

В книге приведено описание функциональных элементов среды проектирования виртуальных приборов LabVIEW 8.20. Описание выполнения функций сопровождается примерами их использования. Для большинства Экспресс-ВП приведены окна конфигурирования с переводом их содержимого. В справочнике большое внимание уделено функциям программирования, математики, обработки сигналов, коммуникации, управления приборами и обмена данными по стандартным интерфейсам. Рассмотрены также новые элементы LabVIEW 8.20 — проект, разделяемая переменная, элементы объектно-ориентированного программирования и язык MathScript.

Книга является третьей частью авторского издания под общим титульным названием «1000 и одна микроконтроллерная схема». Ранее в издательстве «Додэка-XXI» вышли в свет две книги из данной серии: «Выпуск 1» (2010 г.) и «Выпуск 2» (2011 г.). Новая книга «Выпуск 3» служит их логическим продолжением и дополнением. В ней содержатся электрические схемы сопряжения микроконтроллеров с внешними устройствами. Основной упор, в отличие от аналогичных по тематике изданий, делается на рассмотрение небольших, конструктивно завершённых, схемных узлов. В книге освещается работа базовых микроконтроллерных подсистем, в частности ввода и вывода сигналов, питания, тактирования, сброса, программирования. Уделяется должное внимание популярным интерфейсам: USB, SPI, RS-485, I2C, 1-Wire. Приводятся схемы электрической «обвязки» для популярных плат Arduino, которые тоже содержат микроконтроллеры. Книгу можно считать справочником типовых решений, поскольку все электрические схемы систематизированы по разделам и снабжены краткими пояснениями о назначении элементов. Ссылки на дополнительные материалы и литературу даны в конце каждого из разделов. В общей сумме в трёх книгах «Выпуск 1...3» насчитывается около 3000 схем. В книге содержится мини-курс, посвящённый компьютерному моделированию. Приводится методика анализа небольших узлов, подключаемых к выводам микроконтроллеров. С помощью моделирования можно заранее спрогнозировать результат работы устройства без паяльника и без макетирования «в железе».

Движение вперёд, стремление к совершенству любой деятельности человечества связано с инновационным развитием технологий выпускаемого продукта, трудовых отношений и других факторов. В исследовании представлены результаты совместной деятельности образовательных, научных и производственных организаций в энергетической отрасли страны. Установлено, что с ускорением научно-технического прогресса инновации и инвестиционные технологические процессы становятся ключевыми компонентами деятельности государства и бизнеса, которые способствуют развитию компаний энергетического сектора для обеспечения их долгосрочной конкурентоспособности, что особенно важно при реализации арктических проектов. Важность разработки и создания инновационного технологического продукта особенно остро проявляется в энергетической отрасли, обеспечивающей жизнедеятельность людей, предприятий, страны. Энергетика является довольно консервативной отраслью в отношении инноваций (это связано с длительным жизненным циклом основного оборудования, который составляет несколько десятков лет), созданных отечественными предприятиями с использованием исключительно наших составляющих. Модернизация и строительство новых объектов в Арктической зоне Российской Федерации в энергетике требует значительных инвестиций с длительными сроками окупаемости, что является весомым фактором в принятии решений. Малый и средний бизнес, осуществляющий деятельность в энергетике, настроен на получение прибыли в краткосрочной или среднесрочной перспективе, но такие компании характеризуются низким уровнем научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок. Тем не менее, реконструкция энергетического хозяйства является актуальной тематикой современного устройства отрасли в связи с тем, что износ оборудования превышает сроки эксплуатации. Отмечены ключевые результаты инвестиционной деятельности и ключевые направления развития энергетической отрасли, в том числе в Арктике. Цель исследования — выявить долгосрочные тренды инновационных технологических решений в различных областях энергетического сектора страны и определить методы их применения в арктических проектах.

В статье рассматриваются вопросы развития коммунального комплекса в субъектах Крайнего Севера и в Арктической зоне Российской Федерации. Основное внимание уделено социально-экономическим аспектам формирования территориальных систем теплоснабжения, которые в суровых полярных природно-климатических условиях являются базовыми составляющими инфраструктуры жизнеобеспечения. Дана оценка влияния роста коммунальных тарифов на структуру потребительских расходов домашних хозяйств северных и арктических регионов. Показано, что состояние сферы коммунальной энергетики определяет формирование социально-экономической обстановки, инвестиционной привлекательности арктических муниципальных образований, продолжается устаревание и сокращение основных фондов коммунального энергоснабжения, наблюдается высокий уровень коммунальных потребительских расходов. Показано, что снижение инфраструктурной обеспеченности территорий российских северных и арктических регионов связано с сокращением общего числа источников тепловой энергии, территориального энергетического производства, протяжённости сетей тепловых коммуникаций. Усиление указанных энергетических угроз является фактором, ограничивающим социально-экономический рост северных и арктических территорий России.

Изложены положения теории надежности и даны рекомендации по решению прикладных задач определения количественных показателей надежности радиоэлектронной аппаратуры.

Рассмотрена конструкция основных деталей, узлов, вспомогательных систем и иного навесного оборудования двигателя внутреннего сгорания на примере современных двигателей линейки FSI. Описаны рабочие процессы двигателя внутреннего сгорания и показатели эффективности его работы. Приведён пример теплового, кинематического и динамического расчёта кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания.

Рассмотрены методы расчёта характеристик и параметров движения механических систем и конструкций как основа для анализа их динамической прочности по методу конечных элементов. Изложена теория колебаний автономных консервативных и диссипативных систем с одной степенью свободы. Передаточные функции и частотные характеристики получены с использованием собственного времени системы и безразмерной частоты возбуждения. Движение неавтономных систем с конечным числом степеней свободы описано методом разложения его по формам главных колебаний. Изложение сопровождается большим числом примеров. Часть материала вынесена в упражнения. Выкладки, примеры, задачи и упражнения сопровождены текстами Maple-программ.

Учебное пособие состоит из четырёх частей. Рассмотрены методы анализа, описаны основные классы СВЧ-устройств и линий передачи УВЧ и СВЧ, приведены при-меры практических конструкций. Во второй части учебного пособия рассмотрены основные классы направляющих сред, применяемых в диапазонах УВЧ и СВЧ, и их элементы, проанализированы электромагнитные явления в направляющих средах.

Учебное пособие состоит из четырёх частей. Рассмотрены методы анализа, описаны основные классы СВЧ-устройств и линий передачи УВЧ и СВЧ, приведены примеры практических конструкций. В первой части рассмотрены матричные методы анализа линеаризованных СВЧ-устройств, приведены примеры анализа СВЧ-устройств с использованием различных методов, описаны матрицы рассеяния базовых элементов, а также разработанная под руководством автора программа для анализа линейных СВЧ-устройств «ПАПИРУС» и порядок работы с ней.

Практикум содержит необходимые теоретические сведения и методику расчётов современных двигателей внутреннего сгорания с впрыском лёгкого топлива. Приведён пример теплового расчёта рабочих процессов ДВС, показана методика построения индикаторной диаграммы и диаграммы теплового баланса.

Пособие содержит материалы по основным вопросам функционирования и разработки микропроцессорных систем. В издание включены лабораторные работы, которые выполняются с использованием современных интегрированных систем разработки программного обеспечения для микроконтроллеров, а также расчетно-графическое задание по проектированию микропроцессорной системы.

Рассмотрены базовые вопросы электропривода постоянного тока: основные уравнения, характеристики и режимы электродвигателя постоянного тока при независимом возбуждении; исследование системы «тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока»; исследование системы подчиненного регулирования тиристорного электропривода постоянного тока с внешним контуром скорости, а также электропривода переменного тока; исследование асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором; исследование систем «преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель».

Приведены краткие теоретические сведения, необходимые для описания свойств конструкционных материалов и процессов, протекающих при обработке материалов давлением и резанием, а также при осуществлении литейных и сварочных процессов. Представлены практические работы, позволяющие изучить физические основы процессов прямого прессования (выдавливания), продольного точения, литья и ручной дуговой сварки.

Рассмотрены вопросы обеспечения качества сварных конструкций. Описаны основные виды внутренних и внешних дефектов. Приведены сведения о различных видах разрушающего и неразрушающего контроля.

Изложены основные сведения по теории надежности систем электроснабжения; рассмотрены вопросы практического применения теории надежности при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения, основные показатели надёжности работы электрооборудования систем электроснабжения.

В учебном пособии изложены вопросы влияния технологических и конструкторских факторов на надежность и работоспособность изделий машиностроения. Разработано в соответствии с программой курса «Надежность технических устройств».

Рассмотрены конструкции воздушных линий электропередачи, процессы теплообмена между линиями и окружающей средой, влияние климатических факторов на температурные режимы воздушных линий.

Рассмотрены различные виды ультразвуковых колебательных систем и их классификация. Описан механизм влияния ультразвука на свойства сталей и сплавов, а также полимерных композиционных материалов. Представлена методика проектирования и расчета волноводной системы.

Издание по структуре, содержанию и методике ориентировано на изучение дисциплины «Прикладная механика» согласно действующим стандартам и нормативным данным, принятым в практике конструирования. Содержит теоретический материал, лабораторные работы, а также примеры выполнения курсового проекта по прикладной механике.

В пособии рассмотрены вопросы экологической безопасности химических производств и нефтегазодобывающего производства. Представлены виды негативного воздействия, приведены характеристики загрязнителей, описаны методы очистки отходящих газов, сточных вод и переработки твердых отходов.

Рассмотрена разработка программного обеспечения для современных многоразрядных микропроцессоров отечественного производства. Представлены практические работы по изучению архитектуры микропроцессора, применению его аппаратных модулей для решения различных задач, возникающих в приборостроении. Практические работы проводятся с использованием учебного микропроцессорного стенда.

В пособии представлена классификация и описано устройство основных узлов оборудования и аппаратуры, используемых при ручной и механизированной сварке неплавящимся электродом в среде защитных газов. Рассмотрены конструктивные особенности и даны технические характеристики источников питания и блоков подачи присадочной проволоки отечественного и импортного производства.

Рассматриваются решения прикладных задач электро- и магнитостатики, корректной постановки граничных задач с использованием уравнений Лапласа и Пуассона. Приводятся численные методы интегрирования уравнений.

Рассмотрены вопросы реализации базовых алгоритмов цифровой обработки сигналов на основе цифровых сигнальных процессоров отечественного производства. Представлены практические работы, позволяющие изучить преобразования сигналов с использованием аппаратных средств. Приведены типовые алгоритмы цифровой обработки сигналов и показана их реализация с учетом особенностей архитектуры микропроцессора.

Дано общее представление о компрессорном оборудовании и особенностях его применения на передвижных мобильных установках.

Практикум посвящен исследованиям и анализу пассивных и активных электрических цепей в процессе изучения дисциплины «Основы теории радиотехнических цепей и сигналов» с помощью учебно-лабораторного комплекса (специализированного лабораторного стенда и осциллографа).

Рассмотрены основы технического диагностирования и теории надёжности, элементы теории и принципы построения систем мониторинга состояния техногенных объектов, а также основные методы диагностики машин, механизмов и технологических объектов нефтегазовой отрасли.

Учебное пособие состоит из двух частей. Часть 2 содержит материал, который читается студентам в течение восьми лекций во втором семестре по дисциплине «Системы связи специального назначения».

Рассмотрены задачи и методы моделирования и проектирования теплотехнических систем и оборудования теплоэнергетических установок; методы решения задач моделирования теплотехнического и электротехнического оборудования теплоэнергетических установок средствами различных программ, в том числе FLOWNEX, ANSYS и MATLAB. Приведены примеры решения проектных задач.

Рассматриваются основные виды дефектов и неисправностей машин и механизмов, признаки их проявлений в виброакустическом сигнале, методы расчёта частот возбуждения виброакустических колебаний. Приведены примеры расчёта частот возбуждения колебаний и анализа их в спектре сигнала.

В практикуме описаны лабораторные работы, направленные на изучение методов подготовки конструкторской документации и проведение анализа с применением CAE- и CAD-пакетов.

Практикум содержит методические рекомендации к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Компрессорные и расширительные машины динамического действия», «Компрессорно-расширительные машины технологических установок», «Теория, расчёт и конструирование компрессорных машин динамического действия», «Проектирование и эксплуатация компрессорных станций». Цикл лабораторных работ подготовлен по трём темам: «Изучение конструкций и элементов турбомашин», «Экспериментальное получение газодинамических характеристик турбокомпрессоров»; «Вибродиагностика и балансировка роторов турбомашин».

Представлены основные термины и определения, связанные с вопросами неразрушающего контроля (НК), а также классификация видов и методов НК; приведены методы НК в соответствии с классификацией по способу получения первичной информации; рассмотрены устройство, принцип действия и характеристики первичных преобразователей, использующихся при реализации различных методов НК.

В пособии рассмотрены вопросы контактного и бесконтактного измерений температуры.

Рассмотрена работа с системами автоматизированного проектирования Altium Designer и SolidWorks. Приведен пример создания комплекта конструкторской документации на радиоэлектронную аппаратуру с помощью этих систем.

Рассмотрены источники загрязнения окружающей среды в результате промышленной деятельности; приведено описание современных методов контроля загрязнения окружающей среды.

Изложены основные вопросы проектирования электроприводов постоянного и переменного тока в составе электротехнических комплексов производственных механизмов. Освоение этих вопросов поможет обучающимся успешно выполнить курсовую работу и расчетно-графические работы по электроприводу, а также получить необходимые компетенции для практической работы в области электроприводных систем.

Конспект лекций посвящен изучению вопросов экспертизы и диагностирования сварных конструкций сооружений и оборудования (объектов диагностирования) с целью повышения надежности их эксплуатации; изучению методов диагностирования, контроля сварных соединений. Приведены расчетные методики проверки прочности и долговечности с определением остаточного срока эксплуатации.

Приведены сведения о конструкциях и основах проектирования механизирующих и автоматизирующих узлов и агрегатов, применяемых при реализации операций кузнечно-штамповочного производства.

Приведены лабораторные работы, направленные на получение навыков создания, редактирования и оформления текстовых и табличных документов и презентаций в среде офисного пакета Microsoft Office, а также выполнения математических операций в специализированной программе Matlab.

Практикум состоит из двух частей. Во второй части приведены лабораторные работы по изучению инструментов для подготовки и проведения инженерного анализа объектов с контролируемой микроструктурой композитных конструкционных материалов.

Приведены лабораторные работы для проведения численных прочностных, тепловых, гидро- и газодинамических расчетов в CAE-системе ANSYS, в том числе с применением специализированных функций и инструментов данной программы.

Представлены краткие сведения об устройстве и структуре микроконтроллера архитектуры AVR. Рассмотрены приемы работы в современных интегрированных средах программирования микроконтроллеров, подходы к отладке программного обеспечения с применением JTAG отладчика-программатора. Приведены алгоритмы разработки программного обеспечения для периферийных устройств. Каждый из разделов снабжен краткой теоретической справкой и индивидуальными заданиями для самостоятельного выполнения.

Изложены основные положения релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Рассмотрен принцип действия, расчет токов срабатывания, расчет уставок и проверка чувствительности защит ЛЭП, трансформаторов, двигателей, генераторов и шин. Приведены контрольные вопросы, задачи, примеры их решения, задания к курсовым проектам.