Инженерное дело. Техника

Даны краткие сведения из отдельных разделов физики и смежных наук, составляющих физические основы микро- и нанотехнологий. Рассмотрены основные законы, понятия и определения физических явлений, процессов и сред, являющихся основой этих технологий. Приведены методы преобразования фундаментальных физических законов в прикладные технологические зависимости, расчеты физических закономерностей, определяющих параметры процессов микро- и нанотехнологий.

Приведены сведения о строении, составе, способах изготовления и областях применения композиционных материалов. Рассмотрены классификационные принципы, химический состав различных композиционных материалов. Даны справочные данные о физико-химических свойствах металлических и полимерных композиционных материалов с различными наполнителями - дисперсными, волокнистыми и нитевидными кристаллическими. Приведены сравнительные характеристики широко применяемых в машино- и приборостроении материалов: алюминиевых сплавов и композитов на основе алюминия. Данная работа позволяет студентам, получившим общее представление о различных конструкционных материалах при изучении базового курса химии, применять композиционные материалы для изготовления технических устройств различного назначения при курсовом и дипломном проектировании.

Представлены наиболее часто встречающиеся в инженерной практике геометрические построения на плоскости. Дана классификация плоских кривых линий, описаны способы их построения.

Рассмотрены вопросы получения основных интегралов дифференциальных уравнений невозмущенного движения космических аппаратов, проведен анализ уравнения Кеплера для различных типов орбит космических аппаратов, даны описания численных методов решения уравнения Кеплера и их сравнительный анализ.

В учебном пособии рассмотрены основные принципы трехмерного твердотельного моделирования в области автомобилестроения на примере пакета SolidWorks. Подробно описаны приемы работы в SolidWorks с твердотельными моделями в режимах Part и Assembly. Приведена последовательность создания моделей типовых деталей автомобилей: валов, шестерен, штампованных деталей и др. Даны примеры создания трехмерных моделей сборочных единиц различного уровня сложности - от модели редуктора до модели всего автомобиля.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению микрорельефа изломов и механизмов разрушения материалов. Описаны методы микроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов и результатов их анализа.

Даны рекомендации к выполнению лабораторной работы, посвященной изучению макрорельефа изломов и признаков очагов разрушения образцов и деталей. Описаны методы макроскопического исследования изломов на примере образцов, испытанных на растяжение, ударную вязкость и вязкость разрушения. Представлена специальная терминология, используемая для описания строения изломов.

Пособие посвящено одному из важнейших этапов конструирования плазменных установок различного назначения – математическому моделированию комплекса процессов, протекающих как в самой высокотемпературной среде – плазме, так и в элементах конструкции, обеспечивающих работоспособность технических устройств. Рассмотрены методы аналитического и численного решения систем уравнений различных типов, приведены решения ряда практически важных задач, которые встречаются студентам при выполнении домашних заданий по основным дисциплинам специальностей 140403 и 140505, курсовом и дипломном проектировании. Пособие основано на материалах лекций, семинарских и лабораторных занятий по методам математического моделирования процессов в плазменных установках, проводимых автором в течение ряда лет в МГТУ им. Н.Э. Баумана

Приведены основные сведения о характеристиках, устройстве и принципах работы комплекса средств автоматизации ряда «Фундамент». Пособие предназначено для подготовки специалистов радиотехнических войск Военно-воздушных сил Российской Федерации, изучающих курс «Военно-техническая подготовка».

Рассмотрены типовые контакторные схемы управления электроприводами в функции времени, скорости и пути с асинхронными двигателями и двигателем постоянного тока. Процессы управления проиллюстрированы механическими характеристиками.

Рассмотрены методики подготовки и проведения тренажа на комплексе средств автоматизации «Фундамент». Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Радиоэлектронные системы и комплексы».

Приведены краткие теоретические сведения по анализу данных. Рассмотрены примеры обработки результатов компьютерного моделирования электронных схем в среде Multisim 10 и MATLAB.

Рассмотрены основы проектирования микрополосковых устройств СВЧ с помощью пакета программ Microwave Office 2009 производства компании Applied Wave Research. На примере балансных смесителей описаны основные операции, которые необходимо выполнить при проектировании электрической принципиальной схемы устройства, создании его топологии, расчете и оптимизации рабочих параметров.

Рассмотрены устройство и программирование однокристальных микроконтроллеров на примере широко распространенного восьмиразрядного микроконтроллера семейства MCS-51. Предполагаетcя знание первой части учебного пособия «Функции, структура и элементная база систем автоматического управления», в которой заложены основы единого подхода к проектированию механических, электронных и программных компонентов технологического оборудования, и умение постановки четких технических заданий и технических предложений на начальных этапах проектирования.

Приведены варианты задания по проектированию синхронного счетчика mod7 с произвольным порядком счета для использования в автомате управления технологическим процессом и пример поэтапного выполнения расчета и последующего моделирования его функционирования в программной среде NI Multisim 10.1. Дана последовательность сборки схем и проведения моделирования в виртуальной лаборатории. Практические занятия выполняются с целью закрепления теоретических знаний и приобретения навыков работы в программной среде моделирования цифровых устройств Multisim 10.1 по дисциплине «Электротехника и электроника».

Рассмотрены теория и вопросы практического применения метода конечных элементов (МКЭ) в инженерных расчетах на основе программного продукта ANSYS Workbench. Изложение теоретических аспектов МКЭ сопровождается подробными иллюстрированными примерами работы с ANSYS Workbench при расчете как простых деталей, так и сложных конструкций, работающих в динамических условиях.

Рассмотрены основы применения решателя инженерных задач, предназначенного для автоматизации решения расчетных и логических задач. Изложены способы описания знаний предметной области с использованием естественного языка и табличных форм представления методик исходных нормативно-справочных документов. Основное внимание уделено процессу создания специалистами информационного обеспечения для автоматизированного решения различных задач технологического проектирования. Приведена методика формализации технологических знаний средствами решателя инженерных задач и ее использование в учебном процессе.

Методические указания посвящены анализу и синтезу систем автоматического регулирования. Описана методика моделирования линейной и нелинейной систем регулирования, системы с запаздыванием, исследовано влияние некоторых параметров названных систем на вид переходного процесса. Проведен анализ влияния параметров регулятора на выбранные критерии качества работы системы. Представлено описание универсальной программы «Моделирование в технических устройствах (МВТУ 3.7)», позволяющей проводить моделирование и оптимизацию систем автоматического регулирования и управления теплоэнергетических установок на ЭВМ.

В методических указаниях приведено описание экспериментальной установки по исследованию системы автоматического регулирования (САР) давления в проточной пневматической емкости. Описаны лабораторные работы по исследованию статических и динамических характеристик элементов САР и всей системы в целом.

Дано описание управляющей системы FST 202С, работающей в составе электропневматических систем управления и используемой для решения задач автоматизации технологических процессов, представленных в формализованном виде - в виде циклограмм. Приведены основные сведения о языке программирования АWL, рассмотрены особенности программирования контроллера и примеры построения электропневматических систем управления, в которых исполнительная часть выполнена на базе пневматических средств, а управляющая часть - в виде программы управления свободно программируемого контроллера РРС 202С (фирмы FESTO, Германия).

Проиллюстрированы методы теории автоматического управления на примерах и показаны методы использования математических программных систем для решения практических задач в рамках дисциплин «Теория автоматического управления», «Управление в технических системах». Практические занятия выполняются на персональных компьютерах в операционной среде Windows с установленной системой MatLab 6.Х и пакетом прикладных программ Contгol System Toolbox и Simulink.

Рассмотрены вопросы разработки математических моделей систем управления летательными аппаратами (ЛА) с учетом динамики аппаратуры. Дано описание практических алгоритмов и процедур анализа, в том числе редукции на базе программных продуктов – пакетов МВТУ и МATLAB. Приведены готовые математические модели для изучения свойств различных методов движения ЛА.

В методических указаниях рассматриваются методы настройки элементов беспроводной сети, режимы ее функционирования и способы обеспечения ее безопасности. Комплекс из семи лабораторных работ предназначен для студентов и слушателей, изучающих вопросы разработки и эксплуатации беспроводных компьютерных сетей. Методические указания к лабораторным работам могут использоваться для самостоятельного изучения практических основ построения сетей Wi-Fi.

Рассмотрен один из методов расчета количественных параметров надежности приборов и систем ориентации, стабилизации и навигации в процессе выполнения домашнего задания на основе статистического моделирования работы сложной системы при заданных характеристиках работоспособности элементов, из которых состоит система и времени наработки. Приведены необходимые сведения для изучения терминологии, связанной с методикой статистического моделирования систем. Описаны основные этапы моделирования и правила, принятые при построении моделей функционирования систем. Представлен пример алгоритма программы моделирования.

Дано описание методики разработки проектов интеллектуальных систем конструкторского и технологического проектирования в машиностроении. Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Содержат теоретические сведения, необходимые для изучения основных схем асинхронных и синхронных триггеров в статическом режиме. Знакомят с функциональными возможностями триггеров, разными способами хранения информации в них. Рассматривают логику функционирования триггеров с раздельной установкой состояния 1 и 0 (RS-триггеры); счетным входом (T -триггеры); приемом информации по одному входу (D-триггеры); универсальные триггеры с раздельной установкой состояния 0 и 1 (JK-триггеры).

Знакомят с основными логическими элементами и их функциональными возможностями для построения сложных устройств. Рассмотрены простейшие основные (базовые) логические элементы, реализующие логические функции на элементах комбинационного типа.

Приведены правила и примеры преобразования структурных схем линейных непрерывных стационарных систем автоматического управления, необходимые для решения задач проектирования и исследования указанных систем.

Методические указания посвящены вопросам моделирования и анализа радиотехнических устройств на примере усилителя низких частот с использованием программно-аппаратной платформы Advanced Design System (ADS) фирмы Agilent Technologies. Рассмотрены основные вопросы создания и редактирования проектов, моделирования и отображения результатов в ADS.

Рассмотрены вопросы проектирования и реализации автоматизированных систем управления на основе программно-технических комплексов, включающих программируемые промышленные контроллеры и инструментальные программные средства. Основное внимание уделено системам двух уровней: нижнего, обеспечивающего решение задач автоматического регулирования, и верхнего, обеспечивающего возможность оперативного управления.

Обязательным компонентом любого современного мехатронного устройства является микропроцессорная система, реализующая алгоритмы управления программным способом. В пособии изложены этапы и подходы к проектированию алгоритмического и программного обеспечения для микропроцессорных модулей мехатронных систем.

В методических указаниях рассмотрены основные вопросы, связанные с выполнением домашнего задания по теме «Устойчивость линейных систем автоматического управления» (курс «Управление техническими системами»).

Рассмотрены вопросы, связанные с использованием методов и средств автоматической и автоматизированной настройки систем управления. Изложены вопросы автоматизации настройки ПИД-регуляторов как с методологической зрения, так и с точки зрения их практической реализации. Значительное внимание уделено существующим пакетам прикладных программ, реализующим оптимальную настройку: Concept, Unity Pro, Трейс Моуд и др.

В пособии представлен программный комплекс цифрового моделирования в режиме реального времени характеристик заметности целей в лазерных и инфракрасных локационных системах. Рассмотрены статистические, структурные и алгебраические методы, методики и алгоритмы формирования цифровых моделей отражательных и излучательных характеристик 3D-объектов в системах оптической локации. На основе современных методов интеллектуального анализа данных предложено решение важных практических задач сжатия информации, полученной в результате имитационного цифрового моделирования, а также формирования информативных признаков для распознавания и классификации целей. Комплекс гарантирует требуемую адекватность получаемых данных и позволяет заменить дорогостоящие полигонные измерения универсальным и гибким вычислительным экспериментом.

Рассмотрены устройство, принцип работы и основные характеристики магнетронных распылительных систем (МРС). Изложены физические процессы и особенности работы МРС. Перечислены основные типы и конструктивные схемы МРС. Дан пример конструкции МРС с электромагнитной системой.

Содержит основы теории технологической оптимизации микроэлектронных устройств СВЧ, систематизированные процедуры статистического моделирования, проведения оптимизации, схемы процессов технологической оптимизации, примеры их выполнения с указанием последовательности использования расчетных зависимостей, а также методические рекомендации и необходимую справочную информацию.

Дано описание современных оптико-электронных систем дистанционного зондирования с искусственных спутников Земли: спутниковых метеорологических систем NOAA и MetOp; спутников серии EOS; спутников с аппаратурой высокого и сверхвысокого разрешения; российских спутников «Метеор-М», «Ресурс ДК-1», «Электро-Л» и «Канопус-В», а также современных спутниковых радиометров AVHRR, MODIS и ASTER.

Рассмотрены направления лазерной обработки, часто встречающиеся в машиностроении — гравировка, прецизионная резка, сварка миниатюрных изделий.

Даны необходимые указания к выполнению лабораторных работ по измерению средней мощности и энергии в импульсе лазерного излучения, приведены методики обработки результатов и расчета неопределенностей измерений.

Представленный в методических указаниях учебный материал предназначен для обучения студентов различным видам чтения. Тексты, заимствованные из современных научных журналов, отражают передовые достижения в области радиосвязи, перспективы новых технологий беспроводной связи, принципы работы радиоприемников, радиопередатчиков, мобильных телефонов и других беспроводных устройств. Рассмотрены также различные виды антенн, принцип их действия, их сходство и различия. Задания на составление плана изложения текста подготавливают студентов к более осмысленному извлечению информации из научных источников, создают базу для развития умения писать аннотации и рефераты к научным статьям. Грамматические упражнения позволяют повторить грамматический материал, вызывающий наибольшие трудности при переводе.

Рассмотрены состав и характеристики мобильных роботов, а также основы проектирования робототехнических комплексов и управления ими. Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курс «Управление роботами и робототехническими комплексами».

Рассмотрены основные теоретические сведения и расчетные формулы, используемые при построении аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, основные их параметры. Приведено описание интерфейса программы моделирования NI MULTISIM 10.1.

Проанализированы различные определения терминов «робот» и «робототехническая система» (РТС). Приведены классификационные признаки робототехнических систем и выполнен анализ различных критериев классификации. Представлена обобщенная структура РТС. Рассмотрены категории рабочих сред, в которых функционируют мобильные РТС. Установлены границы параметрических рядов масс мобильных роботов.

Рассмотрены основные понятия и приемы построения амплитудно- и фазочастотных характеристик операционного усилителя и различных типов фильтров. Приведен алгоритм анализа активного фильтра с использованием метода логарифмических амплитудно-частотных и логарифмических фазочастотных характеристик. Изложена методика моделирования электронной схемы с помощью компьютерной программы Multisim 10.1.

Рассмотрены особенности программируемых логических интегральных схем фирмы Altera, основы языка описания аппаратуры VHDL, использование пакета проектирования Aldec-HDL. Приведены примеры описания цифровых устройств на языке VHDL и их функциональная верификация.

Изложены краткие теоретические сведения по теории переходных процессов с одним и с двумя накопителями энергии. Приведен порядок выполнения лабораторной работы.

Содержит задания к лабораторной работе № 5 «Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях».

Изложены основы теории электромеханики - процессов взаимного преобразования электрической и механической энергий. Показана связь между электрическими, магнитными и механическими величинами на основе законов электромагнитной индукции и электромагнитного взаимодействия. Рассмотрены физические процессы в машинах постоянного тока, их устройство и функциональные особенности, а также характеристики двигателей постоянного тока.

Изложены принципы построения импульсных и фазовых дальномерных устройств. Приведены методики определения предельной измеряемой дальности и расчет точностных параметров дальномеров. Рассмотрены методы цифровой обработки сигналов, улучшающие характеристики приборов измерения дальности. Дано описание современной элементной базы.

Учебное пособие состоит из четырех разделов, посвященных лазерной обработке материалов, используемых в микроэлектронике. Рассмотрены такие часто используемые процессы, как обработка полупроводников и отжиг имплантированных слоев в полупроводниках, перекристаллизация и стабилизация параметров тонких слоев в полупроводниках, модифицирование и изменение химического состава поверхностных слоев путем лазерного напыления тонких пленок, осаждение пленок из газовой фазы и растворов. Большое внимание уделено вопросам обработки тонких пленок в виде лазерной подгонки пленочных резисторов, конденсаторов; вопросам лазерной литографии, записи информации.