Geum.ru

Департамент образования города Москвы

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Департамент образования города Москвы

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов»

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный институт электронной техники (технический университет)


Научно-информационный материал


«Проведение конкурса курсовых проектов в области робототехники, проектирования микросистемной техники, 3-х мерного проектирования
технических устройств и систем»


Москва, 2010

Кафедра «Микроэлектроника» (МЭ) МИЭТ осуществляет подготовку студентов по двум специальностям: “Проектирование и технология электронно-вычислительных средств” и “Электронное машиностроение”. Особенностью подготовки является ориентирование на обучение передовым компьютерным технологиям проектирования изделий с использованием трехмерного моделирования (3D-моделирования), применению современных физических принципов при создании микромеханических приборов, аппаратуры и оборудования.

На кафедре МЭ при поддержке компаний «Mentor Graphics» и «Parametric Technology Corporation» (PTC) организованы два международных учебно-исследовательских центра проектирования. Центр проектирования «Mentor Graphics - МИЭТ» занимается вопросами проектирования систем на печатных платах. Основная задача центра - подготовка студентов старших курсов и аспирантов по различным специальностям в области проектирования электронных систем на основе средств Mentor Graphics. Центр полностью укомплектован необходимым компьютерным и демонстрационным оборудованием, программное обеспечение установлено на рабочих местах, подготовлены базовые учебные руководства на русском языке.

Инновационный «Центр проектирования Pro/Engineer», созданный совместно с фирмой PTC, обеспечивает подготовку специалистов в области проектирования узлов и систем технологического оборудования для производства изделий микроэлектроники и микросистемной техники, а также блоков электронных средств, с помощью системы объемного параметрического моделирования Pro/Engineer. В центре проводятся учебные занятия для студентов по освоению новых продуктов системы Pro/Engineer.

Выполнение лабораторных, выпускных квалификационных работ проводится в учебно-исследовательских лабораториях кафедры, оснащенных современным оборудованием в области микро- и наносистемной техники. Кроме того, занятия проводятся в общеинститутских компьютерных классах, а блок дисциплин специализации в двух кафедральных компьютерных центрах.

Помимо проектирования узлов и систем перспективного технологического оборудования для производства изделий микро- и наноэлектроники, а также микросистемной техники, одним из перспективных направлений являются интеллектуальные системы на базе робототехнических устройств. На кафедре функционирует студенческое конструкторское бюро «Мехатроника» и кружок «Робототехника».

При подготовке специалистов используется не только учебно-исследовательская база кафедры, но и предприятий, где студенты проходят ознакомительную, производственную и преддипломную практику: ОАО «НИИ точного машиностроения», ОАО «Ангстрем», ОАО «НИИМЭ и завод Микрон», ОАО «Завод Компонент», ГУП НПЦ «ЭЛСОВ», НПП «ЭСТО-Вакуум», ГУП НПЦ «СПУРТ», ЗАО НПЦ «ЭЛАК», НПЦ «ЭЛИНС», фирмы «ОПТЕКС» и др.

Одним из важных направлений подготовки специалистов является выполнение курсовых и дипломных проектов, в частности междисциплинарного курсового проекта, выполняемого по результатам производственной практики.

Как показала практика защит курсовых и дипломных проектов, в последние годы качество проектов оставляет желать лучшего. Значительная часть проектов, выполненных как на кафедре, так и на предприятиях, представляет собой или перечерченные устаревшие конструкции оборудования, или сравнительно новые системы, в которых, однако, самостоятельная часть студента практически отсутствует. В последнем случае нередко студент даже не может объяснить особенности представленной конструкции.

При этом резко понизились требования к защите проектов. В результате у студентов отсутствуют навыки оформления и представления полученных результатов, умения подготовки выступлений и ведения дискуссий, отстаивания своих предложений и своего мнения в процессе дискуссии.

В связи с этим важным этапом подготовки является самостоятельная работа студента, формирование у него способностей к самостоятельному познанию и обучению, обзору литературы, критическому анализу информации, поиску новых и неординарных решений, аргументированному обобщению различных точек зрения.

В то же время следует отметить, что современный уровень информационных технологий в проектировании значительно вырос и кардинально изменил представление о рабочем месте проектировщика. В настоящее время труд проектировщика коренным образом преобразился, поскольку вместо рутинного черчения, при котором творческая работа конструктора занимала порядка 20-25% времени, он получил для повышения эффективности своей работы вместо карандаша и линейки такой мощный инструмент, как современные САПР. Сегодня компьютер стал неотъемлемым инструментом специалиста конструктора практически во всех важных наукоемких областях промышленности. В настоящее время наблюдается переход от создания бумажных чертежей и двухмерного проектирования к трехмерному проектированию и так называемым «безбумажным технологиям», при которых вся проектная документация хранится и обрабатывается в электронном виде.

Таким образом, современной тенденцией в области проектирования технических систем является широкая автоматизация проектно-конструкторских работ. В настоящее время речь идет уже не просто об автоматизации процесса проектирования, а о комплексной автоматизации производства. Реальный эффект от внедрения информационных технологий обеспечивает не «лоскутная» автоматизация отдельных областей деятельности предприятия, а интегрированные комплексы, реализующие технологии комплексной автоматизации производства - CAD/CAM/CAE-системы, объединяющие системы автоматизированного проектирования (Computer Aided Design - CAD), технологическую подготовку производства (Computer Aided Manufacturing - CAM), инженерный анализ (Computer Aided Engineering - САЕ). Включение в CAD/CAM/CAE системы управления ресурсами предприятия (Enterprise Resource Performance – ERP) образует комплексную систему, получившую название системы управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management – PLM). Основной идеей PLM-системы является интеграция в электронном виде всех данных, создаваемых на протяжении жизненного цикла изделия - от разработки до утилизации, и организация коллективной работы над изделием. В такой системе фактически отпадает необходимость в выпуске бумажной документации, поскольку все процессы, включая изготовление, реализуются в электронном виде.

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

CAD-системы обеспечивают компьютерную поддержку проектирования и предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

В свою очередь, CAM-системы обеспечивают компьютерную поддержку изготовления спроектированного изделия и предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы осуществляют поддержку инженерных расчетов и представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

В настоящее время крупнейшими разработчиками CAD/CAM-систем являются компании РТС (продукты Pro/Engineer, Windchill); Dassault Systemes (продукты CATIA, SolidWorks, ENOVIA CATIA, DELMIA); Unigraphics Solutions (UGS) (продукты Unigraphics, Solid Edge, iMAN, Parasolid).

Центр проектирования Pro/ENGINEER кафедры МЭ с компьютерами и лицензионным программным обеспечением фирмы РТС позволяет повышать эффективность процесса изучения современных систем 3D-моделирования, вырабатывать у студентов практические навыки работы в одной из самых мощных современных САПР Pro/Engineer, подготавливать специалистов-проектировщиков высокой квалификации, владеющих современными средствами проектирования в условиях компьютеризированного производства, где важную роль играет коллективный процесс создания сложных технических систем. Принимая во внимание, что система Pro/Engineer внедрена на ряде промышленных предприятий России, подготовка инженеров-конструкторов, владеющих системами Pro/Engineer, отвечает требованиям сегодняшнего дня в отечественной промышленности. Полученные знания и навыки необходимы для работы в проектных организациях, использующих современные САПР, в частности, при разработке технических средств производства изделий электроники и наноэлектроники, микросистемной техники.

В качестве примера можно назвать НПП «ЭСТО-Вакуум», на котором САПР предприятия создан на базе системы проектирования «КОМПАС-3D». На этой фирме организация проектно-конструкторских работ и производственных процессов осуществлена на основе внедрения PLM-системы с единой электронной базой на разрабатываемые и производимые изделия. В частности, реализована бесчертежная технологией сборки оборудования на основе компьютерного 3D-моделирования в среде «КОМПАС-3D». Аналогичная система реализована ГУП НПЦ «СПУРТ» на базе продуктов компании РТС Pro/Engineer и Windchill. В ОАО «НИИ точного машиностроения» в конструкторских подразделениях внедрена САПР предприятия с организацией проектно-конструкторских работ на базе системы проектирования Solid Works. На этих предприятиях проходят практику студенты кафедры МЭ.

Следует также отметить, что технические средства производства изделий электроники, наноэлектроники и микросистемной техники представляют собой специфический вид высокотехнологичного технологического оборудования, математическое обеспечение которого недостаточно наработано или недоступно, в связи с чем возникает необходимость в разработке математических моделей, алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих рассчитывать и оптимизировать основные параметры технологических процессов и оборудования и повышать эффективность процесса проектирования в САПР. Это требует от проектировщика знания методов моделирования объектов различной степени сложности, умения проводить экспериментальные исследования и обрабатывать их результаты, осуществлять оценку разработанных моделей на адекватность и точность, осуществлять поиск технических решений с использованием современных методов и приемов, включая эвристические методы поиска и принятия решений.

Следует подчеркнуть, что современные САПР обладают большими возможностями, но это все-таки инструмент, который сам по себе не проектирует. Процесс проектирования ведет проектировщик, который должен обладать обширными знаниями в области технологий, конструирования, математического и физического моделирования и детально представлять организацию процесса проектирования изделий в условиях применения современных компьютерных технологий. Кроме того, современный проектировщик должен уметь работать в среде САПР в коллективе и обладать навыками организации коллективной работы над изделием.

Из вышеизложенного следует, что современный специалист в соответствии с задачами профессиональной деятельности должен обладать такими профессиональными компетенциями, как:
  •  углубленное владение современными методами расчета и проектирования технических средств производства изделий электроники и наноэлектроники с применением 3D-моделирования;
  • теоретическая и практическая готовность к применению современных систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAD/CAM/CAE-систем) на основе трехмерных моделей технических средств в условиях комплексной автоматизации производства;
  • способность самостоятельно разрабатывать модели технических средств производства изделий электроники и наноэлектроники и проводить их экспериментальную проверку.

Для реализации перечисленных компетенций нужны новые и уникальные образовательные технологии, оригинальные авторские системы обучения по конкретному направлению инновационно-образовательной деятельности.

Кафедра МЭ занимается разработкой следующей инновационной научно-технической продукции:
  • МЭМС и различные микромеханические гироскопы, акселерометры и системы на их основе для измерения параметров движения подвижных объектов, отклонения от вертикали, стабилизации, измерения ускорений и вибрации;
  • высокоинтегрированные многокристальные модули памяти в трехмерном исполнении;
  • средства бесконтактной идентификации для многопрофильного применения, включая живые обьекты;
  • расчет и конструирование узлов и элементов технологического оборудования МЭ;
  • разработка элементов сложнофункционального микропривода для функционирования в МЭМС.

В рамках данного проекта планируется организация и проведение конкурса курсовых проектов в области робототехники, проектирования микросистемной техники, 3-х мерного проектирования технических устройств и систем, целью которого является стимулирование творческой активности студентов и выпускников ВУЗа, развитие связей между студентами и потенциальными работодателями.

Студенты выбирают темы групповых или индивидуальных курсовых проектов в рамках междисциплинарного проекта при прохождении производственной практики на кафедре или предприятии. При этом студентом может быть предложена и своя тематика, которая должна иметь проблемный и профессионально ориентированный характер, требующий самостоятельной творческой работы. Студенты выполняют курсовой проект с использованием математического моделирования и 3D-проектирования на основе компьютерных технологий, в частности, в «Центре проектирования Pro/Engineer» кафедры МЭ, а также конструкторских подразделениях предприятий по месту прохождения производственной практики.

Защита курсового проекта происходит в диалоговом режиме между студентом и комиссией, в состав которой могут быть включены представители предприятий, в присутствии студентов, которые также могут участвовать в обсуждении проекта. Такая интерактивная технология обучения способствует развитию у студентов информационной коммуникативности, рефлексии критического мышления, самопрезентации, умений вести дискуссию, отстаивать свою позицию и аргументировать ее, анализировать и синтезировать изучаемый материал, акцентировано представлять его аудитории.

Качество исполнению курсового проекта (его структура, полнота, новизна, количество используемых источников, самостоятельность при его написании, степень оригинальности и инновационности предложенных решений, обобщений и выводов), а также уровень его защиты (акцентированность, последовательность, убедительность, использование специальной терминологии) учитываются при оценке проекта комиссией.

Использование новейших средств проектирования и разработки электронных компонентов и оборудования является, безусловно, значимой частью работы по подготовке студентов. При выполнении проекта студенты используют знания, полученные на практических занятиях, лабораторных работах, которые также являются формой индивидуально-группового и практико-ориентированного обучения на основе реальных или моделируемых электронных устройств и технических систем, применительно к виду и профилю профессиональной деятельности студента в сфере проектирования.

Преподаватель при проведении этих форм занятий выполняет роль консультанта, советника, который направляет коллективную работу студентов на принятие правильных решений. Занятия осуществляется в диалоговом режиме, основными субъектами которого являются студенты. При этом большинство занятий проводиться в компьютерном классе или лабораториях на действующем оборудовании.

В дальнейшем необходимо акцентировать внимание студентов на выполнении курсового проекта последовательно с выполнением лабораторных и практических работ и самостоятельным выполнением заданий из учебно-методической литературы. При этом самостоятельная работа студентов является важнейшим компонентом образовательного процесса, формирующим личность студента, его мировоззрение и развивающим его способности к самообучению и повышению своего профессионального уровня.