ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ

Представлены современные подходы к модернизации существующих производств в различных секторах экономики на конкретных примерах компоновки средств доставки лазерного излучения (портальных, роботизированных, орбитальных). Приведены лучшие мировые практики производства лазерных технологических комплексов, компонентов интеллектуальной оснастки и реализации на их основе гибких производственных ячеек. Пособие призвано сформировать базовые компетенции у специалистов, участвующих в принятии решений по модернизации производства посредством создания на предприятии безлюдных зон, построенных на базе лазерных технологий.

Рассмотрены среда управления облачной платформой SAP HANA Cloud Platform и основы практической работы с платформой.

Рассмотрены сварка композиционных материалов и гибридные лазерные технологии сварки. Особое внимание уделено сварке концентрированными источниками энергии металлических композиционных материалов, упрочненных частицами, а также гибридной лазерно-дуговой и лазерно-плазменной сварке.

Рассмотрены методы расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми зеркальными и зеркально-линзовыми резонаторами и оптической системой. Дан пример выполнения расчета. Приведены условие и варианты домашнего задания по дисциплине «Лазерная оптика», критерии его оценки и вопросы для защиты домашнего задания.

Представлена лабораторная работа по изучению работы центробежного вентилятора на сеть с переменным сопротивлением. Приведено описание центробежного вентилятора и лабораторного стенда. Дана методика выполнения испытаний и обработки экспериментальных данных.

Дано описание общей последовательности процессов микротехнологии на примерах производства интегральных микросхем и кремниевого микродатчика давления. Рассмотрены основные этапы получения кремниевых монокристаллических пластин, ключевые операции микротехнологии — изготовление кремниевых пластин, оксидирование. Акцентировано внимание на взаимосвязи между свойствами материалов, структуры, устройством и электрическими характеристиками микроструктур. Рассмотрены физико-химические модели и методы анализа качества технологических процессов микротехнологии.

Приведены пояснения и рекомендации для выполнения домашнего задания по дисциплине «Основы теории управления и цифровой обработки сигналов». В рамках выполнения курсовой работы предусмотрено создание в среде пакета MATLAB приложения, выполняющего функции фильтрации и модификации звукового сигнала.

Изложены требования к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование подводных робототехнических систем». Рассмотрены основные этапы выполнения курсового проекта. Особое внимание уделено структуре и правилам оформления расчетно-пояснительной записки, которая является наиболее распространенным видом текстовой технической документации. Приведены варианты заданий на курсовое проектирование и примеры оформления некоторых разделов расчетно-пояснительной записки.

Изложены основные сведения о движительных комплексах необитаемых подводных аппаратов. Рассмотрены основные этапы проектирования. Приведены методики расчета основных компонентов движительных комплексов с примерами. Особое внимание уделено вопросам оценки регулировочных и динамических характеристик средств движения. В каждом разделе приведены вопросы для самоконтроля.

В издании описаны процесс программирования скоординированных перемещений двух роботов-манипуляторов на базе коллаборативного робота IRB 14000 YuMi и особенности конфигурирования контроллера IRC5. Рассмотрены общие вопросы безопасности, процесс работы с пультом управления FlexPendant, данные о калибровке робота, структура программы и программных данных, управление входами и выходами.

Изложены сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ, поясняющих особенности технологического процесса пайки, изучаемого в рамках дисциплины «Пайка и специальные методы сварки». Описание каждой лабораторной работы включает в себя теоретическую, методическую и контрольную части.

Изложены основные теоретические сведения о классическом методе расчета переходных процессов в цепях первого и второго порядков. Представлены материалы, необходимые для проведения лабораторной работы: задание, порядок выполнения, методические указания к проведению работы, а также контрольные вопросы.

Представлена методика оценки показателей надежности электромагнитных электрорадиоэлементов с учетом их конструктивного исполнения, технологии изготовления и изменения характеристик материалов в условиях эксплуатации. Показано, что в процессе длительной эксплуатации сопротивление электрической изоляции существенно изменяется, и это приводит к снижению надежности аппаратуры. Рассмотрены причины отказов электромагнитных компонентов (магнитопроводов, обмоток, ферритовых материалов), приведены результаты исследования их надежности.

Кратко изложены основы теории современного автоматизированного электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные части электроприводов, их характеристики в статических и динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного тока, а также основные принципы управления и проектирования.

Изложены основы современной цифровой электроники. Рассмотрены импульсный режим работы электронного устройства, схемы и характеристики различных аналоговых ключей (коммутаторов). Приведены классы логических элементов и их параметры, показаны особенности логических элементов различных логик. Рассмотрены комбинационные цифровые устройства: шифраторы, дешифраторы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры и компараторы. Дано описание последовательностных цифровых устройств: триггеров, счетчиков импульсов и регистров. Рассмотрены программируемые логические интегральные схемы, описаны их классы. Приведены базовые сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах.

Изложены основы аналоговой электроники. Рассмотрены базовые элементы электронных устройств: полупроводники, диоды, биполярные и полевые транзисторы. Даны основы усилительной техники на биполярных и полевых транзисторах, операционных усилителей, генераторов гармонических и импульсных сигналов, активных фильтров и вторичных источников питания.

Представлены четыре лабораторные работы по дисциплине «Учебно-технологический практикум».

Издание содержит материалы, необходимые для выполнения и оформления типовых домашних заданий по модулям 5–7 курса «Основы теории цепей» (второй семестр обучения). Рассмотрено применение методов классического и операторного анализа переходных процессов. Показаны мгновенные распределения токов и напряжений по длине линии с распределенными параметрами в различных режимах ее работы.

Рассмотрено применение законов Кирхгофа и метода узловых потенциалов. Показаны преобразование «треугольник — звезда», график зависимости выделяемой на нагрузке мощности от сопротивления нагрузки, использование условия возникновения резонанса в цепи для поиска резонансных частот, применение метода контурных токов и расчет мощности гармонически изменяющегося тока. Приведено решение типовых заданий, в качестве примера проанализировано решение домашнего задания по теме «Цепи несинусоидального тока». Описано прохождение негармонических сигналов через цепи с комплексны частотно-зависимым импедансом. Рассмотрены способы расчета активной мощности негармонического переменного тока, выделяемой на нагрузке.

Даны основы применения микроконтроллеров для управления электронными устройствами. Приведены примеры подключения к микропроцессору внешних устройств с параллельным и последовательным интерфейсом. Рассмотрено управление программой микропроцессора по флагам простейшего кнопочного пульта и прерывание исполнения программы от внешнего устройства и таймера микроконтроллера.

Рассмотрены вопросы моделирования простых схем, процессы оптимизации этих схем, а также процессы цифровой модуляции сигналов, характерных для современных протоколов проводной (DSL) и беспроводной связи (Wi-fi, Wimax, LTE).

Рассмотрены основные темы курса «Электроника». Приведены краткие теоретические сведения, примеры расчета и проектирования электронных устройств, контрольные вопросы, сформулированы программы выполнения лабораторных работ по каждой теме и требования к оформлению отчета. Все работы могут выполняться с применением как реальных элементов электроники и реальной измерительной аппаратуры, так и программ-симуляторов, таких как Proteus, Electronics Workbench, Microсap и т. п.

Рассмотрены вопросы, связанные с планированием и проведением эксперимента в электронной промышленности и наноинженерии, анализом полученных результатов и практическим применением методов моделирования технологического процесса и параметров его продукта. Представлена методология планирования и обработки результатов многофакторного эксперимента. Описано домашнее задание и даны рекомендации к его выполнению.

Изложены основные теоретические сведения о составе, принципе действия универсального лабораторного стенда, используемого как основное оборудование для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электротехника». Приведены характеристики основных измерительных приборов и устройств, задание, порядок выполнения и методические указания к проведению лабораторных работ.

Рассмотрены вопросы, связанные с разработкой твердотельных усилителей для аналоговых трактов радиотехнических систем. Определена область применения транзисторных усилителей, указаны особенности их построения. Приведен алгоритм расчета усилителей в соответствии с основными системными требованиями, даны примеры расчета.

Представлены основные понятия и выражения, необходимые для расчета пространственных параметров гауссова пучка, формируемого устойчивыми двухзеркальными резонаторами и оптической системой. Рассмотрен пример выполнения домашнего задания по дисциплинам «Основы квантовой электроники», «Физические основы лазеров» и «Лазеры», приведены критерии его оценки, а также условия и варианты домашнего задания.

Рассмотрен процесс фотолитографии. Изложено описание процедур проведения экспериментов по определению разрешающей способности операций фотолитографии и жидкостного травления тонкопленочных медных структур. Представлена методика обработки полученных результатов травления и выявления на их основе бокового подтрава токопроводящих структур и неравномерности тонкопленочного покрытия по площади заготовки.

Изложены основные теоретические сведения по расчету частотных характеристик пассивных электрических цепей. Даны примеры записи уравнений для расчета амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Издание содержит материалы для освоения методов измерений характеристик устройств СВЧ и антенн, представленные в виде описания четырех лабораторных работ по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны». Приведены формулы для расчета диаграмм направленности и основных характеристик рупорной и диэлектрической антенн, зеркальной антенны с моноимпульсным облучателем, фазированной антенной решетки и антенны с управляемой ферритовой линзой. Дано описание лабораторных установок для определения амплитудной диаграммы направленности антенны, коэффициента усиления антенны, элементов матрицы рассеяния ферритовых устройств СВЧ: вентиля, фазовращателя, Y-циркулятора.

Cодержит материалы для освоения методов измерений характеристик СВЧ-устройств, представленные в виде описания лабораторной работы. Даны сведения об основных электрических характеристиках рассматриваемых устройств. Изложены принципы работы и представлены конструкции волноводных ферритовых фазовращателей, а также элементов фазированных антенных решеток на их основе. Приведены описание лабораторной установки и методика измерения фазовой характеристики интегрированного элемента проходной фазированной антенной решетки с волноводным ферритовым фазовращателем.

Изложены краткие теоретические сведения, необходимые для изучения основных схем асинхронных и синхронных триггеров. Дано описание лабораторной работы. Приведен порядок ее выполнения.

В пособии изложены основные теоретические сведения о трехфазных электрических цепях, даны определения трехфазного источника питания и трехфазного потребителя. Рассмотрены схемы соединения источника и потребителя треугольником и звездой при симметричной и несимметричной нагрузке. Приведены способы измерения активной мощности. Представлены материалы для проведения лабораторной работы (задание, порядок выполнения), а также контрольные вопросы.

Изложены основные теоретические сведения по цепям синусоидального тока, даны определения резонанса напряжения и токов, а также частотные характеристики последовательного колебательного контура. Представлены задания, порядок их выполнения, а также методические указания к проведению лабораторной работы.

Изложены основные теоретические сведения о расчете цепей постоянного тока. Даны примеры записи уравнений по законам Кирхгофа. Рассмотрены различные режимы работы источника постоянного напряжения, условие согласованного режима работы источника ЭДС и нагрузки. Приведены задания и порядок выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Издание содержит методические указания для выполнения лабораторного практикума, состоящего из трех комплексных лабораторных работ, в которых решаются 11 различных задач, разделенных по трем темам. Приведенные материалы соответствуют программам дисциплин «Эксплуатация, диагностика и ремонт РЭС» и «Электропреобразовательные устройства РЭС». Рассмотрены основные методы расчета выпрямителей, стабилизаторов, трансформаторов, импульсных и вторичных источников питания. Практическая часть посвящена проектированию и исследованию разрабатываемых схем в САПР Multisim (программный продукт подразделения Electronics Workbench Group компании National Instruments).

Кратко рассмотрены основные механизмы испарения вещества под действием импульсов лазерного излучения на непрозрачные среды. Приведено описание методики экспериментального определения порога лазерной абляции.

Кратко рассмотрены основные механизмы разрушения прозрачных сред под действием импульсов лазерного излучения. Приведено описание методики экспериментального определения порога пробоя прозрачных диэлектриков.

Рассмотрены теоретические представления о свойствах трехстепенных и двухстепенных гироскопов, о принципе действия гироскопических приборов, гиростабилизаторов на их основе и акселерометров, рассмотрены также датчики угловой скорости на новых физических принципах.

Рассмотрены теоретические представления о назначении, составе, структуре, принципах функционирования инерциальных навигационных систем и их чувствительных элементов.

Рассмотрены возможности спутниковых многолучевых зеркальных и линзовых антенн, а также особенности построения бортовых цифровых многолучевых антенных решеток на основе крупноапертурных зеркальных и линзовых излучателей. Приводятся результаты оптимизации структуры и характеристик крупноапертурных излучателей, а также антенных решеток из них. Показаны преимущества многолучевых крупноапертурных излучателей при построении антенных решеток для глобальных систем спутниковой связи и возможные схемотехнические и конструктивные решения по построению цифровых антенных решеток.

Изложены аналитические и статистические методы оценки эффективности ракетного и артиллерийского вооружения на стадии разработки. Оценка эффективности рассмотрена по частным критериям, например, вероятность поражения цели, и по комплексному критерию, такому как потери средств при выполнении боевой задачи. Кроме этого, с целью выбора рациональных характеристик разрабатываемых комплексов вооружения рассматривается применение общей формы критерия — стоимости затрат на выполнение боевой задачи.

В издании рассмотрены аддитивные технологии в соответствии с классификацией ASTM (American Society for Testing and Materials). Описаны характерные особенности технологии селективного лазерного спекания полимерных порошков. Проанализированы перспективы развития аддитивных технологий в производстве изделий ракетно-космической техники.

Изложены основы технологии изготовления ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе (РПДТ). Приведена классификация характеристик режимов работы отдельных агрегатов и РПДТ в целом, а также действующих на них силовых и тепловых нагрузок, обусловливающих выбор функциональных конструкционных материалов. Представлены данные о физико-механических и теплофизических свойствах металлических и композиционных конструкционных материалов, используемых при изготовлении элементов конструкции РПДТ. Рассмотрены основные технологические процессы и операции формообразования деталей, в том числе инновационные, и показаны примеры внедрения в конструирование и технологию изготовления РПДТ систем автоматизированного проектирования. В учебном пособии использованы материалы научно-исследовательских работ, выполняемых в МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, ИПХФ РАН, а также данные зарубежных научных периодических изданий.

Приведены указания к выполнению лабораторной работы, посвященной экспериментальному изучению дроссельной характеристики ракетного двигателя на примере стендового лабораторного жидкостного ракетного двигателя. Дано описание физической модели рабочего процесса в камере сгорания и процесса моделирования производственных условий испытания ракетного двигателя в части физических факторов, включая потенциально опасные. Рассмотрены расчетно-информационная среда и социально-технологические отношения в области будущей профессиональной деятельности студентов. Издание ориентировано на образовательные технологии с блочно-модульным структурированием учебного материала и рейтинговой оценкой успеваемости.

Издание содержит анализ основных особенностей функционирования систем управления высокоточных боеприпасов на этапах баллистического полета и наведения на цель. Рассмотрены вопросы проектирования систем управления высокоточных боеприпасов, в том числе систем непрерывного и импульсного наведения, а также методы математического моделирования их функционирования. Особое внимание уделено оптическим, радиолокационным, телевизионным и инфракрасным головкам самонаведения. В основу учебного пособия положен курс лекций, который был прочитан проф. Ю.М. Астаповым на кафедре «Высокоточные летательные аппараты» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Учебное пособие содержит примеры использования вычислительной системы MATLAB и среды SIMULINK для анализа свойств системы «летательный аппарат — автопилот» и расчета параметров автопилота в рамках изучения дисциплины «Системы автоматического управления летательными аппаратами». Может быть рекомендовано для освоения приемов работы в системе MATLAB и среде SIMULINK при тренинге, выполнении домашних заданий, а также курсового и дипломного проектирования.

Представлены методы и алгоритмы планирования температурных измерений, предназначенных для последующего определения характеристик теплопереноса частично прозрачных пористых материалов. Приведены примеры использования алгоритмов решения задач, рассмотрены результаты их применения при планировании температурных измерений на этапе подготовки стендовых тепловых испытаний образцов теплозащитных материалов и элементов теплонагруженных конструкций.

Приведен пример выполнения домашнего задания, предусмотренного программой изучения модуля «Основы расчетов пневмогидравлических систем подрессоривания», который является составной частью дисциплин «Методы расчета и проектирования наземных транспортно-технологических средств» и «Методы расчета и проектирования военных гусеничных машин. Часть 1». Представлены контрольные вопросы для подготовки к защите домашнего задания, критерии качества его выполнения, а также варианты домашнего задания.

Изложены основы проектирования транспортных космических систем с жидкостными ракетными двигателями, предназначенных для доставки полезных грузов на целевые орбиты и траектории назначения, и их составляющих: ракет-носителей и разгонных блоков. Рассмотрено формирование граничных условий решения задач баллистического проектирования. Предложены инженерные методики выбора основных проектных параметров и определения энергомассовых и геометрических характеристик проектируемого изделия в составе ракетного комплекса. Приведены численные примеры решения задач баллистического проектирования транспортных космических систем.

Рассмотрены основы проектирования виброзащиты прецизионных космических аппаратов для улучшения разрешающей способности устанавливаемой на борту целевой аппаратуры при влиянии динамических источников возмущений. Представлены методы и средства виброзащиты, а также принципы работы, математические модели и практические примеры создания виброзащитных устройств. Приведен инженерный алгоритм в виде структурной схемы обеспечения виброзащиты космических конструкций для практической реализации.