11
Данные, которые должны быть получены с помощью эксперимента, должны быть количественными. В случае лабораторного эксперимента все его условия должны контролироваться, перед началом эксперимента следует задать всю совокупность условий, которая должна быть реализована. Если эксперимент проводится в натурных условиях, то эти условия численно не контролируются, но должны быть максимально приближены к тем, которые характерны для практической работы проектируемой системы.
Численный эксперимент (моделирование) проводится с теми же целями, что и физический, но при этом используется не реальная аппаратура, а ее математические модели. Чаще всего при этом применяется метод статистических испытаний, заключающийся в том, что в компьютере создается генератор совокупности случайных чисел, имитирующих действующие входные сигналы и другие воздействия и подчиняющихся заданным законам распределения. Полученные таким образом массивы реализаций входных воздействий пропускаются через модель системы (узла, устройства и т.д.) и превращаются в массив выходных величин. Этот массив подвергается статистической обработке (вычисление средних, дисперсии, других моментов, гистограмм и т.д.). Таким образом, реальный эксперимент заменяется виртуальным. Адекватность такого численного эксперимента определяется справедливостью использованного алгоритма (модели).
В случае проведения эксперимента или моделирования в пояснительной записке приводится его подробное описание в форме, аналогичной общепринятому построению протокола испытаний. Особое внимание должно быть обращено на описание цели, условий эксперимента, используемой аппаратуры, методику обработки данных и оценку погрешностей.
8. Разработка функциональной и структурной схем
Вначале производится разработка функциональной схемы, которая представляет собой перечисление и взаимосвязь всех функциональных преобразований сигналов в системе. Функциональная схема разрабатывается на основе имеющихся аналогов (прототипов) и математической модели системы.
Для найденных аналогов (см. п. 5) указываются их недостатки и несоответствие заданию на проектирование. С учетом этих недостатков разрабатывается несколько вариантов (2-3) усовершенствованных функциональных схем, удовлетворяющих условиям задания, а затем из этих вариантов выбирается наилучший по введенным ранее критериям эффективности. В процессе этой работы первоначальная математическая модель системы может изменяться или уточняться.
Процесс выбора варианта функциональной схемы и уточнения математической модели обязательно должен быть отражен в пояснительной записке, поскольку позволяет оценить усилия студента по оптимизации системы.
12
Степень детализации функциональной схемы определяется тем, что каждый элемент этой схемы должен выполнять функционально законченную операцию и может быть реализованным в виде отдельного узла аппаратуры.
Структурная схема представляет собой совокупность блоков (узлов) системы и их взаимосвязей, причем эти связи могут быть электрическими, механическими и другими, прямыми или косвенными. Каждый элемент блоксхемы должен быть конструктивно реализуемым, о чем студент может судить по имеющимся аналогам. На этом этапе может понадобиться вернуться к обзору литературы с целью поиска аналогов отдельных узлов.
В состав блок-схемы могут входить микропроцессоры или целые компьютеры, выполняющие одну или несколько функциональных операций. Применение компьютеров должно быть обоснованным, оно должно улучшать качественные показатели системы, но не увеличивать существенно ее стоимость. Цифровая обработка сигналов находит все более широкое применение в современных радиосистемах, и ЭВУ все более приближаются к антеннам, этот процесс сдерживается, в основном, лишь недостаточным быстродействием АЦП. Кроме того, некоторые операции выполняются проще и дешевле с применением аналоговых устройств, например устройств параллельной обработки сигналов или спектральной обработки с помощью акусто-опто-электронных приборов, различного рода фильтров и т.д. Однако, по мере совершенствования компьютеров и микропроцессоров процесс вытеснения аналоговых устройств будет продолжаться. Поэтому каждый новый поток студентов должен основывать свое проектирование на новой элементной и микропроцессорной базе.
9. Определение технических требований к элементам схем
После составления структурной схемы определяются подробные технические требования (ТТ) к каждому из ее элементов. При реальном проектировании системы эти ТТ передаются в отделы и лаборатории для разработки принципиальных схем, макетирования, конструкторской разработки и изготовления опытных образцов узлов системы. Поэтому определение технических требований к элементам структурной схемы является ответственной и трудоемкой задачей.
С точки зрения инженера-системотехника при определении ТТ к элементам структурных схем необходимо, прежде всего, учитывать, как эти требования повлияют на работу системы в целом, на ее эффективность и показатели назначения. Так как любая система содержит множество обратных связей, изменение параметров одного узла неизбежно приводит к изменению параметров других узлов и системы в целом. Например, увеличение коэффициента усиления усилителей может привести к неустойчивой работе или к уменьшению динамического диапазона системы, а, следовательно, к искажениям или увеличению вероятности пропуска
13
сигналов. По этим же причинам для каждого технического параметра блока или узла задаются допустимые отклонения (допуски).
При определении ТТ к элементам схемы полезно на этой схеме в каждом соединении указать параметры сигналов: частоту или частотный диапазон, форму или параметры формы, амплитуду, динамический диапазон и т.п.
В тексте пояснительной записки каждое требование к блоку или узлу должно быть обосновано: либо рассчитано, либо принято на основании указанных там же причин или соображений.
10. Анализ системы
Проектирование системы заканчивается ее анализом. Целью анализа является расчет всех качественных характеристик (показателей назначения) системы с учетом параметров и характеристик входных воздействий, принятых технических решений и предусмотренных функциональных преобразований, технических характеристик элементов структурной схемы.
Поскольку практически для каждой системы ряд входных воздействий имеет случайную природу, анализ системы представляет собой статистическую задачу. Показатели назначения системы, получаемые в результате анализа, являются либо статистическими характеристиками некоторых величин, либо сами представляют собой случайные величины, которые можно характеризовать только статистически. В любом из этих случаев анализ обычно сводится к определению статистических характеристик или законов распределения функциональных преобразований совокупности случайных величин или функций. Соответствующие задачи решаются методами теории вероятностей, теории случайных функций (процессов) и математической статистики.
В случае сложных функциональных преобразований (сложной математической модели системы) анализ может быть проведен путем численного моделирования (методом статистических испытаний), аналогично описанному в п. 7.
Результаты анализа сравниваются с показателями назначения, заданными в задании, и делается вывод о выполнении задания в целом.
11. Составление и оформление отчета
Составление отчета (пояснительной записки) следует начинать с самого начала работы над проектом. Прежде всего, необходимо составить оглавление отчета, основываясь на разделах работы, указанных в задании. Возможно, что это первоначальное оглавление будет в дальнейшем скорректировано или изменено, однако его наличие будет дисциплинировать студента, напоминать ему об объеме предстоящей работы и способствовать целевому (системному) подходу к решаемой проблеме.
14
После составления оглавления следует приступить к последовательной разработке темы проекта и параллельно писать текст отчета. Отдельные куски (разделы) текста нужно стараться оформлять так, как это должно быть написано в отчете. Лучше всего сразу набирать части (отрывки) текста на компьютере. Нецелесообразно одну и ту же работу делать дважды, поэтому нужно стараться все записи делать в расчете на окончательный вариант, без пропусков и сокращений. Необходимо учитывать, что исправление любой неточности или, например, поиск недостающих цифровых данных или изготовление рисунка потребуют в дальнейшем гораздо больше времени, чем если сделать эту работу сразу. Нужно с самого начала работы предусмотреть отдельный файл (страницу) для списка литературы, и оформлять этот список так, как положено по стандарту (см. приложение 3).
Таким образом, отчет пишется не в конце проектирования, а в процессе работы над проектом, начиная с самого начала этой работы.
В конце работы следует сформатировать (переписать) окончательный вариант отчета (пояснительной записки). В соответствии с Образовательным стандартом ОС ТАСУР 6.1-97 и ГОСТ 2.105, пояснительная записка должна содержать:
•титульный лист (по форме приложения 2),
•задание на проектирование (по форме приложения 1),
•содержание,
•введение,
•основную часть,
•заключение,
•список использованных источников (по форме приложения 4),
•приложения.
Пояснительная записка должна быть составлена на русском языке. Допускается выполнение записки на иностранном языке, если это установлено заданием.
В содержании перечисляются заголовки разделов, подразделов, список использованных источников и каждое приложение.
Все разделы, включая введение и заключение, подразделы и пункты должны иметь нумерацию. Все заголовки разделов и подразделов размещаются посреди строки и печатаются строчными буквами (начиная с прописной) полужирным шрифтом того же размера, что и текст.
Во введении указывают основную цель проекта, область применения (назначение) проектируемой системы, ее научное, техническое значение и экономическую целесообразность (для систем народнохозяйственного назначения).
Содержание основной части работы должно соответствовать настоящим методическим указаниям. Рубрикация основной части производится по усмотрению студента. Текст делят на разделы, подразделы, пункты. Разделы и подразделы должны иметь заголовки; пункты, как правило, заголовков не имеют. Каждый раздел должен начинаться с нового листа.
15
Чертежи, рисунки, схемы и таблицы включаются в текст пояснительной записки. Таблицы (Табл. __) и все иллюстрации, включая схемы и графики (Рис. ___) должны быть пронумерованы и иметь заголовки: для таблиц – выше таблицы, для рисунков – ниже изображения.
Формулы выделяются из текста в отдельные строки и нумеруются двойным числом: первое – номер раздела, второе – порядковый номер формулы. В тексте при необходимости приводятся ссылки на номера формул. Если формула используется для числового расчета, то после формулы через знак равенства записываются числовые значение всех входящих в формулу величин, их расположение должно строго соответствовать порядку буквенных обозначений. После второго знака равенства приводится окончательный результат (без промежуточных расчетов) и размерность (наименование единицы физической величины).
Для демонстрации при публичной защите могут изготавливаться демонстрационные листы, включающие в себя некоторые графические материалы, формулы и другие отрывки из пояснительной записки.
Заключение должно содержать краткие выводы по результатам выполненной работы, оценку полноты решения поставленных в задании задач, рекомендации по конкретному использованию результатов проектирования, оценку экономической, научной, социальной или оборонной значимости проекта.
Всписок использованных источников (см. приложение 4) записываются все источники, на которые имеются ссылки в тексте пояснительной записки. Источники, на которые нет ссылок, в список не включаются. Источники в списке нумеруются в порядке их упоминания в тексте пояснительной записки. В тексте записки ссылки на номер источника приводятся в квадратных скобках. Следует учитывать, что все положения и утверждения, содержащиеся в записке и не имеющие ссылок на источники, считаются собственными материалами автора. Если студент привел данные из какоголибо источника без ссылки, то он может быть обвинен в плагиате.
Вприложения к пояснительной записке рекомендуется включать материалы иллюстративного и вспомогательного характера. В приложения могут быть помещены таблицы большого формата, дополнительные расчеты, описания применяемого в проекте нестандартного оборудования, программы
ираспечатки с ЭВМ, протоколы испытаний, акты внедрения, отчеты о патентных исследованиях и т.п. На все приложения в тексте записки должны быть ссылки. Каждое приложение должно иметь содержательный заголовок
иначинаться с нового листа.
Пояснительная записка, как правило, должна быть набрана на компьютере в формате Word или PDF и отпечатана на принтере на листах формата А4 на одной или обеих сторонах листа через 1,5 интервала шрифтом Times New Roman или Arial размера 12. Все листы пояснительной записки должны иметь сквозную нумерацию. Первым листом является титульный лист. Ориентировочный объем пояснительной записки – 30-60 листов.