Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретическое обоснование и проектирование нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» 12
1.1 Состояние подготовки инженеров в области компьютерного моделирования в технических вузах 12
1.2 Теоретические аспекты проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем» 28
2. Реализация учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» в процессе подготовки инженеров по специальности «Информационно-измерительная техника и технология» 64
2.1 Специфика использования моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров и их дидактический потенциал 64
2.2 Методические условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» 79
2.3 Экспериментальное исследование эффективности реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» 107
Заключение 118
Список использованной литературы 120
Приложение 141
- Состояние подготовки инженеров в области компьютерного моделирования в технических вузах
- Теоретические аспекты проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем»
- Специфика использования моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров и их дидактический потенциал
Введение к работе
Актуальность исследования. Необходимым условием повышения эффективности подготовки специалиста в высшей профессиональной школе является усиленный акцент на формирование умений решать различные профессиональные задачи. Моделирующие компьютерные программы широко применяются уже сегодня и сфера их использования в профессиональной деятельности инженеров продолжает расширяться. Современный инженер должен профессионально применять компьютерные технологии в своей деятельности, владеть методами решения конструкторских и технологических задач на основе компьютерного анализа проектируемого объекта (технического устройства, технологического процесса и т.д.). В этой связи в инженерном образовании компьютерное моделирование занимает все большее место. Научить студента компьютерному проектированию возможно только при обучении с максимальным использованием компьютерных технологий и современных профессиональных компьютерных программ.
Одной из важных причин, затрудняющих формирование профессиональной подготовленности современного конкурентоспособного инженера в вузе, является недостаточное внимание к освоению и использованию методов компьютерного моделирования. Проектирование и применение моделирующих компьютерных программ в обучении инженеров требует тщательного теоретического обоснования и методической проработки. Определение и обоснование дидактических и методических условий, обеспечивающих оптимальные пути подготовки специалистов с использованием возможностей компьютерной техники, является важной задачей профессиональной педагогики.
Несмотря на то, что моделирующие компьютерные программы используются в образовании уже давно, а их расширяющиеся возможности не подвергаются сомнению, в педагогической теории нет единого подхода к
проблеме проектирования и применения моделирующих компьютерных программ учебного назначения.
Исследования в области подготовки студентов с использованием компьютерной техники ведутся в США, Германии, Японии, Великобритании, России и ряде других стран уже не один десяток лет. В работах П.И.Образцова, И.Ю.Паскаля, Е.Ю.Раткевича доказано, что применение моделей в компьютерных программах учебного назначения не только позволяет многократно увеличить скорость передачи и объем информации, но и способствует развитию профессионально важных качеств современного инженера, в деятельности которого значительную долю занимает проектирование и конструирование технических объектов с использованием моделирующих компьютерных программ.
Рассмотрению вопросов использования компьютерных программ в высшей школе посвящены исследования С.И.Архангельского, П.Я.Гальперина, Б.С.Гершунского, Ю.С.Иванова, А.А.Кузнецова, Е.И.Машбица и др. Анализ применения информационных технологий в учебном процессе представлен в работах С.А.Бешенкова, И.М.Бобко, Г.В.Ившиной, Г.И.Кириловой, П.И.Образцова, Е.Ю.Раткевича, И.В.Роберт, А.В.Соловьева и др. Вопросы использования моделирующих компьютерных программ в обучении рассмотрены В.А.Белавиным, И.Ю.Паскалем, Б.Н.Пойзнером и др. Отдельные аспекты применения моделирующих компьютерных программ в обучении затронуты в публикациях А.И.Райкова, В.А.Рыжова, Н.П.Петровой и др.
Проведенный анализ показал, что сложности в применении моделирующих компьютерных программ в учебном процессе часто связаны с отсутствием специально спроектированных курсов, которые бы учитывали особенности инженерного образования, профессиональную специфику деятельности инженеров, межпредметные связи, а также риски, возникающие при переходе от реального объекта изучения к его компьютерной модели. Деятельность преподавателей часто реализуется на традиционных методиках и технологиях, которые не обеспечивают достаточной эффективности
применения моделирующих компьютерных программ.
Изложенное выше позволяет сформировать основное противоречие между расширяющейся сферой внедрения методов компьютерного моделирования в современную профессиональную деятельность инженеров и неразработанностью научно-методического обеспечения подготовки специалистов с достаточным владением компьютерными технологиям^/в частности, с отсутствием специального курса, направленного на овладение методами компьютерного моделирования, реализуемого в системе профессионального образования в техническом вузе.
Исходя из этого сформулирована проблема исследования: каковы особенности отбора, структурирования содержания и методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в процессе подготовки студентов технического вуза?
Объект исследования: подготовка студентов технических вузов в области компьютерного моделирования.
Предмет исследования: содержание, структура и методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в техническом вузе.
Цель исследования: выявить особенности проектирования содержания и условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем».
Гипотеза исследования: содержание и методические условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» будут способствовать повышению уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования, если:
1. Проектирование содержания и структуры курса будет осуществлено с учетом особенностей, заключающихся:
в отражении специфики современной профессиональной деятельности инженера;
в возможности оперативной коррекции курса, как отклика на
динамичное развитие современных компьютерных технологий;
- в минимизации рисков потери связи между реальным объектом
изучения и его компьютерной моделью.
2. Реализация курса будет проводиться с учетом внутренних и внешних условий. Внутренние условия состоят:
в последовательном изложении содержания курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ;
в специальной организации контроля, позволяющей минимизировать риски потери связи между реальным объектом и компьютерной моделью в подготовке инженера.
Внешние условия состоят:
в обеспечении взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами;
в подготовленности педагога к преподаванию курса с использованием компьютерных технологий и современных профессиональных программ;
в подготовленности студентов к обучению с применением компьютерных технологий.
Задачи исследования:
Выявить научно-методические особенности проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» в подготовке инженеров.
Обосновать методические условия эффективной реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в техническом вузе.
Экспериментально оценить изменение уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования при внедрении курса в учебный процесс.
Экспериментальной базой исследования явились Казанский государственный энергетический университет, Казанский энергетический техникум.
Исследование проводилось в три этапа:
На первом этапе (2001-2002 гг.) проводился анализ литературы по применению компьютерных технологий в производстве и в образовании, по педагогическому проектированию содержания учебных курсов, а также по реализации компьютерных программных средств учебного назначения в логике исследуемой проблемы. Выявлялись дидактические противоречия применения моделирующих компьютерных программ в учебном процессе, анализировались структура и содержание подготовки специалистов направления «Приборостроение» в области компьютерного моделирования.
На втором этапе (2002-2003 гг.) разрабатывались научно-методические основы процедуры проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем», формулировались цели курса, проводился отбор и структурирование содержания курса, определялись рекомендуемые уровни усвоения учебных тем, производился выбор организационных форм, методов, средств обучения, задавались режимы контроля результатов обучения.
На третьем этапе (2003-2006 гг.) проводилась опытно-экспериментальная работа по внедрению курса в учебный процесс, в ходе которой отрабатывались содержание и структура курса, корректировались режимы контроля результатов обучения. При реализации скорректированного в процессе опытного внедрения курса, проводилась оценка изменения уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования по сравнению с традиционной методикой обучения. Количественные данные были подвергнуты статистической обработке. Сделаны выводы, которым дана педагогическая интерпретация. '
Методологической основой исследования послужили:
фундаментальные педагогические исследования в области профессиональной педагогики (С.Я.Батышев, А.П.Беляева, Б.С.Гершунский, Г.И.Ибрагимов, В.С.Леднев, М.И.Махмутов, Г.В.Мухаметзянова, А.М.Новиков, Л.Г.Семушина,
В.В.Шапкин и др.); целостного и личностно-деятельностного подходов к проектированию содержания и процессов образования (Ю.К.Бабанский, А.А.Вербицкий, О.С.Гребенюк, В.С.Ильин, А.А.Кирсанов, Н.В.Кузьмина, Н.Н.Нечаев и др.); профессиональной направленности и фундаментализации образования (В.Ф.Башарин, Л.А.Волович, А.А.Кирсанов, И.Я.Курамшин, М.И.Махмутов, Ю.С.Тюнников, И.А.Халиуллин, Н.А.Читалин, В.С.Щербаков и др.); педагогических технологий образования (В.Ф.Башарин, В.П.Беспалько, А.А.Вербицкий, Г.И.Ибрагимов, Е.И.Машбиц, И.В.Роберт, Н.А.Селевко, Л.Г.Семушина и др.).
Методы исследования: теоретический анализ педагогической литературы, программ, учебников, учебных и методических пособий по информатике, электротехнике, компьютерному моделированию; изучение и обобщение практики преподавания информатики, электротехники, компьютерного моделирования, общетехнических и специальных дисциплин; наблюдение, анкетирование, тестирование, моделирование, педагогический эксперимент, методы математической статистики.
Научная новизна исследования состоит:
1. В выявлении и обосновании научно-методических особенностей проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» для студентов технических вузов: учет специфики современной профессиональной деятельности инженера, в которой компьютерное моделирование выступает одновременно как средство профессиональной деятельности и профессионального самообразования, как объект творчества и как результат труда; реализация идеи открытой системы, заключающейся в предусмотрении возможности оперативной замены существующих профессиональных компьютерных программ на вновь созданные, как отклика на динамичные изменения в компьютерных технологиях, применяемых на производстве; воплощение принципа оптимального сочетания изучения реальных объектов и компьютерных моделей в подготовке инженера в техническом вузе; реализация трехмо дульной
структуры курса, включающей основы компьютерного моделирования, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов, расположение модулей по возрастанию сложности теоретического материала и увеличению в лабораторных работах доли компьютерных моделей в сравнении с реальными объектами изучения.
2. В определении внешних и внутренних методических условий реализации данного курса.
К внутренним условиям отнесены: последовательное изложение содержания курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ; специальная организация контроля, позволяющая минимизировать риски потери связи между реальным объектом и компьютерной моделью в подготовке инженера.
К внешним условиям отнесены: обеспечение взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и, особенно, компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами; требования к компьютерной компетентности преподавателя, который должен знать возможности компьютера в своей предметной области и обладать навыками преподавания с использованием компьютерных технологий; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов, которые должны обладать базовыми знаниями по информатике и основам вычислительной техники, а также быть подготовленным к применению компьютерных технологий в обучении.
Теоретическая значимость исследования состоит в расширении теоретических знаний в области проектирования содержания и методики преподавания общетехнических дисциплин, использующих современные моделирующие компьютерные программы в качестве средств обучения.
Практическая значимость исследования:
Состоит в разработке нового курса «Компьютерные модели электронных схем». Курс предназначен для подготовки специалистов по направлению «Приборостроение» в техническом вузе.
Введение данного курса частично снимает проблему постановки материалоемкого и дорогостоящего физического практикума его равноценной заменой компьютерными моделями, соответствующими требованиям^ специальной и компьютерной подготовки инженеров.
Кроме того, курс может быть использован и для обучения студентов по другим направлениям и специальностям технического вуза.
Достоверность и обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается всесторонним анализом проблемы при определении исходных теоретико-методологических позиций; соотнесением теоретических выводов и положений с имеющимися в педагогике и методике обучения; применением комплекса эмпирических и теоретических методов, адекватных объекту, предмету, целям, задачам исследования.
Апробация и внедрение результатов исследования:
Основные результаты исследования докладывались на международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в профессиональной подготовке специалистов в России и за рубежом» (ИПП ПО РАО, 2003 г.), на международной научно-практической конференции «Формирование системы управления качеством подготовки специалистов в вузе» (КГЭУ, 2003 г.), на межрегиональной научно-практической конференции «Профессиональное образование и рынок: опыт, проблемы и перспективы взаимодействия» (ИПП ПО РАО, 2004 г.), на IV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (г. Казань, 2001 г.).
Разработанный учебный курс «Компьютерные модели электронных схем» внедрен в учебный процесс Казанского государственного энергетического университета и используется при подготовке студентов по специальности
«Информационно-измерительная техника и технология». На защиту выносятся:
Особенности проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» (учет специфики современной профессиональной деятельности инженера; возможность оперативной замены профессиональных компьютерных программ, использующихся в курсе, на вновь созданные; оптимальное сочетание изучения реальных объектов и компьютерных моделей; трехмодульная структура курса, включающая основы компьютерного моделирования, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов).
Методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем»:
внутренние условия: последовательное изложение модулей курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ; осуществление специального контроля, снижающего риск потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью;
внешние условия: обеспечение взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовки; требования к компьютерной компетентности преподавателя; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов.
Структура диссертации:
Работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка в количестве 226 наименований, приложений (примеры лабораторных работ, методические указания к лабораторным работам).
Состояние подготовки инженеров в области компьютерного моделирования в технических вузах
Современное информационное общество продуцирует социальный заказ на инженера-универсалиста, способного максимально использовать в своей профессиональной деятельности не только специфические инженерные знания, но и владеющего необходимыми знаниями, умениями, навыками в информационной сфере.
К сегодняшнему выпускнику предъявляются очень высокие требования, а это, в свою очередь, обуславливает изменения в содержании подготовки инженера в вузе, особенно в таких наукоемких сферах, как приборостроение.
Современные требования к подготовке дипломированного специалиста по направлению подготовки «Приборостроение» отражены в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования (ГОС ВПО). В данном документе четко обозначены и требования к содержанию компьютерной подготовки специалиста.
В разделе «Общая характеристика направления подготовки дипломированного специалиста «Приборостроение» ГОС ВПО указано следующее: «Объектами профессиональной деятельности выпускника в зависимости от содержания конкретной образовательной программы (специальности) направления подготовки являются: электронно-механические, магнитные, электромагнитные, акустические и акустооптические методы; приборы, системы, комплексы и элементная база приборостроения; технология производства элементов, приборов и систем, а также программное обеспечение и информационно-измерительные технологии в приборостроении». На сегодняшний день существует огромный выбор программных средств, применяющихся в приборостроении, однако отсутствует система критериев отбора этих программных средств для целей обучения.
В этом же разделе, далее: «Выпускник по направлению подготовки ") дипломированного специалиста «Приборостроение» может быть подготовлен к выполнению следующих видов профессиональной деятельности:
- проектно-конструкторская (куда входит проектирование и конструирование различных типов систем, деталей и узлов на схемотехническом и элементном уровнях с использованием средств компьютерного моделирования);
- научно-исследовательская (сюда относится, например, выполнение математического (компьютерного) моделирования с целью анализа и оптимизации параметров объектов на базе имеющихся средств исследований и проектирования, включая стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследований).
Тут перед вузами встает задача разработки новых учебных курсов, которые бы давали студенту навыки использования средств компьютерного моделирования.
В разделе «Требования к учебно-методическому обеспечению учебного процесса» указано, что: «Лабораторными практикумами должны быть обеспечены дисциплины: физика, химия, информатика, физические основы получения информации, механика, материаловедение и технология конструкционных материалов, общая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, метрология, стандартизация и сертификация, безопасность жизнедеятельности, теория автоматического управления, компьютерные технологии в приборостроении, а также, как правило, специальные дисциплины.» Причем, в разделе «Требования к материально-техническому обеспечению учебного процесса» оговаривается: «Высшее учебное заведение, реализующее основную образовательную программу подготовки инженера, должно располагать материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лабораторной, практической, дисциплинарной и междисциплинарной подготовки и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных учебным планом вуза и соответствующей действующим санитарно-эпидемиологическим и противопожарным нормам и правилам. Лаборатории высшего учебного заведения должны быть оснащены широкими наборами типовых и модульных узлов и элементов, промышленными и специализированными образцам» приборов, которые обеспечивают практическое изучение методов, приборов и технологий в соответствии с содержанием образовательных программ данного направления подготовки дипломированного специалиста».
Между тем, сегодня большинство вузов не располагает материально-технической базой, которая бы обеспечивала удовлетворение этих требований ГОС ВПО. Таким образом, вузы вынуждены решать и проблему материально-технического обеспечения лабораторий.
В разделе «Требования к профессиональной подготовленности выпускника» указано следующее:
«Инженер по направлению подготовки дипломированного специалиста «Приборостроение» в зависимости от содержания конкретной образовательной программы (специальности) должен знать:
- основные тенденции и направления развития приборостроительной техники и технологии соответствующей отрасли промышленности, их взаимосвязь со смежными отраслями;
- базовые языки и основы программирования, типовые программные продукты, ориентированные на решение научных, проектных и технологических, включая информационно-измерительные, задач приборостроения;
- элементную базу приборов и систем; должен владеть:
- методами и компьютерными системами проектирования и исследования приборов и систем, а также методами информационно измерительных технологий» Анализ положений ГОС ВПО однозначно указывает на то, что подготовка студентов по этому направлению должна включать изучение компьютерных технологий, на основе которых выпускник приобретает навыки моделирования и проектирования объектов своей профессиональной деятельности с использованием современных специализированных программных средств. При этом отбор содержания и структуры компьютерной подготовки должен осуществляться с учетом характера профессиональной деятельности обучаемых, целей и потребностей общества в специалистах данного профиля.
Таким образом, в настоящее время, когда процесс устаревания знаний существенно ускорился и продолжает ускоряться, необходима некая дополнительная подготовка. В настоящий момент центром, в котором объединяются все остальные технические средства передачи, получения и переработки информации становится компьютер. Поэтому такую подготовку можно назвать компьютерной для того, чтобы показать все возрастающую значимость компьютера не только в учебном процессе, но и в получении необходимой информации для успешной профессиональной деятельности, особенно после появления глобальных компьютерных сетей. Компьютерная подготовка студентов охватывает весь спектр информационных технологий, необходимых для полноценной работы в современном производстве.
Теоретические аспекты проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем»
Под проектированием, как видом профессиональной деятельности исследователя и педагога, следует понимать процесс разработки им проекта технологии обучения - дидактического описания педагогической системы, реализация которой предполагается в рамках изучения в вузе конкретной учебной дисциплины [174].
Педагогическое проектирование приобрело в современном образовательном пространстве широкое распространение. Оно постоянно совершенствуется и обретает новые качества и характеристики: конструктивность, концептуальность, плановую и проектную деятельность педагогов, диагностичность и возможность педагогической коррекции.
Главный методологический принцип проектирования содержания образования - ориентация на перспективы развития науки, техники, производства, культуры.
Структурная и технико-технологическая перестройка промышленного производства неминуемо требует новых форм организации и методов обучения. Однако в силу консерватизма, отставания в разработанности вопросов теории обучения, дидактико-методического обеспечения учебного процесса новое содержание продолжает усваиваться в старых организационных формах обучения. В конечном итоге, это служит причиной несоответствия между новым содержанием и старыми формами обучения.
Теория инженерной педагогики развивается под воздействием общественных потребностей в области инженерного образования, развития технических наук, питающих инженерную педагогику и методов познания, а также в силу внутренней логики движения собственного научного познания. Эти факторы действуют не параллельно, а находятся в диалектической взаимосвязи. Развитие инженерной педагогики происходит и как логическое развитие общепедагогических понятий и категорий: целей, принципов, содержания образования, форм организации, методов, средств, контроля и самоконтроля. Они представляют определенный уровень категориального строя, его системность, которая обеспечивается логико-методологическим основанием.
Сохраняя педагогическую сущность, они ориентированы на цели инженерного образования, на подготовку специалистов, реализующих инженерную деятельность, что наполняет их новым содержанием. И тем не менее, инженерная педагогика не исчерпывается общими педагогическими категориями.
В теории и практике высшей школы функционируют общие дидактические принципы: научности и доступности, систематичности и последовательности, связи обучения с практикой и наглядности и абстрактности, активности и самостоятельности, индивидуального подхода и др. Специфическим для профессионального образования выступают принципы:
- профнаправленности, ориентирующей все учебные дисциплины, формы организации, методы обучения на конечную цель подготовки специалиста конкретного профиля;
- преемственности, отражающей связь прошлого, настоящего и будущего в их содержании, формах организации, методах и средствах обучения, связь образовательно-воспитательного процесса на различных ступенях обучения и предстоящей профессиональной деятельностью;
- системности, позволяющей рассматривать все дисциплинарные знания по различным учебным дисциплинам как единое целое со специфическими для технического, технологического и гуманитарного образования связями;
- интеграции и дифференциации, ориентирующей содержание образования как на синтез широкого круга междисциплинарных знаний в целостную систему, так и на отдельные учебные дисциплины, модули с конкретной предметной областью знаний;
- динамичности, выражающейся в постоянном предвидении новых тенденций и изменений в общеинженерном и гуманитарном образовании и отражении их в содержании подготовки специалистов и др.
Как категория историческая, принципы развиваются, изменяется их номенклатура и объем понятия. Они совершенствуются и наполняются новым содержанием в соответствии с каждым конкретным этапом развития общества и корректировкой целей обучения и воспитания, а также с учетом выявленных педагогических закономерностей и накопления педагогического опыта.
Теория и практика показывают, что специфическими для инженерной педагогики категориями выступают научно-техническое познание и инженерная деятельность.
Научно-техническое познание представляет собой процесс овладения человеком, объективно или субъективно, новыми естественнонаучными, техническими и технологическими знаниями в области науки, техники, производства, способами деятельности, предвидения перспектив их развития.
Инженерная деятельность - это динамическая система взаимодействий инженера и орудий, механизмов, сооружений, которые необходимо построить искусственным путем, опираясь на научные знания и способы деятельности.
Специфика использования моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров и их дидактический потенциал
Реализация курса КМЭС во многом обусловлена возможностями и спецификой применения моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров.
С появлением компьютерных технологий в промышленности был сделан акцент на автоматизацию инженерных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер. По мере накопления опыта, стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные компьютерные программы для решения как расчетных, так и некоторых рутинных инженерных задач (изготовление чертежей, спецификаций, документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и компьютера.
Решение проблем автоматизации проектирования с помощью компьютера основывается на системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР -систем автоматизированного проектирования технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации. Это достигается за счет объединения современных технических средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет собой крупные организационно-технические системы, состоящие из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями конкретной проектной организации.
Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение компьютера в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и компьютером и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.
Цель автоматизации - повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.
Научно обоснованное распределение функций между человеком и компьютером подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а компьютер - задачи, решение которых поддается алгоритмизации.
Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования - математическим моделированием.
Современные профессиональные средства компьютерного моделирования (далее - СМ) имеют следующие отличительные черты:
- графический пользовательский интерфейс, позволяющий «рисовать» на экране монитора проектируемую схему и временные диаграммы на ее входах;
- интерактивная рабочая среда проектирования - управляющая оболочка, то есть специальная программа, из которой можно запускать все или большинство других программ пакета, не обращаясь к услугам штатной операционной системы;
- современные СМ поддерживают иерархическое проектирование как сверху - вниз, так и снизу - вверх;
- многоуровневое моделирование и метод локальной детализации проекта, неразрывно связанные с иерархическим проектированием;
- многоразрядные контакты и шины, позволяющие на верхних уровнях иерархии весьма лаконично описывать проект и тут же выяснять его работоспособность;
- наличие в современных САПР и СМ постпроцессоров моделирования позволяет не только просматривать в удобной для пользователя форме результаты моделирования, но и обрабатывать эти результаты, отыскивая нужные события или состояния в схеме, измерять временные интервалы, контролировать соблюдение временных соотношений в схеме;
- современные СМ поддерживают библиотечный метод проектирования, то есть содержат огромное число графических и функциональных описаний компонентов; причем эти библиотеки открыты для добавления в них новых описаний, которые может сделать сам пользователь;
- в современных СМ реализуется событийный механизм продвижения модельного времени, основанный на принципе dz; это означает, что модельное время продвигается, опираясь на ближайшее событие, а не на очередной такт;
- моделирование выполняется с учетом реальных временных задержек, связанных с распространением сигналов внутри компонентов; при этом могут учитываться не только средние задержки, но и максимальные их значения, а также наихудший случай при их разбросе;
- автоматическая генерация модели всей схемы по ее структурному описанию;
- интегрируемость с другими пакетами аналогичного назначения, которая обеспечивается соответствующими программами - конверторами, позволяющими импортировать и экспортировать данные из одной системы в другую; высшей формой такого взаимодействия является «горячая связь» -Cross Probing.
