• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Методология инновационного инженерного проектирования

2019/2020
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
9
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
1-й курс, 1-4 модуль

Преподаватели

Программа дисциплины

Аннотация

Курс направлен на формирование знаний, умений и практических навыков применения принципов, методов и средств инновационного инженерного проектирования и технологии производства современных и перспективных изделий микро- и наноэлектроники. Особое внимание уделяется системной модели проектирования технических новаций, технико-экономической эффективности технических новаций в сложных системах, методам эвристического поиска новых технических решений, современной методологии автоматизированного проектирования электронной компонентной базы, автоматизированному проектированию структур электронных компонентов, интегральных схем различной степени интеграции, перспективным направлениям развития элементной базы ИС, БИС и СБИС, основным технологическим процессам изготовления конструктивных элементов и узлов электронно-лучевых и фотоэлектронных приборов, технологическим требованиям к оборудованию для финишной обработки электронно-лучевых и фотоэлектронных приборов, выбору технологических процессов и оборудования для изготовления полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники, нормативным документам, учитывающим требования при разработке технологической документации на процессы изготовления электровакуумных и полупроводниковых приборов. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов на семинаре, домашних заданий, коллоквиума и экзамена. В 4 модуле 2019/20 уч. года обучение проводится дистанционно с помощью https://classroom.google.com
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Целями освоения дисциплины "Методология инновационного инженерного проектирования" является формирование у студентов знаний, знаний, умений и навыках о принципах, методах и средствах инновационного проектирования и технологии производства электронной компонентной базы (ЭКБ) современных и перспективных изделий микро- и наноэлектроники.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Знать: основные понятия и термины инновационного инженерного проектирования; закономерности развития ТС; стратегии инновационного проектирования; системное описание проблемной ситуации.
  • Знать: методику оценки технико-экономической эффективности новаций на основе метода анализа иерархий.
  • Знать: классификацию эвристических методов поиска технических новаций; понятия о противоречиях в ТС; основные подходы к разрешению противоречий.
  • Знать: современные методы автоматизированного проектирования электронной компонентной базы, уровни проектирования, маршруты проектирования ЭКБ; проектную документацию и требования к ней
  • Знать: основные технологические операции и этапы изготовления электронных компонентов; методы и программное обеспечение для проектирования структур электронных компонентов: эквивалентные электрические схемы и схемотехнические модели интегральных структур электронных компонентов
  • Знать: топологические нормы и ограничения; методы и программное обеспечение для проектирования топологии интегральных схем различной степени интеграции; методы расчетов динамических характеристик фрагментов схем; типы и параметры корпусов для ЭКБ.
  • Знать: перспективные направления развития элементной базы: сверхбыстродействующие БИС на основе GaAs и SiGe, оптоэлектронные ИС.
  • Знать: основные понятия и термины инновационного инженерного проектирования; представления сложную техническую систему (ТС) в виде иерархической структуры связей параметров; стратегии инновационного проектирования; системное описание проблемной ситуации; Уметь: представлять вербальные описания ТС в виде иерархической структуры связей параметров; анализировать проблемную ситуацию; формулировать цели проектирования;
  • Владеть: методикой анализа проблемной ситуации; методикой формирования дерева целей проектирования;
  • Знать: методику оценки технико-экономической эффективности новаций на основе метода анализа иерархий. Уметь: проводить оценку эффективности технических новаций. Владеть: методикой оценки технико-экономической эффективности новаций в сложных ТС.
  • Знать: классификацию эвристических методов поиска технических новаций; понятия о противоречиях в ТС; основные подходы к разрешению противоречий. Уметь: формулировать технические и физические противоречия; выявлять и разрешать технические и физические противоречия в сложных ТС. Владеть: методикой выявления и разрешения противоречий при проектировании
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Раздел 1. Основы проектирования технических новаций
    Новация (новшество) и инновация Жизненный цикл технических систем: стадии. Преобразование новшества в инновацию: этапы инновационной деятельности. Инновационный инжиниринг как разработка и обоснование технических новаций. Тенденции развития технических систем: автономизация, субминиатюризация, интеллектуализация, интеграция. Закономерности развития ТС; стадийного развития ТС; эволюционного развития ТС; управляемости ТС; перехода с макроуровня на микроуровень; перехода в надсистему; развития функциональных единиц. Статическая и динамическая иерархическая структура ТС. Иерархия процессов проектирования новаций. Стратегии инновационного проектирования ТС: выбор аналогов; оптимизация параметров; модернизация известных конструкций; беспрототипная разработка. Уровни новизны технических решений. Структура проектирования новаций. Проблемная ситуация: системная модель, этапы анализа. Структурное и параметрическое представление описания ТС. Выявление недостатков. Формирование списка требований к технической системе. Цель проектирования. Методика формирования дерева целей проектирования. Многокритериальный выбор вариантов технических решений. Структурно-параметрический синтез новаций, исходя из закономерностей развития. Действия разработчика при проектировании и ресурсы проектирования.
  • Раздел 2. Технико-экономическая эффективность технических новаций в сложных системах.
    Оценка технико-экономической эффективности новых технических решений методом анализа иерархий (МАИ): основные стадии и процедуры. Представление ТС в методе МАИ. Построение иерархии «цель-критерии- варианты ТС». Шкала отношений элементов иерархии. Матрицы парных сравнений. Собственные векторы и собственные значения матриц парных сравнений. Оценка однородности суждений эксперта. Иерархический синтез: процедуры. Оценка однородности иерархии.
  • Раздел 3. Методы эвристического поиска технических новаций.
    Классификация эвристических методов поиска технических новаций: ненаправленные, направленные; групповые, индивидуальные; систематические, несистематические Понятие о противоречиях в ТС. Техническое противоречие. Физическое противоречие. Формулы описания противоречий. Узловой параметр. Объекты с парными значениями свойств. Этапы выявления противоречий: формирование исходных целей проектирования; определение конкретной иерархической структуры; Построение иерархической структуры связей параметров ТС; определение узловых подсистем; разрешение противоречия; выбор технического решения. Методика выявления технических противоречий в ТС. Понятие о функциональной единице. Связь целей проектирования с параметрами функциональной единиц. Выявление физических противоречий на уровне функциональных единиц. Основные способы разрешения противоречий. Стандартные способы разрешения противоречий в ТРИЗ. Поиск технических новаций на уровне функциональных единиц.
  • Раздел 4. Современные подходы к автоматизированному проектированию электронной компонентной базы
    Проектирование «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Поведенческое описание работы устройства. Физическое, логическое и схемотехническое проектирование. Верификация полученного проекта. Системы автоматизированного проектирования электронной компонентной базы. Проектная документация.
  • Раздел 5. Автоматизированное проектирование структур электронных компонентов
    Основные технологические операции и этапы изготовления электронных компонентов; методы и программное обеспечение для проектирования структур электронных компонентов; эквивалентные электрические схемы и схемотехнические модели интегральных структур электронных компонентов. Оценочные расчеты параметров эквивалентных схем полупроводниковых структур. Проектирование структур электронных компонентов с помощью пакетов приборно-технологического проектирования. Расчет технологических параметров структур полупроводниковых приборов. Расчет характеристик полупроводниковых структур различных технологии.
  • Раздел 6. Автоматизированное проектирование интегральных схем различной степени интеграции.
    Проектирование топологии интегральных схем различной степени интеграции топологии с помощью топологических редакторов. Топологические нормы и ограничения. Проектирование схемных фрагментов интегральных схем. Расчеты динамических и статических характеристики фрагментов схем. Типы и параметры корпусов для ЭКБ. Влияние корпусов ЭКБ на характеристики компонентов.
  • Раздел 7. Перспективные направления развития элементной базы БИС и СБИС.
    Сверхбыстродействующие БИС на основе GaAs и SiGe. Микросхемотехника оптоэлектронных ИС. Фоточувствительные СБИС на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) и КМОП-фотодиодных матриц.
  • Раздел 9. Системная модель проектирования технических новаций
    Жизненный цикл технических систем: стадии; новация (новшество) и инновация; преобразование новшества в инновацию: этапы инновационной деятельности. Инновационный инжиниринг как разработка и обоснование технических новаций. Стратегии инновационного проектирования ТС: выбор аналогов; оптимизация параметров; модернизация известных конструкций; беспрототипная разработка. Уровни новизны технических решений. Действия разработчика при проектировании и ресурсы проектирования. Проблемная ситуация: системная модель, этапы анализа. Описание проблемной ситуации. Выявление недостатков. Формирование списка требований к технической системе. Цель проектирования. Дерево целей проектирования. Методика формирования дерева целей. Связи целей проектирования с функциями, структурами технической системы и планированием действий разработчика.
  • Раздел 10. Технико-экономическая эффективность технических новаций в сложных системах.
    Оценка технико-экономической эффективности новых технических решений методом анализа иерархий: основные стадии и процедуры. Представление ТС в методе. Построение иерархий. Шкала отношений элементов иерархии. Матрицы парных сравнений. Собственные векторы и собственные значения матриц парных сравнений. Оценка однородности суждений эксперта. Иерархический синтез: процедуры. Оценка однородности иерархии.
  • Раздел 11. Методы эвристического поиска технических новаций.
    Классификация эвристических методов поиска технических новаций: ненаправленные, направленные; групповые, индивидуальные; систематические, несистематические. Понятие о противоречиях в ТС. Техническое противоречие. Физическое противоречие. Формулы описания противоречий. Узловой параметр. Метод выявления противоречий. Системные модели выявления и разрешения противоречий: формирование исходных целей проектирования; формирование множества противоречивых целей; определение конкретной иерархической структуры; определение узловых параметров для противоречивых целей; определение узловых подсистем; разрешение противоречия; выбор технического решения. Объекты с парными свойствами. Методика выявления технических противоречий в ТС. Основные способы разрешения противоречий. Связи видов узловых объектов, требований, предъявляемых к ним и способов разрешения технических противоречий. Стандартные способы разрешения противоречий в ТРИЗ.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий домашнее задание 1
    При выполнении домашнего задания разделов 1-4 проводится проектирование фрагмента цифровой логической схемы (проектирование структуры, топологии, расчет электрических характеристик отдельных транзисторов и всего фрагмента ) методами топологического и схемотехнического проектирования по тематике, согласованной с преподавателем.
  • неблокирующий домашнее задание 2
  • неблокирующий Экзамен 3
    Экзамен по разделам 9-11 проводится в форме устного экзамена в конце изучения курса после 4 модуля. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi https://meet.miem.hse.ru К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию ответов, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
  • неблокирующий Семинарские занятия 3
  • неблокирующий домашнее задание 3
    Выполнение домашнего задания 3 (ч.1-ч.2) проводится по тематике, согласованной с преподавателем. Элемент контроля не блокирующий, вес элемента - менее 30%.
  • неблокирующий Экзамен 1
    Экзамен по разделам 1-4 проводится в форме устного экзамена в конце изучения курса после 1 модуля. После ответа студента преподаватель может ему задать уточняющие вопросы по тематике билета. Экзамен состоялся.
  • неблокирующий Семинарские занятия 2
  • неблокирующий Экзамен 2
    Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi https://meet.miem.hse.ru К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию ответов, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий. Данная дисциплина обеспечивает формирование следующих компетенций согласно ОрОС: УК-2, , УК-5, ОПК-5, ПК-5, ПК-6, ПК-11, ПК-12
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (1 модуль)
    0.5 * домашнее задание 1 + 0.5 * Экзамен 1
  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.3 * домашнее задание 2 + 0.2 * Семинарские занятия 2 + 0.5 * Экзамен 2
  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    0.3 * домашнее задание 3 + 0.2 * Семинарские занятия 3 + 0.5 * Экзамен 3
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Основы проектирования интегральных схем и систем, Казённов Г. Г., 2005
  • Правила творческого мышления, или тайные пружины ТРИЗ : учебное пособие, Кукалев, С. В., 2018
  • Системный анализ и синтез стратегических решений в инноватике : математические, эвристические и интеллектуальные методы системного анализа и синтеза инноваций: учеб. пособие для вузов, Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н., 2015
  • Электроника интегральных схем : лабораторные работы и упражнения, Петросянц, К. О., 2017

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Курсовое проектирование по дисциплине "Проектирование интегральных микросхем и микропроцессоров" : метод. указания, Лемешко Н. В., 2013
  • Творчество: системный подход, законы развития, принятие решений, Абовский Н. П., 1998
  • Технология и конструкции микропроцессоров и микросборок : учеб. пособие, Коледов Л. А., 2008
  • Технология производства микроэлектронных изделий, Чернозубов Ю. С., 2010
  • Технология, конструкции и методы моделирования кремниевых интегральных микросхем. Ч.1: Технологические процессы изготовления кремниевых интегральных схем и их моделирование, Королев М. А., Крупкина Т. Ю., 2007