Комплексный подход к оперированию электрическими схемами

А.А. Рывлина,

доц. каф. ИКГ МТУСИ,

к.т.н., доц.,

МТУСИ, г. Москва

Создание любой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), будь-то радиотехнические системы, телекоммутационная и вычислительная техника или бытовые приборы, невозможно без подготовки и выпуска соответствующей конструкторской документации. Неотъемлемой частью этой документации являются электрические схемы. Поэтому умение оперировать этими схемами представляет собой важную составляющую графической грамотности любого квалифицированного специалиста, работающего в отмеченных областях технической деятельности человека. Соответственно, правильное понимание того, что подразумевается под понятием “Оперирование схемой” и формирование оптимальной системы рабочих приёмов может стать важным фактором повышения эффективности проектных и конструкторских разработок.

Электрические схемы в зависимости от назначения, как известно, подразделяются на различные типы. Как следует из приведенного в /1,8-10/ описания различных типов электрических схем, в их построении прослеживается чёткая логика. Очевидно, что все схемы образуют определенную систему, и их построение подчиняется единым принципам. Что же обуславливает эти принципы? Первым является то, что электрические схемы можно рассматривать как источник информации о составных частях изделия и связях между ними. Этим электрические схемы в известной мере напоминают чертежи сборочных единиц изделий радиоэлектроники. Второй - связан с физиологическими особенностями познавательной деятельности человека.

Рассмотрим отмеченные принципы более подробно.

1. Очевидно, что и чертежи сборочных единиц, и электрические схемы дают представление о структуре многодетальных объектов (изделий РЭА), однако для этого в них используются разные графические средства. Если на чертежах сборочных единиц (например, на чертеже общего вида или сборочном чертеже) форма отдельных деталей и способы их соединений видны явно, то на электрических схемах составные части объекта изображаются условно. Кроме того, для отражения логики работы изделия эти части могут быть размещены на поле чертежа не так, как в реальной конструкции.

Тем не менее, между электрическими схемами и чертежами сборочных единиц прослеживается определённый параллелизм. Это, в свою очередь, даёт основание предполагать, что к работе с ними могут быть применены общие подходы. Действительно, оперирование чертежами сборочных единиц и электрическими схемами, как следует из анализа учебной /1,8-10, 2,3,7/ и научно-популярной /4,11/ литературы, включает одни и те же составляющие – выполнение и чтение. Поэтому есть все основания предположить, что для выработки рациональной системы рабочих приёмов выполнения и чтения схем могут оказаться полезными приёмы, давно разработанные и широко используемые в практике работы с чертежами сборочных единиц /2,3,7/.

Раскроем содержание составляющих термина “Оперирование электрическими схемами”.

Выполнение электрической схемы подразумевает графическое отображение процессов, протекающих в электрических цепях, радиоэлектронных устройствах или системах в целом. Это отображение осуществляется в условной или символической форме.

Чтение электрической схемы в самом общем виде можно охарактеризовать как процесс получения информации, необходимой для решения поставленной задачи (например, определения общих принципов построения изделия; изучения процессов, протекающих в конкретных электрических цепях или каскадах; выявления элементного состава устройств; путей прохождения постоянных и переменных составляющих электрических токов и т.п.).

Выполнение и чтение электрических схем – взаимосвязанные процессы. При выполнении схемы всегда присутствуют элементы ее чтения (по крайней мере – для проверки правильности отображения электрических процессов), чтение же готовой схемы может представлять собой вполне самостоятельный вид работы.

2. В результате многолетней профессиональной деятельности специалистов в области радиоэлектроники электрические схемы стали выполнять и оформлять по определенным единым правилам, рассмотренным в специальной учебной /1,8-10/ и научно-популярной /4,11/ литературе, посвященной электрическим схемам. Рассмотрим их подробнее.

Когда человек, глядя на электрическую схему, пытается разобраться в работе устройства (т.е. прочесть схему), его глаза (как и при рассмотрении картины, по образному выражению авторов /4,11/) движутся скачками от одного участка изображения к другому. Кратковременные остановки нужны для того, чтобы увидеть и опознать образ конкретного фрагмента схемы. Если опознания не произошло, глаза возвращаются к этому фрагменту вновь и вновь, что затрудняет анализ схемы. Поэтому при выполнении схем обычно придерживаются некоторых общих правил, способствующих облегчению процесса чтения схемы. К таким правилам, в частности, можно отнести:

- традиционное, одинаковое для всех изображение типовых узлов РЭА;

- организованное (например, по вертикали или горизонтали) расположение однотипных цепей;

- расположение символов элементов симметрично относительно вертикальной или горизонтальной оси в устройствах, обладающих электрической симметрией.

В результате схемы получаются более наглядными, легче запоминаются и распознаются.

Таким образом, можно утверждать, что единые правила выполнения электрических схем способствуют оптимизации и упрощению процесса их чтения.

Выше отмечалось, что схемы являются графическими конструкторскими документами. Поэтому они должны оформляться в соответствии с едиными для всех правилами, которые устанавливают ГОСТ 2.701-84 “ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению”, ГОСТ 2.702-75 “Правила выполнения электрических схем”, а также стандарты, регламентирующие графику условных обозначений функциональных частей РЭА.

Информация, содержащаяся в перечисленных стандартах, специальной /1,5,8-10/ и научно-популярной /4,11/ литературе, носит разноплановый характер. Последнее обстоятельство затрудняет её изучение, запоминание и последующее применение при выполнении схем. В связи с этим представляется целесообразным условно разбить эту информацию на следующие разделы, включающие в себя однородные по смыслу и назначению сведения:

1. - общие понятия и принципы построения схем;

2. - требования к оформлению схем в виде графических конструкторских документов;

3. - рабочие приёмы выполнения схем.

К первому разделу следует отнести основополагающие понятия, куда, очевидно, входят: графический способ отображения процессов, представление функциональных частей РЭА в виде УГО, линейное представление последовательности протекания электрических процессов.

Во втором разделе целесообразно свести воедино правила оформления схем, как-то: использование стандартных форматов; наличие рамки, основной и дополнительной надписей, таблицы перечня элементов единой формы их заполнения и т.д.

Содержание третьего раздела составляют рабочие приёмы выполнения схем. В частности, к ним относятся: разнесенный или совмещённый способы изображения функциональных частей; приёмы размещения УГО на поле чертежа; толщина, ориентация, обрыв и обозначение линий электрической связи; нанесение текстовой и графической информации для визуализации протекающих в устройстве электрических процессов (значения частот, эпюры напряжений и т.п.), а также многое другое.

Такой дифференцированный подход позволяет выработать вполне чёткую систему представлений об электрических схемах как графических системах. Это, в свою очередь, может послужить базой для алгоритмизации рабочих приёмов выполнения схем. В отношении второй составляющей оперирования электрическими схемами, а именно – их чтения, необходимо отметить следующее:

- рассмотренные ГОСТы, как следует из их названий, определяют основные правила выполнения и графического оформления схем, но не дают чёткой информации о принципах и порядке чтения этих схем;

- в специальной и научно-популярной литературе (см., например, /1,8-10,5,6/ и /4,11/) говорится о чтении электрических схем. В ряде публикаций этот термин выносится в заглавие книг (в частности, в /5,6/). Однако на деле приводимая информация сводится, в основном, к изложению приёмов выполнения схем, которые облегчают их чтение.

При создании комплексной системы рабочих приёмов оперирования электрическими схемами, очевидно, следует исходить из высказанного выше предположения об общности этих схем с чертежами сборочных единиц. И в тех и в других чертежах прослеживается сходная структура – определённый порядок расположения изображений, наличие таблиц с перечнем составных частей изделия и т.п.

Поэтому вполне закономерно ожидать, что основные составляющие алгоритмов выполнения и чтения схем будут аналогичны соответствующим этапам выполнения и чтения чертежей сборочных единиц, сформулированным в /2,3,7/. Основанием для подобных умозаключений может служить сравнительная информация, приведённая в таблицах 1 и 2.

В заключение отметим, что рассмотренный в настоящей работе комплексный подход к оперированию электрическими схемами может найти широкое применение. Очевидна целесообразность его использования в процессе обучения специалистов в области радиоэлектроники. Кроме того, заложенный в нём алгоритмический подход к процессам выполнения и чтения открывает новые перспективы для совершенствования систем автоматизированной разработки схемной документации на РЭА.

Литература

1. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288с.

2. Вышнепольский И.С. Техническое черчение: Учеб. для СПТУ. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988. – 223 с.

3. Гервер В.А., Рывлина А.А., Тенякшев А.М. Черчение. Компьютерная графика ( часть 2). Конспект лекций. – М.: МТУСИ, 2001. – 165 с.

4. Згут М.А. Условные обозначения и радиосхемы. – М.-Л.: изд. “Энергия”, 1964. – 112 с. - (Массовая радиобиблиотека; Вып. 557).

5. Каминский Е.А. Практические приемы чтения схем электроустановок. – М.: Энергоатомиздат,1988. – 368с.

6. Камнев В.Н. Чтение схем и чертежей электроустановок: Практ. пособие для ПТУ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа,1990. - 144 с.

7. Мерзон Э.Д., Мерзон И.Э., Медведовская М.В. Машиностроительное черчение: Учеб. пособие для инж.-техн. спец. Вузов. – М.: Высш. шк., 1987. – 335 с.

8. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник /Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; под ред. Э.Т. Романычевой. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1989. – 448с.

9. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектронике: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1985. – 248с.

10. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник. – М.: Издательство стандартов, 1989. – 325с.

11. Фролов В.В. Язык радиосхем. – 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1988. – 128 с. – (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1114).