 |
|
|
|
Свободные программы для моделирования в электронике: чем заменить импортное ПО в вузе
Свободные программы
|
|
|
В конце 2023 года мы проанализировали рабочие программы СПбГЭТУ «ЛЭТИ», которые реализуются в рамках дисциплин по радиотехнике, схемотехнике, электротехнике и смежных. Выяснилось, что практически все они базируются на проприетарном зарубежном программном обеспечении, в том числе достаточно старом. Общая картина («проблемное поле») показана на рисунке 1.
Однако из-за ухода зарубежных вендоров с российского рынка стало сложно использовать их продукты. В образовательных стандартах РФ сделан акцент на применение «свободно распространяемого программного обеспечения, в том числе отечественного производства» (например, «Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования – магистратура по направлению подготовки 11.04.01 радиотехника»).
Поэтому возникла необходимость найти замену используемому импортному ПО.
Мы провели большую работу по сбору информации из открытых источников, проанализировали опыт нескольких фестивалей СПбГЭТУ «ЛЭТИ» RusLinuxInstall Fest по установке российских операционных систем (https://installfest.etu.ru). Выяснилось, что в репозиториях свободного ПО есть немало программ для моделирования электрических и электронных схем.
Мы сформировали перечень программ под свободными лицензиями, которые можно рассматривать как замену проприетарных импортных. Из этого перечня исключили приложения, в которых не поддерживаются функции моделирования (Таблица 1).
Таблица 1. Свободные программы для проектирования и моделирования электронных и электрических схем.
Мы решили ориентироваться на пакетную базу операционных систем «Альт». За несколько лет фестиваля установки российских операционных систем стало ясно, что эти операционные системы лучше всего подходят для задач студентов СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Данные об актуальности приложений, оставшихся в списке, и их наличии в российском открытом репозитории проекта Sisyphus, на котором основаны ОС «Альт», приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Состояние проектов (на 21.10.2024)
Сравнительный анализ приложений для моделирования аналоговых схем
Чтобы оценить приложения, позволяющие моделировать аналоговые схемы, мы сформулировали несколько критериев (параметров), исходя из задач кафедры. Параметр «уровень сложности» отражает, насколько быстро нам удавалось получить в приложении рабочую модель аналоговой схемы. Для иных задач параметры оценки могут быть другими.
Результаты оценки представлены в Таблице 3.
Таблица 3. Приложения для моделирования аналоговых схем
Тестирование показало, что все приложения можно применять на практике, за исключением Oregano, где при попытке запуска любой модели выдается сообщение об ошибке. Также мы выделили:
- SimulIDE – самое простое решение для задач моделирования аналоговых схем.
Недостатки: не поддерживается язык SPICE, нет некоторых элементов схем (трансформатор, кварцевый генератор, предохранитель). - KiCAD – профессиональное приложение с полным набором элементов и функций.
Недостатки: сложно осваивать. - gEDA – профессиональное приложение с большим набором элементов и функций.
Недостатки: моделирование реализовано только с использованием командной строки, сложно осваивать. Не поддерживаются функции индикации напряжений и токов на постоянном токе и синхронизируемые осциллограммы. - Qucs-S – приложение с широким набором функций и элементов, средняя сложность освоения.
Недостатки: нет элементов «кварцевый резонатор» и «предохранитель», не поддерживаются синхронизируемые осциллограммы. - KtechLab – приложение с широким набором функций и элементов, средняя сложность освоения.
Недостатки: не поддерживается язык SPICE. Нет элементов «трансформатор», «кварцевый резонатор» и «предохранитель», не поддерживаются синхронизируемые осциллограммы.
Сравнительный анализ приложений для моделирования цифровых (логических) схем
Аналогичным образом мы оценили применимость приложений для моделирования цифровых (логических) схем (Таблица 4).
Таблица 4. Приложения для моделирования цифровых (логических) схем.
Мы выделили следующие приложения:
- WiRedPanda – самое простое решение для моделирования цифровых схем.
Недостатки: крайне ограниченный набор компонентов, может применяться только для самых простых задач.
При моделировании цифровых схем важно иметь возможность создавать подсхемы (блоки), которые затем используются как элементы более сложных схем. Эта возможность реализована в Logisim-evolution, SimulIDE, KiCAD. - SimulIDE – простая в освоении и использовании, позволяет получить диаграммы уровней сигналов и подсхемы (блоки).
Недостатки: не позволяет получить таблицу истинности для логической схемы. - Logisim-evolution – простая в освоении и использовании, позволяет получить таблицу истинности для логической схемы и подсхемы (блоки).
Недостатки: не позволяет получить диаграммы уровней сигналов. - KiCAD – позволяет получить таблицу истинности для логической схемы и подсхемы (блоки).
Результаты анализа: какое свободное ПО использовать для замены импортного проприетарного
Итоги тестирования приложений мы поместили в таблицу 5.
Таблица 5. Применимость свободных программ для преподавания электротехнических дисциплин.
Исходя из функциональных возможностей приложений и контекста их использования (именно моделирование), мы определили следующие варианты замены зарубежного ПО свободными программными продуктами (Таблица 6).
Таблица 6. Функциональное соответствие проприетарных и свободных продуктов.
По результатам проведенного анализа можно сделать вывод, что потребности вузов в ПО для учебных курсов по электронике, радио- и электротехнике вполне можно удовлетворить набором свободных программ.
Ключевые слова: свободная программа, свободное ПО, проприетарное ПО, импортозамещение, вуз, образовательные программы, электроника
Подпишитесь на журнал
Комментарии отсутствуют
| Добавить комментарий |
|
Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи |
|
