Belépés címtáras azonosítással
magyar nyelvű adatlap
Technológiai folyamatmodellezés
A tantárgy angol neve: Modelling of Technology Processes
Adatlap utolsó módosítása: 2019. január 8.
Villamosmérnök Szak MSc képzésMikroelektronika és Elektronikai Technológia főspecializáció
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Illés Balázs
egyetemi docens
Elektronikai Technológia Tsz
Hurtony Tamás
adjunktus
A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.
A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.
A tantárgy célja használható, kreatív tudás átadása a hallgatóknak az elektronikai technológiában leggyakrabban előforduló fizikai, kémiai, fizikai-kémiai, elektrokémiai jelenségek modellezésének és szimulációjának területén. Megismerteti a hallgatókkal a hasonlóságelmélet, a modellezés, valamint a modellezés és szimuláció matematikai alapjait, történetét és kapcsolatát a természetes emberi gondolkodással, ezáltal jelentős mértékben fejleszti a modellalkotási, elvonatkoztatási készséget. Betekintést ad a különböző hatékony számítógépes szimulációs módszerekbe, beleértve a soft-computing módszereket is. Részletesen – a matematikai alapok részletezésével és az elektroniakai technológia gyártási folyamataiból vett szemléltető példák segítségével – bemutatja a különböző természeti jelenségek megjelenését a technológiában, ezáltal a korábban elsajátított elméleti tudás jobb megértését, elmélyítését segíti elő. A tantárgy további célja a hallgatók modellezési készségének és a modellezés és szimuláció segítségével történő probléma-megoldási készségének fejlesztése valós modellezési problémák bemutatásának segítségével. A hallgatók ilyen módon elsajátítják az elektronikai gyártásban előforduló – méréssel vagy más gyakorlati úton nem felderíthető – problémák megoldását, kezelését.
A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgatóktól elvárható, hogy:
Bevezetés a modellezésbe:
A modellezés alapjainak bemutatása, története. Alapfogalmak. Bevezetés a modellezésbe: a modellezés fogalma, célja, kapcsolata a természetes emberi gondolkodással. A hasonlóság, hasonlósági reláció fogalma, szerepe a gondolkodásban. A modellezés fejlődése, betekintés a modern modellezésbe és szimulációba. Modellek csoportosítása több szempont szerint, a gyártási folyamatok modellezésének elhelyezése.
A modellalkotás folyamata:
A modellalkotás folyamata, annak részletei, nehézségei, buktatói. A modellalkotás folyamatának, lépéseinek részletes bemutatása. A probléma felismerése, megfogalmazása. A kiemelés és elvonatkoztatás fontosságának bemutatása. Szimulációk fajtái, elméleti leírásuk. A megoldás folyamatának részletei: direkt, indirekt, induktív megoldás. Példák az elektronikai technológia folyamataiból: egy valós probléma rendkívül komplex és összetett – a megfelelő részletek kiemelésének bemutatása, a hallgatók ezen elvonatkoztató képességének fejlesztése, a modellek felállításának bemutatása.
Matematikai és fizikai alapok:
Az elektronikai technológiában megjelenő természeti jelenségek matematikai és fizikai alapjai.
Matematikai alapok: a matematikai leírás és ennek részei. Numerikusszámítások (differenciálás, integrálás). Lineáris és nem lineáris egyenletek megoldása. A matematikai modell megoldásának folyamata analitikus, numerikus és kísérleti esetben. Differenciálegyenletek szerepe, fajtái, bemutatása (szemléletesen, a technológia folyamatianak gyakorlati példáin keresztül). Modellek csoportosítása a leíró differenciálegyenletek szerint. A szimuláció gyakorlati lehetőségeinek bemutatása. Számítógépes szimuláció fogalma. Számítógépes modellezés típusai és azok matematikai alapjai: véges differencia, véges elem, neurális háló stb. A különböző módszerek előnyei és hátrányai. Számítógépes modell létrehozásának menete. Kapcsolat a numerikus leírás és a valóság között, az egyes megoldások hibái, stabilitása. Az egyes megoldások alkalmazhatósága a technológiai folyamatok modellezésre.
Fizikai alapok: fizikai, kémiai, fizikai-kémiai és elektrokémiai törvények, összefüggések megjelenése a technológiai folyamatokban. A fizikai törvények leírása differenciálegyenletekkel, szemléltető példák. Valós folyamatok, rendszerek: több jelenség egyidejű megjelenése, a törvények „egymásba kapcsolódása”. Gyakorlati példák kapcsolt folyamatokra a technológiai gyártásból: hőterjedés-termomechanika, hővezetés-diffúzió, gázok áramlása-hőterjedés, stb.
Modellezési példák magas szintű programozási nyelveken:
A már megismert elméleti alapok, numerikus módszerek elmélyítése saját programok írásával
Egyszerű modellek implementálásának folyamata (C nyelven, illetve Matlab környezetben), az elsajátított elméleti alapok gyakorlati felhasználása. Saját fejlesztésű programok implementálása azokra a speciális gyakorlati esetekre, amelyeknél a célszoftverek nem használhatóak. Szimulációk futtatása, szimulációs eredmények értelmezése, értékelése. A célszoftverek és a saját fejlesztésű programok összevetése gyakorlati példákon keresztül: a megfelelő megoldás kiválasztásának szempontjai.
Modellezés célszoftverek segítségével:
A modern, hatékony modellező célszoftverek megismerése. A technológia folyamatainak vizsgálatára alkalmas modellek készítésének folyamata célszoftverek segítségével. Az egyes szoftverek előnyeinek, hátrányainak, alkalmazási körének bemutatása. Matlab PDE toolbox, Simulink, Femlab (Comsol Multiphysics), freeware szoftverek. A megfelelő modellezőeszköz kiválasztásáank szempontjai a valós gyártási problémák hatékony, gyors megoldásához. Szimulációk futtatása, az eredmények értelmezése, kiértékelése.
Előadások heti bontásban (14. db):
1. Bevezetés, modellezés elmélete
2. Matematikai és fizikai alapok: Mechanika, termo mechanika
3. Matematikai és fizikai alapok: Hőterjedés, diffúzió
4. Matematikai és fizikai alapok: Áramkörök modellezése
5. Matematikai és fizikai alapok: Gázok áramlása 1. (Lamináris áramlás)
6. Matematikai és fizikai alapok: Gázok áramlása 2. (Turbulens áramlás, k-e modell)
7. Numerikus módszerek matematikai alapjai 1: Lineáris egyenletrendszerek
8. Numerikus módszerek matematikai alapjai 2: Numerikus deriválás
9. Numerikus módszerek matematikai alapjai 3: Numerikus integrálás
10. Numerikus módszerek matematikai alapjai 4: Differenciálegyenletek megoldása
11. Numerikus módszerek matematikai alapjai 5: Parciális differenciál egyenletek
12. Matematikai és fizikai alapok: Elektromágneses kompatibilitás.
13. Matematikai és fizikai alapok: Megbízhatósági modellezés
14. Hatékony modellezőeszközök
Gyakorlatok heti bontásban (7 db gyakorlat):
A tantárgy jellegéből adódóan a gyakorlatok a félév végén kerülnek megtartásra. Az elektronikai technológiában megjelenő jelenségek modellezése, a modellezés céljainak bemutatása, esettanulmányok
1. gy. MATLAB program megismerése
2. gy. Újraömlesztéses forrasztás, gázok áramlása reflow kemencében
3. gy. Forrasztott kötés kialakulásának mechanizmusa, forrasz meniszkusz képződés
4. gy. Lézeres megmunkálás modellezése: abláció, forrasztás, hegesztés, vágás
5. gy. Anyagbeoldódás modellezése Kinetikus Monte Carlo szimulációval
6. gy. Gőzfázisú forrasztó kemence modellezése MATLAB környezetben 1
7. gy. Gőzfázisú forrasztó kemence modellezése MATLAB környezetben 2
A szorgalmi időszakban:
Az aláírás megszerzésének feltétele a kiadott házi feladat sikeres elkészítése, valamint egy zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése (8. héten).
A vizsgaidőszakban: A tantárgy szóbeli vizsgával zárul.
Igény szerint, az előadókkal és a feladatot kiadó konzulenssel egyeztetett időpontban folyamatosan.
A tantárgy jegyzete: Illés Balázs és Sinkovics Bálint: Technológiai Folyamatmodellezés, BME printer, sz.: 2014
További felhasználható irodalmak:
Bernard P. Zeigler, Tag Gon Kim Herbert Praehofer: Theory of modelling and simulation, Academic Press, 2000 (second edition)
Won Young Yang, Wenwu Cao, Tae-Sang Chung, John Morris: Applied Numerical Methods Using MATLAB, Wiley, 2005
Stanley J. Farlow: Partial Differential Equations for Scientists and Engineers, Dover, 1982
David S. Burnett: Finite element analysis, Addison-Wesley, 1988
Kontakt óra
42
Készülés előadásokra
10
Készülés gyakorlatokra
8
Készülés laborra
0
Készülés zárthelyire
16
Házi feladat elkészítése
12
Önálló tananyag-feldolgozás
Vizsgafelkészülés
32
Összesen
120