Numerikus módszerek alkalmazása az elektronikai technológiai folyamatok modellezésében

A tantárgy angol neve: Application of Numerical Methods in Electronics Technology Process Modeling

Adatlap utolsó módosítása: 2011. október 28.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

PhD képzés 
Villamosmérnöki Doktori Iskola

Kötelezően választható tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIETD222   4/0/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Illés Balázs György, Elektronikai Technológia Tanszék
4. A tantárgy előadója
Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
Dr. Jakab László docens Elektronikai Technológia Tsz
Dr. Varga Gábor docens

Fizika Tanszék

Dr. Fürjes Péter MTA-MFA
Sinkovics Bálint adjunktus Elektronikai Technológia Tsz
   
   
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Matematika

Elektronikai technológia

Fizika
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
Nincs
7. A tantárgy célkitűzése

A tantárgy célja használható, kreatív tudás átadása a hallgatóknak az elektronikai technológiában leggyakrabban előforduló fizikai, kémiai, fizikai-kémiai, elektrokémiai jelenségek modellezésének és szimulációjának területén. 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:

 

  • legyenek tisztában a modellezés és szimuláció alapvető fogalmaival, céljaival,

     

  • ismerjék a tárgyalt jelenségek fizikai alapjait,

     

  • legyenek tisztában a tárgyalt természeti jelenségek leírásához szükséges matematikai alapokkal,

     

  • képesek legyenek az elektronikai technológiában előforduló egyes fizikai, kémiai jelenségek modelljét felállítani,

     

  • ismerjék és alkalmazni tudják a tárgyalt numerikus módszereket,

     

  • áttekintésük legyen a modern és hatékony célszoftverekről,

     

  • legyenek tisztában a modellezés és szimuláció céljaival és szerepével az elektronikai technológia területén,

     

  • legyenek képesek modell készítésére egyszerűbb – az elektronikai gyártásból vett –  valós problémákról, valamint legyenek képesek a szimulációs eredmények felhasználására a problémamegoldásban és paraméterek optimalizálásában.

     

8. A tantárgy részletes tematikája I.  Matlab programozás

 

1-4. A MATLAB környezetének és programozásának a megismerése: mátrix műveletek, a lineáris algebra elemei, függvények ábrázolása, nyomtatás, file kezelés, vezérlő utasítások, interaktív felhasználói grafikus felület. Objektum orientált programozás.

 

5-6. Algoritmusok programozásának az elsajátítása numerikus integrálást, deriválást megoldó programok írásával. Hibakeresés.

 

7-8. Programtervezés. A választott probléma számítógéppel segített megoldásának tervezése. Numerikus megoldó mag: numerikus módszerek, input output.

 

9-10. Programírás. A numerikus módszerek algoritmizálása. A megoldó mag felépítése. Az input, output állományok kezelését ellátó program, valamint a felhasználói felület megírása.

 

11-12. Programtesztelés. Az eredmények tesztelése esetlegesen ismert analitikus megoldás figyelembevételével. A kapott eredmények megbízhatóságát megadó paraméterek ill. eljárások beépítése a programba. Sebesség és memória igény optimalizálás.

 

13-14. Program dokumentáció. A program online és nyomtatott leírása. Súgó valamint "demo" beépítése a programba. A számítások során kapott eredmények kinyomtathatóságának biztosítása.

 

II. Gyakorlati problémák megoldása

 

1–2. Bevezetés a modellezésbe, matematikai és fizikai alapok.

 

3-6. Numerikus módszerek matematikai alapjai: véges differencia, véges elem módszerek. A különböző megoldások előnyei és hátrányai. Számítógépes modell létrehozásának menete. Kapcsolat a numerikus leírás és a valóság között, az egyes megoldások hibái, stabilitása, alkalmazhatósága a technológiai folyamatok modellezében.

 

7–8. Hatékony modellező célszoftverek megismerése, Comsol Multiphysics.

 

9–10. Hatékony modellező célszoftverek megismerése, ANSYS.

 

11-14. Technológiai folyamatok esettanulmányai (Matlab, C kódok, Comsol és ANSYS segítségével):

 

a)      Újraömlesztéses forrasztás, optimalizálás a folyamat ablakra

 

b)      Gázok áramlása reflow kemencében, optimalizálás minimális gázmennyiségre

 

c)      Forrasztott kötés kialakulásának mechanizmusa

 

d)      Lézeres megmunkálás modellezése: abláció, forrasztás, hegesztés, vágás

 

e)      Alkatrész, készülék hűtésének optimalizálása, hőterjedés különböző formái

 

f)        Hőmérséklet hatására történő deformáció, mechanikai feszültség. A helyes anyagi paraméterek és geometria megválasztása

 

g)   Hőtani megfontolások MEMS eszközök tervezése során

 

h)   MEMS szerkezetek mechanikai modellezése

 

i)      Flexibilis áramkörök mechanikai modellezése, a megfelelő anyagok és geometria kiválasztása a fellépő mechanikai feszültségek minimalizálásának érdekében

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tárgy 14 tanulmányi héten keresztül, heti 4 órában kerül előadásra
10. Követelmények

a.       A szorgalmi időszakban:

           Egy zárthelyi a 12. héten

b.       A vizsgaidőszakban:

          Írásbeli vizsga

11. Pótlási lehetőségek

Sikertelen zárthelyi pótlása pótzárthelyivel, annak sikertelensége esetén pót-pótzárthelyivel lehetséges.

12. Konzultációs lehetőségek

Igény szerint, az előadások végén vagy előre egyeztetett időpontokban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

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
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra18
Felkészülés zárthelyire 
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása28
Vizsgafelkészülés48
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
Dr. Jakab László docens Elektronikai Technológia Tsz
Sinkovics Bálint adjunktus Elektronikai Technológia Tsz

Illés Balázs

Molnár László Milán

adjunktus

adjunktus

Elektronikai Technológia Tsz

Elektronikai Technológia Tsz