Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Technológiai folyamatmodellezés

    A tantárgy angol neve: Modelling of Technology Processes

    Adatlap utolsó módosítása: 2014. április 4.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Villamosmérnöki szak, MSc képzés
    Elektronikai technológia és minőségbiztosítás szakirány

     

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIETM241 2 2/1/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Illés Balázs György, Elektronikai Technológia Tanszék
    4. A tantárgy előadója
    Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
    Dr. Illés Balázsegyetemi docensElektronikai Technológia Tsz.
    Hurtony TamástanársegédElektronikai Technológia Tsz.
       
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Matematika

    Fizika

    Anyagtudomány

    Elektronikai technológia, Fizikai, kémiai és nanotechnológiák tárgy aláírása

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIETMA01" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIETMA01", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    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. 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:

     

    • legyenek tisztában a modellezés és szimuláció alapvető fogalmaival, céljaival,
    • legyenek tisztában a hasonlóságelmélet alapjaival,
    • áttekintésük legyen a modellek csoportosításáról, a szimulációk fajtáiról, a hatékony szimulációs eszközökről,
    • képesek legyenek az elektronikai technológiában előforduló egyes fizikai, kémiai jelenségek modelljét felállítani,
    • legyenek tisztában a tárgyalt természeti jelenségek leírásához szükséges matematikai alapokkal,
    • ismerjék a tárgyalt jelenségek fizikai alapjait,
    • 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

    Bevezetés a modellezésbe (2 óra elmélet/előadás + 0  óra számítási gyakorlat):

    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 (2 óra elmélet/előadás + 0  óra számítási gyakorlat):
    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 (8 óra elmélet/előadás +  óra számítási gyakorlat):
    Az elektronikai technológiában megjelenő természeti jelenségek matematikai és fizikai alapjai.
    A hasonlóság egzakt, matematikai megfogalmazása. Matematikai alapok: a matematikai leírás és ennek részei. 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. Fizikai alapok: fizikai, kémiai, fizikai-kémiai és elektrokémiai törvények, összefüggések megjelenése a technológiai folyamatokban. A 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.

    Számítógépes szimuláció, a modellezés gyakorlati felhasználása (4 óra elmélet/előadás +  óra számítási gyakorlat):
    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. Bevezetés a numerikus módszerekbe, szemléltetés példákkal. Kapcsolat a numerikus leírás és a valóság között, az egyes megoldások hibái, stabilitása. Az egyes megoldások alkalmazhatósága a technológiai folyamatok modellezére.

    Modellezési példák magas szintű programozási nyelveken (6 óra elmélet/előadás):

    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 (6 óra elmélet/előadás +  óra számítási gyakorlat):
    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.

    Technológiai folyamatok, esettanulmányok (0 óra elmélet/előadás+ 14 óra műszerismertetés/gyakorlat):

    Az elektronikai technológiában megjelenő jelenségek modellezése, a modellezés céljainak bemutatása.

    ·        Újraömlesztéses forrasztás, optimalizálás a folyamat ablakra

    ·        Gázok áramlása reflow kemencében, optimalizálás minimális gázmennyiségre

    ·        Forrasztott kötés kialakulásának mechanizmusa

    ·        Lézeres megmunkálás modellezése: abláció, forrasztás, hegesztés, vágás

    ·        Alkatrész, készülék hűtésének optimalizálása, hőterjedés különböző formái

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

    ·        Mechanikai modellek

    ·       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 tantárgy elméleti anyaga a 2 óra/hét kiméretű, 14 * 2 óra/hét formában szervezett előadásokon kerül ismertetésre.

    Az 1 óra/hét kiméretű, 7 * 2 óra/hét formában megtartott gyakorlatokon a hallgatók tantermi gyakorlaton vesznek részt, ahol elektronikai technológia területéről kiragadott esettanulmányok kerülnek ismertetésre, illetve a házi feladattal kapcsolatban konzultálhatnak.

    10. Követelmények
    1. A szorgalmi időszakban:
      Az aláírás megszerzésének feltétele a kiadott feladat elkészítése és beadása. Beadási határidő: utolsó tanulmányi hét.
    2. A vizsgaidőszakban:
      A tantárgy írásbeli vizsgával zárul.
    11. Pótlási lehetőségek A szorgalmi időszakban be nem adott házifeladat a pótlási héten beadható.
    12. Konzultációs lehetőségek Igény szerint, a feladat készítése közben, az előadókkal egyeztetett időpontban folyamatosan
    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 óra42
    Félévközi készülés órákra
    Felkészülés zárthelyire
    Házi feladat elkészítése30
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
    Vizsgafelkészülés48
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
    Dr. Illés Balázsegyetemi docensElektronikai Technológia Tsz.
    Sinkovics Bálint