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,
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