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: 2018. február 25.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnök Szak MSc képzés
    Mikroelektronika és Elektronikai Technológia főspecializáció

    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIETMA01 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 Balázs

    egyetemi docens

    Elektronikai Technológia Tsz

    Hurtony Tamás

    adjunktus

    Elektronikai Technológia Tsz

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Elektronikai technológia és Anyagtudomány
    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIETM241" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIETM241", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    -
    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:

    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 

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) előadás és gyakorlat
    10. Követelmények

    A szorgalmi időszakban:

    Az aláírás megszerzésének feltétele a kiadott házi feladat sikeres elkészítése, valamint egy zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése (7. héten).

    A vizsgaidőszakban: A tantárgy szóbeli vizsgával zárul.

    11. Pótlási lehetőségek A szorgalmi időszakban és a pótlási héten lehetőséget adunk a nagyzárthelyi egyszeri pótlására. További irányadó a mindenkori TVSZ intézkedése.
    12. Konzultációs lehetőségek

    Igény szerint, az előadókkal és a feladatot kiadó konzulenssel egyeztetett időpontban folyamatosan.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    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

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka   

    Kontakt óra

    42

    Félévközi készülés előadásokra

    -

    Félévközi készülés gyakorlatokra

    7

    Felkészülés zárthelyire

    18

    Házi feladat elkészítése

    30

    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása

    -

    Vizsgafelkészülés

    23

    Összesen

    120

    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Illés Balázs

    egyetemi docens

    Elektronikai Technológia Tsz