Technológiai folyamatmodellezés

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