BME VIK - Numerikus módszerek alkalmazása az elektronikai technológiai folyamatok modellezésében

Numerikus módszerek alkalmazása az elektronikai technológiai folyamatok modellezésében

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

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Illés Balázs György,

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 óra	56
Félévközi készülés órákra	18
Felkészülés zárthelyire
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása	28
Vizsgafelkészülés	48
Összesen	150

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