專業概況：材料成型及控制工程是研究熱加工改變材料的微觀結構、巨集觀效能和表面形狀，研究熱加工過程中的相關工藝因素對材料的影響，解決成型工藝開發、成型裝置、工藝優化的理論和方法；研究模具設計理論及方法，研究模具製造中的材料、熱處理、加工方法等問題。是國民經濟發展的支柱產業。
計算機在該專業的一些典型應用：
模型設計：近幾十年來，在****和航空工業的帶動下，隨著塑性加工理論、數位化技術、優化技術和運籌學的發展，計算機技術已逐漸用於解決金屬塑性加工中的各種複雜問題，包括計算機輔助規劃(lapp)、輔助設計(cad) 等方面。這些計算機技術的成功應用，大大促進了材料加工技術的快速發展
例如，模具設計：
1、將各元件產品圖紙利用設計軟體（cad、pro/e、ug、mastercam、solidworks等，對一般結構簡單的模具,cad軟體又快又好用,對結構複雜,曲面較多的模具,pro/e、ug、mastercam、solidworks等都是較好分型軟體和製造軟體）設計出來，並進行組立分析。
2、在產品分析之後所要進行的工作，對產品進行分析採用什麼樣的模具結構（可借助計算機），並對產品進行排工序，確定各工序衝工內容，並利用設計軟體進行產品展開，在產品展開時一般從後續工程向前展開。
3、備料，依產品展開圖進行備料，在圖紙中確定模板尺寸，包括各固定板、卸料板、凸凹模、鑲件等。在備料完成後即可全面進入模具圖的繪製，在備料圖紙中再製乙份出來，進行各元件的繪製。
4、在以上圖紙完成之後，其實還不能發行圖紙，還需對模具圖紙進行校對，將所有配件組立，對每一塊不同的模具板製作不同的圖層，並以同一基準如導柱孔等到進行模具組立分析，並將各工序產品展開圖套入組立圖中，確保各模板孔位一致以及折彎位置的上下模間隙配合是否正確。
在材料成型的設計當中，計算機的引入極大地減少了設計成本，減少了設計錯誤，提高了設計效率，為快速高效的完成大型的複雜的工程設計提供了可能。
資料處理：現有工程材料的種類繁多，其成分、結構、效能等構成了龐大的資訊系統。目前已經建立了許多不同型別的材料資料庫，如合金、金屬間化合物、高分子聚合物、陶器、玻璃、晶體、複合材料等各種材料的物理、化學和物理化學性質、力學效能等方面的資料庫。
這些資料庫在材料設計、合理選材等方面發揮了巨大作用。
例如，耐磨料磨損材料資料庫系統（database system of
abras ive wear resistance materials）：約80 %的零件失效是磨損引起的，其中磨料磨損佔50% 以上。．多年來，國內對耐磨材料及相關
特徵的研究已經積累了大量的經驗和資料。該資料庫以磨料磨損工作系統(asww )為基礎，用視覺化資料庫程式語言delphi設計耐磨料磨損材料資料庫系統(awmds)，在實現耐磨料磨損材料資訊儲存、管理、查詢功能的基礎上，採用定量關係進行選材，從而對從事磨損研究。
資料庫系統構成：
1 磨料磨損工作系統(awws)將磨損過程中的諸多影響因素歸納整理建立磨料磨損工作系統(awws)，磨料磨損工作系統包括：磨料特性、耐磨材料、工作條件和檢測手段．磨料是工程研究的主要物件，不同特性的磨料在一定的工作條件下，所選擇的耐磨材料各不相同；工作條件是工作系統中的重要外部因素，對磨損程序至關重要；檢測手段對整個工作系統的具體情況進行測試及評價．總之，磨料磨損工作系統是乙個各因素相互聯絡、制約的有機整體。
2考慮到整個系統材料種類、規格多，數量大，影響因素複雜等特點，資料庫結構設計採用物件導向，關係型動態資料庫，按資料型別，科學合理地設定各種型別的字段，便於分類存放，統一管理，提高檢索與查詢速度．本系統將為使用者查詢耐磨料磨損材料的相關資料提供友好的介面和快速準確的服務，並在此基礎上為耐磨料磨損的選材提供依據和幫助．故建立該系統的總體框架應以磨料磨損工作系統為基礎和出發點。庫內儲存15個資料分庫(磨損型別與特徵分庫，磨料特性分庫，耐磨材料分庫，工作條件分庫，檢測手段分庫，磨料磨損典型零件分庫、文摘分庫、國標分庫、科研單位分庫、生產廠家分庫和經驗關係分庫等)，34個資料表(磨料磨損資料表，磨料硬度表，磨料磨損效能表等)，這都將材料的工藝-組織-效能同時呈現給使用者，達到產品選材和工藝諮詢的目的。
模擬**：
1、隨著計算機硬體和軟體技術的迅猛發展，材料和工藝的計算機模擬近年來已成為國際上材料科學領域特別是高新技術材料領域內的熱門研究方向，並初步形成一門嶄新的分支學科——計算材料學。
2、計算材料學的基本內涵是計算機材料設計或稱材料模擬，目的在於優化新型材料的設計方法；二是材料工藝的計算機模擬或稱過程模擬，旨在優化材料製品的效能和質量，降低生產成本。計算材料學的發展成為連線材料科學基礎研究與工程應用、 微觀與巨集觀效能的橋梁，對未來材料研製將具有指導作用。
3、計算機模擬能將材料的成分、工藝、結構、效能和使用效能一體設計有機地聯絡起來，從而避免材料研製與應用的脫節。
下面介紹一下過程模擬（process simulation）：
1、用表示系統內各裝置特性的數學模型(物料平衡、熱量平衡、熱力學平衡和裝置設計方程等)以及表示各裝置間結合關係的數學式，表示過程系統的特性。
2、過程模擬有開式與控制式之分，前者是從過程輸入求出各裝置的輸出狀態，後者是確定各裝置的設計或操作條件以達到指定的過程輸入或輸出。
3、計算方法分序貫模組式(佔商用模擬系統的80%)與聯立方程序兩大類(也有兼具二者的特點者)，前者把乙個裝置的數學模型作為乙個模組，稱為單元計算，模擬過程即追蹤資訊在模組間的流動情況；後者是通過求解聯立方程得到所需要的系統資訊。
計算機模擬在材料成形加工中的應用
材料成形過程是極其複雜的高溫、動態和瞬時過程，難以直接觀察。利用計算機模擬材料成形過程，可**產品的質量，減少試驗次數;確定最佳的工藝流程，以達到某一特殊效能的要求;動態顯示各個物理量的演變歷程和空間分布;提高勞動生產率。
目前，模擬**技術己能用在壓力鑄造、熔模鑄造等精確成形加工工藝中，而焊接過程的模擬**研究也取得了可喜的進展。
1液態成形的計算機模擬
液態成形過程的計算機模擬已由形狀尺寸的巨集觀模擬進入微觀模擬階段。從2023年至今，開展了微觀組織形態的計算機模擬，獲得了可重複的產品質量，實現了工藝的視覺化。
1.1液態金屬充型過程的計算機模擬
到目前為止，已研究出許多演算法，如並行演算法、三維有限單元法、三維有限差分法、數值方法與解析方法混合的演算法等。充型過程的數值模擬已出現了一些商品化的軟體包，並在壓力鑄造、低壓鑄造、消失模鑄造等鑄造方法中，在對實際鑄件的缺陷分析和優化工藝等方面得到了積極的應用。今後充型模擬的研究發展趨勢就是輔助設計澆注系統。
1.2凝固過程的計算機模擬
鑄件凝固過程數值模擬的基本理論基礎是傅利葉導熱微分方程。數值模擬的基本方法主要是有限差分法、有限元法和邊界元法.
目前，縮孔、縮松定量**的方法已經在鑄造廠得以應用，並取得了良好的經濟效益。如德陽中國二重集團鑄造廠於2023年用計算機模擬試製成功的長江三峽水輪機葉輪，結束了該件從加拿大進口(價值960美元)的局面。
1.3應力場的計算機模擬
鑄件凝固過程應力場的分析模擬也是建立在傳熱學基礎上的。應力分析採用的模型有熱彈塑模型、熱彈粘塑性模型、熱彈性模型及彈性、理想塑性模型等,採用的方法多為有限元法、有限體積法、控制體積有限差分法等。
1.4凝固組織形成過程的計算機模擬
凝固微觀過程的模型化及其數值模擬是對鑄件凝固組織的相形態、晶粒度、枝晶間距等微觀組織和微觀缺陷形成過程的模擬，最終達到**鑄件各部位組織和力學效能的目的以此為依據優化設計重人件的鑄造工藝，保證其內在質量和提高鑄件的使用效能。
凝固過程組織數值模擬的主要模型有蒙特卡羅模型 ( monte carlo)、相場模型和基於介面穩定性理論的，鑽體生長模型。
2塑性成形的計算機模擬
塑性成形過程的計算機模擬是在計算機上對金屬塑性成形過程進行實時跟蹤描述，並通過計算機圖形系統演示整個過程的技術,如圖1所示。其目的在於通過建立分析模型對金屬的變形、應力、應變和組織等進行**，實現對工藝過程、毛坯形狀以及模具結構的優化。它能縮短研發週期，提高產品質量，延長模具壽命，降低生產成本。
在國外，塑性成形數值模擬已成為某些大型企業新產品開發鏈條中不可缺少的環節，同時數值模擬對優化已有產品的生產工藝同樣具有重要意義，如美國福特、通用汽車公司在開發新車型時，已將板材沖壓過程的數值模擬作為乙個重要的技術環節;德國應用計算機模擬技術對質量為400t的核電轉子鍛件的鍛造工藝進行校核、優化，確保了一次製造成功。
圖1塑性成形過程計算機模擬流程
當前塑性成形數值模擬面臨的挑戰是:在建立分析模型時輸人準確資料;進一步改進有限元軟體;開發旨在提高計算效率的平行計算系統;開發工藝設計專家系統;優化預鍛型腔;培訓高水平的操作人員。
現有模擬分析塑性成形的方法有切塊法、滑移線法、上限法、有限元法和邊界元法等，其中以有限元法特別是剛性有限元法應用最為廣泛。
2.1數值模擬技術在塑性加工中的應用
在塑性成形數值分析中應用最廣泛、最有效、最具生命力的一種方法就是有限元法。有限元法分為靜態隱式有限元法和動態顯式有限元法。
數值模擬技術已應用到體積成形、板料成形以及當前塑性成形的前沿領域和鎂、鋁、等難變形輕合金的成形。
2.2人工智慧在塑性加工中的應用
人工智慧也稱機器智慧型，它是電腦科學、控制論、資訊理論、神經生理學、心理學及語言學等多種學科互相交叉滲透而發展起來的一門綜合性學科。近年來，智慧型化的研究成果己被成功地引入至金屬塑性加工領域板材沖壓成形、旋壓成形的智慧型化控制技術冷軋鋁箔、帶鋼以及棒材軋制的智慧型化控制技術、冷鍛工藝設計的智慧型知識庫系統及神經網路系統，沖壓連續模互動設計系統，彎曲工藝設計的專家系統，熱模鍛工藝設計專家系統等方面的研究先後興起並迅速發展。
3連線成形的計算機模擬
連線成形的計算機模擬主要指對焊接工藝過程的計算機模擬，目前研究的領域包括焊接熱過程、焊接冶金過程、焊接熱應力、殘餘應力和變形的模擬。
目前，常用的焊接顯微組織模擬的方法主要有4種:①經驗法;②統計方法;③組織形成的直接模擬方法;④基於物理狀態變數法(內部狀態變數法)。
選用有效的方法將熱場、應力場與顯微組織場三場進行禍合，建立反映真實焊接組織變化過程的模型，並且利用模型對焊接接頭進行效能**，直接指導生產工藝，是今後顯微組織模型的發展方向。
4展望計算機模擬技術已廣泛應用於包括材料液態成形、塑性成形、連線成形、高分子材料成形、粉末冶金成形、複合材料成形等各種材料成形領域。計算機模擬技術在材料成形加工中的應用，使材料成形工藝從定性描述走向定量**的新階段;為材料的加工及新工藝的研製提供理論基礎和優選方案;從傳統的經驗試錯法，推進到以知識為基礎的計算試驗輔助階段;對於實現批量小、質量高、成本低、交貨期短、生產柔性、環境友好的未來製造模式具有非常重要的意義。
材料成型及控制工程專業
材料成型及控制工程專業 本科 人才培養方案 一 培養目標 本專業培養具備材料成型基礎知識與應用能力，能在工業生產第一線從事材料成型領域內的設計製造 試驗研究 執行管理和經營銷售等方面 工作的應用型工程技術人才。二 培養要求 本專業學生主要學習材料科學及各類材料成型工藝的基礎理論與技術和有關裝置的設計...
材料成型及控制工程專業介紹
目錄簡介 1 第一章 2 培養目標 2 課程設定 2 培養特色 3 就業去向 3 培養要求 4 科目 4 開設院校 4 第二章 6 歷史沿革 6 發展趨勢 6 存在問題 7 1.專業教學改革理論準備不足 7 2.教學改革的總體目標不明確 8 3.專業內涵不夠明晰 8 4.專業人才培養的目標和規格缺乏...
材料成型及控制工程培養方案
一 培養目標 培養適應社會主義現代化建設和未來社會與科技發展需要的，德智體美等全面和諧發展與健康個性相統一，富有創新精神和實踐能力，具備機械熱加工基礎知識與應用能力，能在工業生產第一線從事熱加工領域內的設計製造 試驗研究 執行管理和經營銷售等方面工作的高素質工程技術專門人才。學生畢業後，具備材料成型...