计算机仿真技术在陶瓷釉料工艺中的应用
熊露+李其江+唐敏+张茂林+吴军明+吴隽
摘 要：利用计算机仿真模拟技术，研制了基于windows平台的陶瓷釉料工艺仿真系统。该系统改变传统工艺实验相对繁琐耗时的实验模式，实现陶瓷工艺实验方法的多元化，具备部分替代实物实验，减少能耗等优点。结果表明，仿真实验系统与实物实验相互配合，可提高实验效率，为打造全新的“低碳”陶瓷工艺实验技术提供条件，具有一定的推广价值。
关键词：仿真技术；陶瓷釉料；低碳
1 前言
我国陶瓷生产已有三千多年的历史，是劳动人民长期辛勤劳作的结晶。陶瓷工艺是研究陶瓷、了解陶瓷制作的基础，也是一门特别强调理论与实践相结合的学科，实验时数约占理论时数的一半。然而，陶瓷材料种类的多样化和陶瓷材料实验的多样性、重复性，使得该理论实验具有设计多、消耗大、费用高、历时长等特点[1]。另外陶瓷产品的普遍性以及陶瓷收藏日趋火热带来的问题，在陶瓷工艺实践中体现的尤为明显。在实际工作中，设计新的陶瓷釉料配方时，常对设计的釉料配方没有把握，特别是其中相对比较珍贵的原料选用，所以常需要花费大量人力、物力和时间用以设计原料参数及制备流程[2]。现代社会已步入数字计算机时代，本文基于计算机数据库，采用python语言[3]编写模拟仿真平台，开展陶瓷工艺仿真模拟实验系统的研制，逐步改善传统工艺实验相对固定繁琐的实验模式，实现陶瓷工艺实验方法的多元化，增强实验过程的互动性，不仅可以在有限时间内尽可能完成更多的工艺实验，还能在有限的实验条件下充分高效地利用实验时间及材料，让使用者掌握更多的工艺知识与技巧。
仿真技术是以有关原理、信息模拟、系统技术及应用领域等有关专业技术为基础，并以计算机和各种设备为辅助工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术[4]。针对陶瓷釉料烧成效果的仿真实验，在技术上、理论上完全可行，然而仿真模拟技术应用于陶瓷工艺实验，在国内尚处于起步阶段，陶瓷釉料仿真模拟实验系统更少。有鉴于此，本文将计算机仿真技术与传统工艺技术相结合，构建一个用于陶瓷釉料实验的虚拟实验平台，为陶瓷类工艺实验提供一种新的实验环境。基于数据库验证性实验耗时，工作量巨大等原因，本文所涉及的釉料数据库，暂只收录了青瓷中具有代表性的粉青釉的配方数据，在以后的工作中，将逐步扩充其他釉料数据信息，以供使用。
2 设计思路
系统设计的目的是提供釉料工艺实验的新方法，将陶瓷工艺实验从传统的实验室搬到多媒体设计平台，以便使用者在计算机上也可以完成陶瓷工艺实验。实现以“软”代“硬”，以“虚”代“实”[5]，再结合真实的工艺实验验证，从而更好地达到陶瓷工艺实验“低碳”高效的目的。
陶瓷工艺仿真系统具备了实验原理、实验操作步骤和方法、模拟烧成以及实验报告显示等功能，可以起到替代甚至超越实物实验的效果[6]。本文设计系统所涉及的数据库内容，即粉青釉配方数据均由陶瓷釉料实例[7]选取，并最大程度按照工艺实验的基本要求，通过传统工艺方法进行验证性和操作性实验，同时对实验参数进行采集并录入，本文系统包含的基本内容如下：
（1） 针对刚接触陶瓷的学者来说，普通釉用原料常态的物理性质、化学性质及产地信息等以图文并茂的形式输入，形成系统知识库，方便查询。
（2） 实验操作流程主要利用数码相机拍摄主要过程，以图片形式予以存储并显示。
（3） 仿真手段包括：基于计算机数据库的互动，并利用动态数学模型的仿真模拟，通过控件之间的链接实现对不同实验原料数据库的调用和匹配，以获取和真实实验效果较一致的实验结果。
（4） 自动进行数据处理匹配后，自动生成简洁直观的实验结果信息等，方便信息的输出。
该系统基于windows平台，采用模块化结构，每个模块相对独立，可作为每个单独的运行窗口予以显示，并可根据需要进行内容的添加和删除，提高了系统的适用性、可传承性以及可开发性。
3 系统的构成与功能
3.1 系统构成
该仿真系统登录界面如图1所示，进入仿真系统后，如图2所示，可发现系统结构包括了釉料知识库、仪器知识库、釉料制备原理、仿真实验等几部分。
3.2 系统功能
在图2的系统主界面中，使用者可根据不同的需求点击相应的标签按钮，实现有效的人机互动。在仿真界面中，使用者通过点击不同的系统按钮，进入不同的数据库，如进入釉料知识库，通过选择不同的原料名称，可立即进入系统知识库窗口如图3所示，此窗口图文并茂，直观简洁地提供了原料常态的基本物理、化学性质等，便于使用者了解各种原料的用途信息、产地信息等，并可以初步了解原料在釉料中的作用。
在工艺标准的基础上，对真实工艺操作实验的拍摄，包括釉浆制备、釉浆陈腐、施釉方法、烧制过程等一系列连续的活动图像进行系统录入，即形成了系统的釉料制备、烧成信息数据库，通过链接，采用图文并茂的混合方式将有序、准确、真实的工艺实验的全过程展示给使用者，为刚开始接触陶瓷工艺实验的研究者提供一个可供参考的实验指导步骤，不仅能有效快速地辅助使用者了解该实验的操作基本过程，同时对工艺实验的标准化、规范化提供帮助，对陶瓷工艺的推广及普及具有一定的意义。
作为整个系统的核心，通过对仿真按钮标签的点击，系统进入仿真界面图4。当进入仿真界面后，使用者在界面中可根据所选用的釉料配方，选择性输入数据信息，进入仿真，系统在后台进行处理，自动对输入配方进行匹配调用。由于陶瓷釉用原料组成成分不同的特殊性，长石类原料一般根据不同的需要选取钾长石、钠长石进行填选；而石英、高岭土等原料根据其产地不同，所含矿物成分不同，需按不同产地原料进行数据输入，保证使用者在选用原料时能更大程度地接近实物实验效果，同时青釉配方在不同烧成气氛下，呈色也有不同，着色剂氧化铜在氧化气氛下发色为青，而在还原条件下却为红色，因此烧成气氛的选择也是直接影响最后烧成效果的关键因素。使用者可以通过对不同条件的选择，最大程度地满足实验条件，得到较准确的实验结果。如在仿真界面中依次输入钾长石41，普通石英砂28，星子高岭9，江西硅灰石21，骨灰、氧化铜、氧化铁各1，并点击氧化仿真，此配方现已被系统数据库收录，即可立即生成直观简洁的信息窗口，即配方数据、烧成效果及釉料说明窗口（见图5）。若输入的配方数据暂未与数据库中信息匹配，即配方数据尚未被收录入系统数据库，此时系统将显示此配方数据附近的几组最佳配方，并给予显示，如图6所示，使用者可根据实际情况选取任意一组配方进行再次仿真，同样可以显示配方数据、烧成效果及釉料说明。从某种角度上而言，模拟实验可以替代真实实验，甚至其某些方面效果优于真实实验[8]。
4 结果与讨论
通过仿真系统的使用，将其与实物实验相互配合，效果显著，可以调动使用者的积极性，同时缓解当前实验经费和仪器不足的问题，减少原料的浪费，更好地倡导高效低碳的生活，其具体效果如下：
（1） 在研究者进行工艺实验的过程中，仿真系统实验可满足使用者直接在计算机上的重复操作，避免了实验原料的大量浪费，并解决了实验繁琐而条件不足的问题。
（2） 在仿真实验中，工艺实验的基本流程、釉料配方等信息生动形象地向使用者进行展示，方便简洁直观，同时可以有针对性的了解某种原料的比例增减对料性的影响。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融温度与粘度，并降低釉的热膨胀系数。同时它也是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素；而对青瓷呈色的关键着色剂氧化铁来说，随着氧化铁的增加，呈色逐渐偏向青色。这一现象，同样可以从仿真系统中反映出来。
（3） 仿真系统还具有优越的时效性。由于采用了模块式结构，因而可以在条件变化、参数调整时随时更替数据库中数据，生成新的数据库模块，也可以随时修改已有的实验信息，保证了仿真系统的适应性，从而实现配方优化和工艺实验的不断更新，解决条件受限的问题。
（4）仿真系统的使用，基本解决了传统工艺中使用实物进行实验而消耗浪费原料的问题，具有一定的低耗高效性。目前国内陶瓷工艺实验中普遍采用的还是传统实物实验，其优点是釉料性能可直观的被感受，加深学生对工艺操作的印象，但也存在不可忽视的问题，陶瓷原料属于不可再生资源，特别是原矿，这些在实验中基本上都是一次性使用，难以重复利用，原料消耗非常大。而且难以控制实验进度，而仿真系统可直接安装在现有的计算机上，进行仿真模拟，既不需要浪费原料，又不损耗实验仪器，同时可以反复了解实验过程，提高了资源利用率和设计效率。
通过计算机仿真模拟技术在陶瓷釉料工艺上的应用，使釉料设计与配方优化变得更加方便容易，展示信息更加直观形象，。实际操作时只是对青瓷中粉青釉配方进行了验证性实验，而在仿真实验中可以输入不同产区、不同组成原料以及不同实验参数进行实验，加深并拓广了实验内容，有利于使用者了解不同条件对粉青釉烧成的影响，提高使用者对实验的兴趣。
5 结语
仿真实验系统可以满足陶瓷釉料快速开发的要求，缩短设计配方的周期，降低成本。本软件系统界面美观，图文并茂，交互性好，与传统的工艺实验相比增强了灵活性、可操作性和互动性。本文对青釉中粉青釉的仿真，其实是一个集数字、模拟和实物实验于一体的系统，其中系统数据库的数据录入需要大量的传统工艺实验作为保证，故本文的方法还需要严格标准的传统实验作为基础，并严格按照标准进行验证性实验，以提高数据的准确度。实践表明，仿真系统开拓了陶瓷釉料实验的新模式，对陶瓷釉料发展起到了积极的促进作用。
参考文献
[1] 李家驹.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，2006.
[2] 吴崇峰.模具CAD/CAE/CAM教程[M].北京：中国轻工业出版社，
2002.
[3] 陈儒.Python源码剖析：深度探索动态语言核心技术[M].电子工
业出版社，2008.
[4] 吴重光.仿真技术[M].化工工业出版社，2000.
[5] 孙荣平，戚甫峰.基于多媒体仿真技术的电路与电子技术虚拟
实验教学系统[J].实验技术与管理，2001，18（4）：46-49.
[6] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应
用[M].北京：清华大学出版社，2002.
[7] 孙再清.陶瓷釉料配方600例[M].景德镇陶瓷学院科技信息服
务部，1995.
[8] 刘洪强.梭式窑的建模与仿真[D].景德镇：景德镇陶瓷学院，
2008.
Application of the Computer Simulation Technique in Technological of Ceramic Glaze
XIONG Lu， LI Qi-jiang， TANG Min， ZHANG Mao-lin， WU Jun-ming， WU Juan
（Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333001）
Abstract： The ceramic glaze materials process simulation system was developed by computer simulation technology.The system can promote ceramic technology experiment method of diversity instead of relatively complicated and time-consuming experimental mode in traditional process experiment.The system can alternative forms experiment， reduce energy consumption and so on. The results show that the simulation experiment system act in concert with physical experiment， it can improve the efficiency and provide the conditions for experiment technology of new ceramic technology with low carbon.So it is worth being popularized.
Key words： simulation technology； ceramic glaze materials； low carbon
4 结果与讨论
通过仿真系统的使用，将其与实物实验相互配合，效果显著，可以调动使用者的积极性，同时缓解当前实验经费和仪器不足的问题，减少原料的浪费，更好地倡导高效低碳的生活，其具体效果如下：
（1） 在研究者进行工艺实验的过程中，仿真系统实验可满足使用者直接在计算机上的重复操作，避免了实验原料的大量浪费，并解决了实验繁琐而条件不足的问题。
（2） 在仿真实验中，工艺实验的基本流程、釉料配方等信息生动形象地向使用者进行展示，方便简洁直观，同时可以有针对性的了解某种原料的比例增减对料性的影响。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融温度与粘度，并降低釉的热膨胀系数。同时它也是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素；而对青瓷呈色的关键着色剂氧化铁来说，随着氧化铁的增加，呈色逐渐偏向青色。这一现象，同样可以从仿真系统中反映出来。
（3） 仿真系统还具有优越的时效性。由于采用了模块式结构，因而可以在条件变化、参数调整时随时更替数据库中数据，生成新的数据库模块，也可以随时修改已有的实验信息，保证了仿真系统的适应性，从而实现配方优化和工艺实验的不断更新，解决条件受限的问题。
（4）仿真系统的使用，基本解决了传统工艺中使用实物进行实验而消耗浪费原料的问题，具有一定的低耗高效性。目前国内陶瓷工艺实验中普遍采用的还是传统实物实验，其优点是釉料性能可直观的被感受，加深学生对工艺操作的印象，但也存在不可忽视的问题，陶瓷原料属于不可再生资源，特别是原矿，这些在实验中基本上都是一次性使用，难以重复利用，原料消耗非常大。而且难以控制实验进度，而仿真系统可直接安装在现有的计算机上，进行仿真模拟，既不需要浪费原料，又不损耗实验仪器，同时可以反复了解实验过程，提高了资源利用率和设计效率。
通过计算机仿真模拟技术在陶瓷釉料工艺上的应用，使釉料设计与配方优化变得更加方便容易，展示信息更加直观形象，。实际操作时只是对青瓷中粉青釉配方进行了验证性实验，而在仿真实验中可以输入不同产区、不同组成原料以及不同实验参数进行实验，加深并拓广了实验内容，有利于使用者了解不同条件对粉青釉烧成的影响，提高使用者对实验的兴趣。
5 结语
仿真实验系统可以满足陶瓷釉料快速开发的要求，缩短设计配方的周期，降低成本。本软件系统界面美观，图文并茂，交互性好，与传统的工艺实验相比增强了灵活性、可操作性和互动性。本文对青釉中粉青釉的仿真，其实是一个集数字、模拟和实物实验于一体的系统，其中系统数据库的数据录入需要大量的传统工艺实验作为保证，故本文的方法还需要严格标准的传统实验作为基础，并严格按照标准进行验证性实验，以提高数据的准确度。实践表明，仿真系统开拓了陶瓷釉料实验的新模式，对陶瓷釉料发展起到了积极的促进作用。
参考文献
[1] 李家驹.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，2006.
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业出版社，2008.
[4] 吴重光.仿真技术[M].化工工业出版社，2000.
[5] 孙荣平，戚甫峰.基于多媒体仿真技术的电路与电子技术虚拟
实验教学系统[J].实验技术与管理，2001，18（4）：46-49.
[6] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应
用[M].北京：清华大学出版社，2002.
[7] 孙再清.陶瓷釉料配方600例[M].景德镇陶瓷学院科技信息服
务部，1995.
[8] 刘洪强.梭式窑的建模与仿真[D].景德镇：景德镇陶瓷学院，
2008.
Application of the Computer Simulation Technique in Technological of Ceramic Glaze
XIONG Lu， LI Qi-jiang， TANG Min， ZHANG Mao-lin， WU Jun-ming， WU Juan
（Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333001）
Abstract： The ceramic glaze materials process simulation system was developed by computer simulation technology.The system can promote ceramic technology experiment method of diversity instead of relatively complicated and time-consuming experimental mode in traditional process experiment.The system can alternative forms experiment， reduce energy consumption and so on. The results show that the simulation experiment system act in concert with physical experiment， it can improve the efficiency and provide the conditions for experiment technology of new ceramic technology with low carbon.So it is worth being popularized.
Key words： simulation technology； ceramic glaze materials； low carbon
4 结果与讨论
通过仿真系统的使用，将其与实物实验相互配合，效果显著，可以调动使用者的积极性，同时缓解当前实验经费和仪器不足的问题，减少原料的浪费，更好地倡导高效低碳的生活，其具体效果如下：
（1） 在研究者进行工艺实验的过程中，仿真系统实验可满足使用者直接在计算机上的重复操作，避免了实验原料的大量浪费，并解决了实验繁琐而条件不足的问题。
（2） 在仿真实验中，工艺实验的基本流程、釉料配方等信息生动形象地向使用者进行展示，方便简洁直观，同时可以有针对性的了解某种原料的比例增减对料性的影响。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃质的主要组成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融温度与粘度，并降低釉的热膨胀系数。同时它也是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素；而对青瓷呈色的关键着色剂氧化铁来说，随着氧化铁的增加，呈色逐渐偏向青色。这一现象，同样可以从仿真系统中反映出来。
（3） 仿真系统还具有优越的时效性。由于采用了模块式结构，因而可以在条件变化、参数调整时随时更替数据库中数据，生成新的数据库模块，也可以随时修改已有的实验信息，保证了仿真系统的适应性，从而实现配方优化和工艺实验的不断更新，解决条件受限的问题。
（4）仿真系统的使用，基本解决了传统工艺中使用实物进行实验而消耗浪费原料的问题，具有一定的低耗高效性。目前国内陶瓷工艺实验中普遍采用的还是传统实物实验，其优点是釉料性能可直观的被感受，加深学生对工艺操作的印象，但也存在不可忽视的问题，陶瓷原料属于不可再生资源，特别是原矿，这些在实验中基本上都是一次性使用，难以重复利用，原料消耗非常大。而且难以控制实验进度，而仿真系统可直接安装在现有的计算机上，进行仿真模拟，既不需要浪费原料，又不损耗实验仪器，同时可以反复了解实验过程，提高了资源利用率和设计效率。
通过计算机仿真模拟技术在陶瓷釉料工艺上的应用，使釉料设计与配方优化变得更加方便容易，展示信息更加直观形象，。实际操作时只是对青瓷中粉青釉配方进行了验证性实验，而在仿真实验中可以输入不同产区、不同组成原料以及不同实验参数进行实验，加深并拓广了实验内容，有利于使用者了解不同条件对粉青釉烧成的影响，提高使用者对实验的兴趣。
5 结语
仿真实验系统可以满足陶瓷釉料快速开发的要求，缩短设计配方的周期，降低成本。本软件系统界面美观，图文并茂，交互性好，与传统的工艺实验相比增强了灵活性、可操作性和互动性。本文对青釉中粉青釉的仿真，其实是一个集数字、模拟和实物实验于一体的系统，其中系统数据库的数据录入需要大量的传统工艺实验作为保证，故本文的方法还需要严格标准的传统实验作为基础，并严格按照标准进行验证性实验，以提高数据的准确度。实践表明，仿真系统开拓了陶瓷釉料实验的新模式，对陶瓷釉料发展起到了积极的促进作用。
参考文献
[1] 李家驹.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，2006.
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[4] 吴重光.仿真技术[M].化工工业出版社，2000.
[5] 孙荣平，戚甫峰.基于多媒体仿真技术的电路与电子技术虚拟
实验教学系统[J].实验技术与管理，2001，18（4）：46-49.
[6] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应
用[M].北京：清华大学出版社，2002.
[7] 孙再清.陶瓷釉料配方600例[M].景德镇陶瓷学院科技信息服
务部，1995.
[8] 刘洪强.梭式窑的建模与仿真[D].景德镇：景德镇陶瓷学院，
2008.
Application of the Computer Simulation Technique in Technological of Ceramic Glaze
XIONG Lu， LI Qi-jiang， TANG Min， ZHANG Mao-lin， WU Jun-ming， WU Juan
（Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333001）
Abstract： The ceramic glaze materials process simulation system was developed by computer simulation technology.The system can promote ceramic technology experiment method of diversity instead of relatively complicated and time-consuming experimental mode in traditional process experiment.The system can alternative forms experiment， reduce energy consumption and so on. The results show that the simulation experiment system act in concert with physical experiment， it can improve the efficiency and provide the conditions for experiment technology of new ceramic technology with low carbon.So it is worth being popularized.
Key words： simulation technology； ceramic glaze materials； low carbon
