熊露+李其江+唐敏+張茂林+吳軍明+吳雋

摘 要：利用計算機仿真模擬技術，研制了基于windows平臺的陶瓷釉料工藝仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)改變傳統(tǒng)工藝實驗相對繁瑣耗時的實驗模式，實現(xiàn)陶瓷工藝實驗方法的多元化，具備部分替代實物實驗，減少能耗等優(yōu)點。結果表明，仿真實驗系統(tǒng)與實物實驗相互配合，可提高實驗效率，為打造全新的“低碳”陶瓷工藝實驗技術提供條件，具有一定的推廣價值。

關鍵詞：仿真技術；陶瓷釉料；低碳

1 前言

我國陶瓷生產已有三千多年的歷史，是勞動人民長期辛勤勞作的結晶。陶瓷工藝是研究陶瓷、了解陶瓷制作的基礎，也是一門特別強調理論與實踐相結合的學科，實驗時數(shù)約占理論時數(shù)的一半。然而，陶瓷材料種類的多樣化和陶瓷材料實驗的多樣性、重復性，使得該理論實驗具有設計多、消耗大、費用高、歷時長等特點[1]。另外陶瓷產品的普遍性以及陶瓷收藏日趨火熱帶來的問題，在陶瓷工藝實踐中體現(xiàn)的尤為明顯。在實際工作中，設計新的陶瓷釉料配方時，常對設計的釉料配方沒有把握，特別是其中相對比較珍貴的原料選用，所以常需要花費大量人力、物力和時間用以設計原料參數(shù)及制備流程[2]。現(xiàn)代社會已步入數(shù)字計算機時代，本文基于計算機數(shù)據(jù)庫，采用python語言[3]編寫模擬仿真平臺，開展陶瓷工藝仿真模擬實驗系統(tǒng)的研制，逐步改善傳統(tǒng)工藝實驗相對固定繁瑣的實驗模式，實現(xiàn)陶瓷工藝實驗方法的多元化，增強實驗過程的互動性，不僅可以在有限時間內盡可能完成更多的工藝實驗，還能在有限的實驗條件下充分高效地利用實驗時間及材料，讓使用者掌握更多的工藝知識與技巧。

仿真技術是以有關原理、信息模擬、系統(tǒng)技術及應用領域等有關專業(yè)技術為基礎，并以計算機和各種設備為輔助工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或設想的系統(tǒng)進行試驗研究的一門綜合性技術[4]。針對陶瓷釉料燒成效果的仿真實驗，在技術上、理論上完全可行，然而仿真模擬技術應用于陶瓷工藝實驗，在國內尚處于起步階段，陶瓷釉料仿真模擬實驗系統(tǒng)更少。有鑒于此，本文將計算機仿真技術與傳統(tǒng)工藝技術相結合，構建一個用于陶瓷釉料實驗的虛擬實驗平臺，為陶瓷類工藝實驗提供一種新的實驗環(huán)境?；跀?shù)據(jù)庫驗證性實驗耗時，工作量巨大等原因，本文所涉及的釉料數(shù)據(jù)庫，暫只收錄了青瓷中具有代表性的粉青釉的配方數(shù)據(jù)，在以后的工作中，將逐步擴充其他釉料數(shù)據(jù)信息，以供使用。

2 設計思路

系統(tǒng)設計的目的是提供釉料工藝實驗的新方法，將陶瓷工藝實驗從傳統(tǒng)的實驗室搬到多媒體設計平臺，以便使用者在計算機上也可以完成陶瓷工藝實驗。實現(xiàn)以“軟”代“硬”，以“虛”代“實”[5]，再結合真實的工藝實驗驗證，從而更好地達到陶瓷工藝實驗“低碳”高效的目的。

陶瓷工藝仿真系統(tǒng)具備了實驗原理、實驗操作步驟和方法、模擬燒成以及實驗報告顯示等功能，可以起到替代甚至超越實物實驗的效果[6]。本文設計系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)庫內容，即粉青釉配方數(shù)據(jù)均由陶瓷釉料實例[7]選取，并最大程度按照工藝實驗的基本要求，通過傳統(tǒng)工藝方法進行驗證性和操作性實驗，同時對實驗參數(shù)進行采集并錄入，本文系統(tǒng)包含的基本內容如下：

（1） 針對剛接觸陶瓷的學者來說，普通釉用原料常態(tài)的物理性質、化學性質及產地信息等以圖文并茂的形式輸入，形成系統(tǒng)知識庫，方便查詢。

（2） 實驗操作流程主要利用數(shù)碼相機拍攝主要過程，以圖片形式予以存儲并顯示。

（3） 仿真手段包括：基于計算機數(shù)據(jù)庫的互動，并利用動態(tài)數(shù)學模型的仿真模擬，通過控件之間的鏈接實現(xiàn)對不同實驗原料數(shù)據(jù)庫的調用和匹配，以獲取和真實實驗效果較一致的實驗結果。

（4） 自動進行數(shù)據(jù)處理匹配后，自動生成簡潔直觀的實驗結果信息等，方便信息的輸出。

該系統(tǒng)基于windows平臺，采用模塊化結構，每個模塊相對獨立，可作為每個單獨的運行窗口予以顯示，并可根據(jù)需要進行內容的添加和刪除，提高了系統(tǒng)的適用性、可傳承性以及可開發(fā)性。

3 系統(tǒng)的構成與功能

3.1 系統(tǒng)構成

該仿真系統(tǒng)登錄界面如圖1所示，進入仿真系統(tǒng)后，如圖2所示，可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)結構包括了釉料知識庫、儀器知識庫、釉料制備原理、仿真實驗等幾部分。

3.2 系統(tǒng)功能

在圖2的系統(tǒng)主界面中，使用者可根據(jù)不同的需求點擊相應的標簽按鈕，實現(xiàn)有效的人機互動。在仿真界面中，使用者通過點擊不同的系統(tǒng)按鈕，進入不同的數(shù)據(jù)庫，如進入釉料知識庫，通過選擇不同的原料名稱，可立即進入系統(tǒng)知識庫窗口如圖3所示，此窗口圖文并茂，直觀簡潔地提供了原料常態(tài)的基本物理、化學性質等，便于使用者了解各種原料的用途信息、產地信息等，并可以初步了解原料在釉料中的作用。

在工藝標準的基礎上，對真實工藝操作實驗的拍攝，包括釉漿制備、釉漿陳腐、施釉方法、燒制過程等一系列連續(xù)的活動圖像進行系統(tǒng)錄入，即形成了系統(tǒng)的釉料制備、燒成信息數(shù)據(jù)庫，通過鏈接，采用圖文并茂的混合方式將有序、準確、真實的工藝實驗的全過程展示給使用者，為剛開始接觸陶瓷工藝實驗的研究者提供一個可供參考的實驗指導步驟，不僅能有效快速地輔助使用者了解該實驗的操作基本過程，同時對工藝實驗的標準化、規(guī)范化提供幫助，對陶瓷工藝的推廣及普及具有一定的意義。

作為整個系統(tǒng)的核心，通過對仿真按鈕標簽的點擊，系統(tǒng)進入仿真界面圖4。當進入仿真界面后，使用者在界面中可根據(jù)所選用的釉料配方，選擇性輸入數(shù)據(jù)信息，進入仿真，系統(tǒng)在后臺進行處理，自動對輸入配方進行匹配調用。由于陶瓷釉用原料組成成分不同的特殊性，長石類原料一般根據(jù)不同的需要選取鉀長石、鈉長石進行填選；而石英、高嶺土等原料根據(jù)其產地不同，所含礦物成分不同，需按不同產地原料進行數(shù)據(jù)輸入，保證使用者在選用原料時能更大程度地接近實物實驗效果，同時青釉配方在不同燒成氣氛下，呈色也有不同，著色劑氧化銅在氧化氣氛下發(fā)色為青，而在還原條件下卻為紅色，因此燒成氣氛的選擇也是直接影響最后燒成效果的關鍵因素。使用者可以通過對不同條件的選擇，最大程度地滿足實驗條件，得到較準確的實驗結果。如在仿真界面中依次輸入鉀長石41，普通石英砂28，星子高嶺9，江西硅灰石21，骨灰、氧化銅、氧化鐵各1，并點擊氧化仿真，此配方現(xiàn)已被系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫收錄，即可立即生成直觀簡潔的信息窗口，即配方數(shù)據(jù)、燒成效果及釉料說明窗口（見圖5）。若輸入的配方數(shù)據(jù)暫未與數(shù)據(jù)庫中信息匹配，即配方數(shù)據(jù)尚未被收錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，此時系統(tǒng)將顯示此配方數(shù)據(jù)附近的幾組最佳配方，并給予顯示，如圖6所示，使用者可根據(jù)實際情況選取任意一組配方進行再次仿真，同樣可以顯示配方數(shù)據(jù)、燒成效果及釉料說明。從某種角度上而言，模擬實驗可以替代真實實驗，甚至其某些方面效果優(yōu)于真實實驗[8]。

4 結果與討論

通過仿真系統(tǒng)的使用，將其與實物實驗相互配合，效果顯著，可以調動使用者的積極性，同時緩解當前實驗經費和儀器不足的問題，減少原料的浪費，更好地倡導高效低碳的生活，其具體效果如下：

（1） 在研究者進行工藝實驗的過程中，仿真系統(tǒng)實驗可滿足使用者直接在計算機上的重復操作，避免了實驗原料的大量浪費，并解決了實驗繁瑣而條件不足的問題。

（2） 在仿真實驗中，工藝實驗的基本流程、釉料配方等信息生動形象地向使用者進行展示，方便簡潔直觀，同時可以有針對性的了解某種原料的比例增減對料性的影響。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃質的主要組成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融溫度與粘度，并降低釉的熱膨脹系數(shù)。同時它也是賦予釉以高的力學強度、硬度、耐磨性和耐化學侵蝕性的主要因素；而對青瓷呈色的關鍵著色劑氧化鐵來說，隨著氧化鐵的增加，呈色逐漸偏向青色。這一現(xiàn)象，同樣可以從仿真系統(tǒng)中反映出來。

（3） 仿真系統(tǒng)還具有優(yōu)越的時效性。由于采用了模塊式結構，因而可以在條件變化、參數(shù)調整時隨時更替數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，生成新的數(shù)據(jù)庫模塊，也可以隨時修改已有的實驗信息，保證了仿真系統(tǒng)的適應性，從而實現(xiàn)配方優(yōu)化和工藝實驗的不斷更新，解決條件受限的問題。

（4）仿真系統(tǒng)的使用，基本解決了傳統(tǒng)工藝中使用實物進行實驗而消耗浪費原料的問題，具有一定的低耗高效性。目前國內陶瓷工藝實驗中普遍采用的還是傳統(tǒng)實物實驗，其優(yōu)點是釉料性能可直觀的被感受，加深學生對工藝操作的印象，但也存在不可忽視的問題，陶瓷原料屬于不可再生資源，特別是原礦，這些在實驗中基本上都是一次性使用，難以重復利用，原料消耗非常大。而且難以控制實驗進度，而仿真系統(tǒng)可直接安裝在現(xiàn)有的計算機上，進行仿真模擬，既不需要浪費原料，又不損耗實驗儀器，同時可以反復了解實驗過程，提高了資源利用率和設計效率。

通過計算機仿真模擬技術在陶瓷釉料工藝上的應用，使釉料設計與配方優(yōu)化變得更加方便容易，展示信息更加直觀形象，。實際操作時只是對青瓷中粉青釉配方進行了驗證性實驗，而在仿真實驗中可以輸入不同產區(qū)、不同組成原料以及不同實驗參數(shù)進行實驗，加深并拓廣了實驗內容，有利于使用者了解不同條件對粉青釉燒成的影響，提高使用者對實驗的興趣。

5 結語

仿真實驗系統(tǒng)可以滿足陶瓷釉料快速開發(fā)的要求，縮短設計配方的周期，降低成本。本軟件系統(tǒng)界面美觀，圖文并茂，交互性好，與傳統(tǒng)的工藝實驗相比增強了靈活性、可操作性和互動性。本文對青釉中粉青釉的仿真，其實是一個集數(shù)字、模擬和實物實驗于一體的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)錄入需要大量的傳統(tǒng)工藝實驗作為保證，故本文的方法還需要嚴格標準的傳統(tǒng)實驗作為基礎，并嚴格按照標準進行驗證性實驗，以提高數(shù)據(jù)的準確度。實踐表明，仿真系統(tǒng)開拓了陶瓷釉料實驗的新模式，對陶瓷釉料發(fā)展起到了積極的促進作用。

參考文獻

[1] 李家駒.陶瓷工藝學[M].中國輕工業(yè)出版社，2006.

[2] 吳崇峰.模具CAD/CAE/CAM教程[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，

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[3] 陳儒.Python源碼剖析：深度探索動態(tài)語言核心技術[M].電子工

業(yè)出版社，2008.

[4] 吳重光.仿真技術[M].化工工業(yè)出版社，2000.

[5] 孫榮平，戚甫峰.基于多媒體仿真技術的電路與電子技術虛擬

實驗教學系統(tǒng)[J].實驗技術與管理，2001，18（4）：46-49.

[6] 薛定宇，陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術與應

用[M].北京：清華大學出版社，2002.

[7] 孫再清.陶瓷釉料配方600例[M].景德鎮(zhèn)陶瓷學院科技信息服

務部，1995.

[8] 劉洪強.梭式窯的建模與仿真[D].景德鎮(zhèn)：景德鎮(zhèn)陶瓷學院，

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 結果與討論

通過仿真系統(tǒng)的使用，將其與實物實驗相互配合，效果顯著，可以調動使用者的積極性，同時緩解當前實驗經費和儀器不足的問題，減少原料的浪費，更好地倡導高效低碳的生活，其具體效果如下：

（1） 在研究者進行工藝實驗的過程中，仿真系統(tǒng)實驗可滿足使用者直接在計算機上的重復操作，避免了實驗原料的大量浪費，并解決了實驗繁瑣而條件不足的問題。

（2） 在仿真實驗中，工藝實驗的基本流程、釉料配方等信息生動形象地向使用者進行展示，方便簡潔直觀，同時可以有針對性的了解某種原料的比例增減對料性的影響。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃質的主要組成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融溫度與粘度，并降低釉的熱膨脹系數(shù)。同時它也是賦予釉以高的力學強度、硬度、耐磨性和耐化學侵蝕性的主要因素；而對青瓷呈色的關鍵著色劑氧化鐵來說，隨著氧化鐵的增加，呈色逐漸偏向青色。這一現(xiàn)象，同樣可以從仿真系統(tǒng)中反映出來。

（3） 仿真系統(tǒng)還具有優(yōu)越的時效性。由于采用了模塊式結構，因而可以在條件變化、參數(shù)調整時隨時更替數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，生成新的數(shù)據(jù)庫模塊，也可以隨時修改已有的實驗信息，保證了仿真系統(tǒng)的適應性，從而實現(xiàn)配方優(yōu)化和工藝實驗的不斷更新，解決條件受限的問題。

（4）仿真系統(tǒng)的使用，基本解決了傳統(tǒng)工藝中使用實物進行實驗而消耗浪費原料的問題，具有一定的低耗高效性。目前國內陶瓷工藝實驗中普遍采用的還是傳統(tǒng)實物實驗，其優(yōu)點是釉料性能可直觀的被感受，加深學生對工藝操作的印象，但也存在不可忽視的問題，陶瓷原料屬于不可再生資源，特別是原礦，這些在實驗中基本上都是一次性使用，難以重復利用，原料消耗非常大。而且難以控制實驗進度，而仿真系統(tǒng)可直接安裝在現(xiàn)有的計算機上，進行仿真模擬，既不需要浪費原料，又不損耗實驗儀器，同時可以反復了解實驗過程，提高了資源利用率和設計效率。

通過計算機仿真模擬技術在陶瓷釉料工藝上的應用，使釉料設計與配方優(yōu)化變得更加方便容易，展示信息更加直觀形象，。實際操作時只是對青瓷中粉青釉配方進行了驗證性實驗，而在仿真實驗中可以輸入不同產區(qū)、不同組成原料以及不同實驗參數(shù)進行實驗，加深并拓廣了實驗內容，有利于使用者了解不同條件對粉青釉燒成的影響，提高使用者對實驗的興趣。

5 結語

仿真實驗系統(tǒng)可以滿足陶瓷釉料快速開發(fā)的要求，縮短設計配方的周期，降低成本。本軟件系統(tǒng)界面美觀，圖文并茂，交互性好，與傳統(tǒng)的工藝實驗相比增強了靈活性、可操作性和互動性。本文對青釉中粉青釉的仿真，其實是一個集數(shù)字、模擬和實物實驗于一體的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)錄入需要大量的傳統(tǒng)工藝實驗作為保證，故本文的方法還需要嚴格標準的傳統(tǒng)實驗作為基礎，并嚴格按照標準進行驗證性實驗，以提高數(shù)據(jù)的準確度。實踐表明，仿真系統(tǒng)開拓了陶瓷釉料實驗的新模式，對陶瓷釉料發(fā)展起到了積極的促進作用。

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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 結果與討論

通過仿真系統(tǒng)的使用，將其與實物實驗相互配合，效果顯著，可以調動使用者的積極性，同時緩解當前實驗經費和儀器不足的問題，減少原料的浪費，更好地倡導高效低碳的生活，其具體效果如下：

（1） 在研究者進行工藝實驗的過程中，仿真系統(tǒng)實驗可滿足使用者直接在計算機上的重復操作，避免了實驗原料的大量浪費，并解決了實驗繁瑣而條件不足的問題。

（2） 在仿真實驗中，工藝實驗的基本流程、釉料配方等信息生動形象地向使用者進行展示，方便簡潔直觀，同時可以有針對性的了解某種原料的比例增減對料性的影響。在青瓷釉料仿真中，釉料中二氧化硅是生成玻璃質的主要組成成分，增加釉料中石英的含量能提高釉熔融溫度與粘度，并降低釉的熱膨脹系數(shù)。同時它也是賦予釉以高的力學強度、硬度、耐磨性和耐化學侵蝕性的主要因素；而對青瓷呈色的關鍵著色劑氧化鐵來說，隨著氧化鐵的增加，呈色逐漸偏向青色。這一現(xiàn)象，同樣可以從仿真系統(tǒng)中反映出來。

（3） 仿真系統(tǒng)還具有優(yōu)越的時效性。由于采用了模塊式結構，因而可以在條件變化、參數(shù)調整時隨時更替數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，生成新的數(shù)據(jù)庫模塊，也可以隨時修改已有的實驗信息，保證了仿真系統(tǒng)的適應性，從而實現(xiàn)配方優(yōu)化和工藝實驗的不斷更新，解決條件受限的問題。

（4）仿真系統(tǒng)的使用，基本解決了傳統(tǒng)工藝中使用實物進行實驗而消耗浪費原料的問題，具有一定的低耗高效性。目前國內陶瓷工藝實驗中普遍采用的還是傳統(tǒng)實物實驗，其優(yōu)點是釉料性能可直觀的被感受，加深學生對工藝操作的印象，但也存在不可忽視的問題，陶瓷原料屬于不可再生資源，特別是原礦，這些在實驗中基本上都是一次性使用，難以重復利用，原料消耗非常大。而且難以控制實驗進度，而仿真系統(tǒng)可直接安裝在現(xiàn)有的計算機上，進行仿真模擬，既不需要浪費原料，又不損耗實驗儀器，同時可以反復了解實驗過程，提高了資源利用率和設計效率。

通過計算機仿真模擬技術在陶瓷釉料工藝上的應用，使釉料設計與配方優(yōu)化變得更加方便容易，展示信息更加直觀形象，。實際操作時只是對青瓷中粉青釉配方進行了驗證性實驗，而在仿真實驗中可以輸入不同產區(qū)、不同組成原料以及不同實驗參數(shù)進行實驗，加深并拓廣了實驗內容，有利于使用者了解不同條件對粉青釉燒成的影響，提高使用者對實驗的興趣。

5 結語

仿真實驗系統(tǒng)可以滿足陶瓷釉料快速開發(fā)的要求，縮短設計配方的周期，降低成本。本軟件系統(tǒng)界面美觀，圖文并茂，交互性好，與傳統(tǒng)的工藝實驗相比增強了靈活性、可操作性和互動性。本文對青釉中粉青釉的仿真，其實是一個集數(shù)字、模擬和實物實驗于一體的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)錄入需要大量的傳統(tǒng)工藝實驗作為保證，故本文的方法還需要嚴格標準的傳統(tǒng)實驗作為基礎，并嚴格按照標準進行驗證性實驗，以提高數(shù)據(jù)的準確度。實踐表明，仿真系統(tǒng)開拓了陶瓷釉料實驗的新模式，對陶瓷釉料發(fā)展起到了積極的促進作用。

參考文獻

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[4] 吳重光.仿真技術[M].化工工業(yè)出版社，2000.

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實驗教學系統(tǒng)[J].實驗技術與管理，2001，18（4）：46-49.

[6] 薛定宇，陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術與應

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[7] 孫再清.陶瓷釉料配方600例[M].景德鎮(zhèn)陶瓷學院科技信息服

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[8] 劉洪強.梭式窯的建模與仿真[D].景德鎮(zhèn)：景德鎮(zhèn)陶瓷學院，

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