CC BY
23
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ
ПРОЦЕССАМИ Г.А. Мустафаев, д-р техн. наук, профессор,
М.Г. Мустафаев, канд. техн. наук, ассистент Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет)
Рассмотрены основные факторы эффективного функционирования и совершенствования управления производством изделий и показана возможность повышения эффективности и организации конкурентоспособного производства
Характерными тенденциями современного промышленного производства изделий являются повышение степени их интеграции. При производстве изделий электроники характерны следующие основные факторы:
- сложность;
- большое количество физических и химических операций;
- большая чувствительность к отклонениям в проведении процессов.
Проблема производства конкурентоспособных изделий могут быть решены с помощью управление процессом производства за счет:
- введения систем самодиагностики и технологического контроля;
- стабилизации параметров технологического оборудования;
- управление технологией производства;
- информационного обеспечения;
- процессов испытания и контроля качества изделий;
- создание системы управления.
Составными частями управления процессом
производства являются:
- диспетчерское управление, которое включает наблюдение за состоянием и составление маршрутов перемещения изделий, а также обслуживание оборудования;
- инженерная подготовка, которая включает составление спецификаций процессов и анализ данных;
- обработка данных, которая включает наблюдение за средствами производства, управление оборудованием и сбор данных.
При производстве изделий на предприятиях используется автоматизированное оборудование. Однако перспективное автоматизированное производство требует, чтобы все это оборудование или большая часть было интегрировано в единую систему, т.е. было проведено комплексное управление производством, которое включало бы:
- управление производством в реальном масштабе времени;
- управление качеством.
При реализации концепции комплексной автоматизации производства уменьшение прямых трудовых затрат не является основным преимуществом, а главная цель это интеграция информации и обеспечение гибкости управления процессом производства. При создании таких систем применяются системный подход и концепция открытой системы. Системный подход предполагает, что любая система (производство) может быть встроена в еще более крупную систему, и далее рассматривается уже более крупная система, а не ее составные части.
При этом важнейшим практическим выводом является определение целесообразности встраивания отдельных систем в более крупную систему, так как на любом производстве могут быть технологические установки, или их группы, не поддающиеся автоматизации. Они образуют неинтегрируемые островки автоматизации, поскольку экономически это более целесообразно, чем встраивание их в более крупную систему.
Концепция открытой производственной системы предполагает наличие связей с системами более высокого и более низкого рангов. С повышением точности механизмов и усложнением обратной связи эти системы будут все более приобретать свойства открытых систем и станут полностью адаптирующимися к быстро изменяющимся условиям и требованиям.
Для систем общего назначения характерны наличия:
- материалов в производстве;
- программируемого технологического оборудования;
- данных об особенностях процесса.
Такая система планирует, составляет расписание, определяет и управляет движением изделий и всем рабочим потоком. Она способна выбирать новый оптимальный вариант производственной линии на осно-
ве характеристики нового оборудования, встраиваемого в линию. Таким образом, заложена возможность управления качеством на каждом этапе процесса производства.
Производственное оборудование находится в тесной связи с развитием технологии изготовления изделий. Связь между структурой изделий электроники и технологией его изготовления существенно при уменьшении размеров и степени интеграции элементно-технологической и конструктивной базы систем [1, 2]. Поэтому процесс моделирования приборов и технологии их изготовления приобретает существенное значение при производстве сложных изделий.
Моделирование изделий позволяет выявить распределения и осуществить контроль их выходных параметров. При значительных технологических отклонениях необходим контроль абсолютных значений статистического разброса параметров, определяющих качество исполнения. При моделировании и проектировании изделий учитывают: физические ограничения; альтернативные решения; возможность оптимизации технологического процесса.
Определение распределения и учет влияния примесей на характеристики прибора достигается программным обеспечением технологического моделирования. Цель моделирования технологий изготовления - это имитации поведения прибора в рабочих условиях и расчета его электрических характеристик и параметров и одновременно увеличить вероятность оптимизации режимов технологии, геометрических размеров, конструкций изделий.
Учитывая, что измерение параметров изделий сложно, трудоемко то, использование методов физического и технологического моделирования для идентификации параметров приборов позволяет установить обратную связь между характеристиками прибора и технологией его изготовления, в перекрестной проверке результатов натурного и машинного эксперимента в течение процесса разработки и изготовления.
Моделирование технологии и приборов при их изготовлении обеспечивает точность, системная интегрируемость, так как определение параметров профиля примесей и характеристик приборов имеет существенное значение по мере уменьшения размеров элементов изделий. Кроме того, моделирование обеспечивает точное предсказание физических ограничений и пределов, критических функциональных характеристик и параметров для проектирования и изготовления приборов.
Моделирование позволяет исследовать допустимые отклонения в технологии и выявить факторы, которые могут влиять на процесс изготовления изде-
лий, а также возможно использования технологических моделей в качестве эффективных контроллеров технологического оборудования. Это позволяет проведения моделирования в реальном масштабе времени на средствах вычислительной техники, используемых при управлении технологическим процессом.
Моделирование технологии и приборов позволяет гибкому взаимодействию уровней моделирования, созданию программных комплексов сквозного моделирования с единой структурой и автоматизировать процесс расчета. При этом моделирования технологии и приборов облегчает работу пользователя, сделает ее без ухудшения эффективности численных методов на различных этапах моделирования. Разработка алгоритмов взаимодействия программ, повышает эффективность численных методов и улучшает сквозное моделирование.
Интеграция методов проектирования позволяет обеспечить жесткий контроль приборов и элементов на основе тонкопленочной технологии. На системном уровне управления процессом производства требует высокой степени интеграции различных программ моделирования технологии и приборов.
Взаимодействие уровней моделирования изготовления приборов включает: информацию о технологии, моделирование технологического процесса, моделирование приборов, моделирование характеристик. Результаты моделирования технологического процесса, значения электрических режимов и электрофизических констант представляют собой исходные данные для программы моделирования приборов, которая рассчитывает их важнейшие характеристики.
Таким образом, использование программ многоуровневого моделирования позволяет точно прогнозировать характеристики изделий, обеспечивает эффективное управления и установления корреляций технологических и электрических параметров элементов и схем, а также оптимальное их проектирование.
В технологическом процессе изготовления изделий существенно возрастает взаимосвязь между параметрами приборов и технологией их изготовления. При этом моделирование позволяет обеспечить разработка элементной, технологической и конструктивной базы и с высокими техническими характеристиками изделий.
Для успешного осуществления моделирования необходимо наличие ряда факторов, наиболее важным из которых является использование современной аппаратуры, позволяющей контролировать и измерять различные параметры материалов, приборов и технологических процессов производства.
Применение различных методов контроля в производстве изделий электроники [3] позволяет устано-
вить статистическую взаимосвязь их параметров с режимами технологического процесса (ТП) и закономерности распределения параметров в зависимости от технологических факторов.
Повышение информативности результатов контроля достигается переходом от статистической обработки к причинному анализу взаимосвязей исследуемых параметров. С этой целью проводится:
- автоматизированный статистический контроль технологического процесса;
- статистический анализ и регулирование технологического процесса.
По мере накопления статистической информации и увеличения степени согласованности ТП определяется объем контроля и его периодичность. Задачи обеспечения максимального объема информации могут быть решены методом факторного планирования эксперимента.
Реализация задач осуществляется путем организации межоперационного статистического анализа и регулирования ТП с применением причинного анализа взаимосвязей параметров элементов и компонентов. На этих этапах решаются задачи определения технологических ограничений и норм параметров.
На основе статической обработки полученных данных результатов анализа и выданных рекомендаций, относительно управляющих воздействий на ТП принимается решение относительно корректировки режимов ТП.
После получения результатов статистического и причинного анализа возникает задача принятия решений относительно управляющих воздействий на ТП производства. Эти решения принимаются на основе полученных результатов с учетом особенности ТП.
Основными характеристиками ТП производства изделий в условиях контроля являются:
- наличие интервалов времени между моментами формирования информации и возможностью воздействия на ТП;
- выбор метода, предполагающий получение достоверных выводов с некоторой долей вероятности;
- неполнота описания ТП, обусловленная сложностью формализации знаний о данном процессе;
- невозможности количественного описания некоторых сторон процесса и регистрации большинства входных параметров.
Для повышения эффективности производства используют автоматизированная система управления ТП, позволяющая управлять процессом на основе учета отклонений режимов технологических операций и свойств исходных материалов, и автоматизированные системы статистического анализа, контроля и регулирования процесса. Основой для автоматизиро-
ванной системы статистического анализа, контроля и регулирования ТП являются связи параметров эффективности производственного процесса.
Информационное взаимодействие систем осуществляется через базу данных, обеспечивающую оперативный сбор, хранение, корректировку и выдачу данных по режимам технологических операций и т.д.
Стабильность основных параметров приборов приобретает все большее значение для прогноза и улучшения качества изделий электроники и электронных систем в целом [4, 5]. Статистические исследования и накопленные сведения о том, как влияют технологические факторы на характеристики приборов, позволяют выявить наиболее важные причины разброса значений параметров в минимальном числе экспериментов. Сочетание математических моделей с моделирующими программами позволяет установить связь между параметрами прибора и технологическими факторами, связать разброс параметров прибора с конкретной вызвавшей его причиной с помощью частных производных, полученных из модели. Это определяет наиболее важный причинный фактор и делает его эффективным средством для оценки методов и приемов, направленных на улучшение технологического контроля.
Уменьшение разброса основных приборных параметров улучшает качество, позволяет прогнозировать выход годных изделий при изготовлении, вероятность выхода приборов с характеристиками, не совпадающими с заданными, уменьшается. При этом возрастает однородность изделий по параметрам и процент выхода годных.
Уменьшить разброс параметров можно, используя статистический анализ технологического процесса и анализ накопленных сведений о приборе, а также используя такие методы технологического контроля, как составление контрольных диаграмм и эксперимент. Хотя метод факторного эксперимента показал себя хорошо. При этом исследуемые факторы в факторном анализе должны быть предварительно критически отобраны для уменьшения числа и сложности экспериментов, необходимых для уменьшения разброса основных приборных параметров.
Разброс параметров можно уменьшить, применяя методы с учетом иерархического уровня компонентов разброса приборного параметра и вызванный технологическими факторами, к которым чувствительны параметры прибора.
При разбросе параметров имеет место один из уровней. Это позволяет понять причины разброса, что может указывать на то, что разброс связан с последовательностью технологической обработки или может
указывать на технологические факторы, связанные с групповой технологической обработкой.
При определении разброса по технологическим факторам, один из факторов преобладает. Проведение жесткого контроля над этим фактором уменьшает разброс. Предполагая, что параметр представляет собой линейную аддитивную функцию независимых факторов, можно применить линейную модель.
Применение уравнений и моделирующих программ позволяют описывать связь приборных параметров с технологическими факторами. Анализ приборных параметров в сочетании со статистическими данными по технологическому процессу и по испытаниям приборов может выявить доминирующий технологический фактор, вызывающий разброс приборных параметров.
Стратегия уменьшения разброса в соответствии с технологическими факторами имеет вид:
- определение доминирующего уровня разброса приборного параметра;
- определение средних значений и разброса технологических переменных;
- оценка технологических переменных;
- определение доминирующей технологической переменной, вызывающей разброс параметра;
- определение способа уменьшения разброса параметра.
В каждом конкретном случае определяется доминирующий уровень разброса и доминирующий технологический фактор, вызывающий разброс, что позволяет провести коррекцию технологического процесса для уменьшения разброса параметров приборов.
Таким образом, комплексное управление производством, многоуровневое моделирование, статистический контроль технологического процесса, статистический анализ и регулирование технологического процесса позволяет обеспечить повышения процента выхода годных изделий, улучшения их качества и организовать конкурентоспособное производство.
Литература
1. Маллер, Р. Элементы интегральных схем [Текст] / Ричард Маллер, Теодор Кейминс; перевод с англ. Е.З. Мазеля и Л.С. Ходоша. - М.: Мир, 1989. -630с.
2. Мустафаев Г.А. Микропленочные датчики на основе эффективных материалов [Текст] / Г.А. Мустафаев // Машиностроитель. - 1999. - №8. - С.39-41.
3. Мустафаев М.Г. Некоторые проблемы при создании микроэлектронных приборных структур [Текст] / М.Г. Мустафаев // Современные проблемы
радиоэлектроники: сборник научных трудов. - Красноярск. - 2009.- С.263-266.
4. Мустафаев Г.А. Повышение эффективности термоустройств [Текст] I Г.А. Мустафаев II Машиностроитель. - 1996. - № 2. - С.37-38.
5. Мустафаев Г.А. Оценка надежности преобразователей [Текст] I Г.А. Мустафаев II Цветная металлургия. - 1995. - № 10. - С.ЗЗ.
9 +7 (8672) 407-444
E-mail: dzhamilya79@yandex.ru
Ключевые слова: производство, контроль, технология, управление, моделирование, процесс, система, конкурентоспособность.
