KNOW INTUIT, Лекция, Методи и инструменти за конструиране на диаграма на процеса

7.2. Принцип на многостепенна декомпозиция

Един от най-често срещаните начини за преодоляване на първоначалната несигурност на проблема с дизайна на процеса е многостепенен итеративен метод. Същността му се разкрива от набор от принципи и твърдения, които определят характера и структурата на процесите на проектиране.

Проектирането на отделни технологични процеси и сложни обекти е разделено на няколко взаимосвързани нива, характеризиращи се с последователно нарастваща степен на детайлност на проектните решения от ниво на ниво.

Следните твърдения формират основата на принципа на многостепенното разлагане:

Изявление 1. Дизайнът на TP за производство на продукти може да бъде разделен на 4 нива:

диаграма на процеса;
маршрутна технология;
оперативна технология;
контролни програми.

Първото ниво се характеризира с най-висока степен на абстракция и дефиниране само на основните характеристики на структурата и функцията на TP. От ниво на ниво степента на детайлност на дизайнерските решения се увеличава. На последното ниво се довежда до инструкции и команди за управление на оборудването.

Твърдение 2. Процесът на многостепенно проектиране се развива отгоре надолу, т.е. от синтеза на общи принципни модели на първо ниво до проектни решения с необходимата степен на детайлност на следващите нива. В този случай решенията, получени на предходното ниво, се използват като допълнителни входни данни за проектиране на ниво. По този начин информацията за схемата на TP, получена на първо ниво, служи за синтезиране на маршрута на второ ниво. Развитие на оперативни технологии на трето нивосе прави на базата на информация за технологичния маршрут, а за синтеза на управляващи програми се използва информация за технологията на работа.

Изявление 3. На всички нива, с изключение на последното, поради недостатъчна детайлизация на проектните решения, критериите за избор на опции са от обобщен, евристичен характер. Те постепенно се усъвършенстват, докато преминавате от ниво на ниво, достигайки необходимата точност на последното ниво на проектиране.

(7,5)

Така че на първо ниво е невъзможно да се формира критерий, който позволява да се избере един оптимален вариант на схемата на TP. Причината е, че идеята за проектирания процес е от чисто фундаментален характер и по правило се усъвършенства на следващите нива.

Твърдение 4. На началното и междинното ниво на проектиране, поради евристичния характер на критериите, от набора от синтезирани варианти се избират не едно, а няколко (две или три) най-рационални решения. Окончателната версия на TP, съответстваща на екстремните стойности на точния критерий, се определя само на последното ниво.

Твърдение 5. Проектирането на всяко ниво е разделено на набор от операции за проектиране, които са итеративно свързани и търсят решения-аналози P, H-трансформация на аналогични процеси, синтез C на различни технологични опции, симулационно моделиране M на процеса на обработка, анализ A и оценка на резултатите от симулацията E, оптимизация и избор на най-рационалните опции (фиг. 7.3).

Процесът на проектиране започва с операцията по търсене на продукти и TC-аналози в масива на технологичната база данни. Ако се открият такива процеси, тогава контролът на логическия блок се прехвърля към операцията за трансформация на аналоговия процес, аконе е намерено - операции за синтез. В този блок централизирано се синтезират определен брой TP опции, които отговарят на зададените технически изисквания и ограничения. Симулационната операция позволява например да се предвиди естеството на повърхностната обработка, произтичащите от това грешки и стойностите на техническите и икономическите параметри. С помощта на операцията "анализ" се установяват причините за възникването на определени отклонения и занижени стойности на отделни локални критерии. Анализът се извършва по всички технически и икономически показатели.

Операцията "оценка" проверява степента на изпълнение на зададените технически изисквания. Въз основа на идентифицираните локални критерии се определя интегрален критерий за качество на конкретен вариант и се установява необходимостта от получаване на определени показатели за него. Операцията "оптимизиране" избира посоката на подобряване на опцията за проектиране в съответствие с модела, който характеризира връзката на местните критерии. В резултат на трансформациите на оригиналната версия възниква нова подобрена версия. Информацията за това отново идва в блоковете за моделиране, анализ, оценка и оптимизация. Комбинацията от тези операции образува итеративен цикъл на процеса на проектиране.

За няколко итерации качеството на оригиналната версия се подобрява. Процесът приключва, когато вариантът удовлетворява зададените изисквания по всички основни показатели и по-нататъшното му усъвършенстване не води до значително подобрение на интегралния критерий. С помощта на блок P8 се извършва цикличното повторение на операциите по моделиране, оценка, анализ и оптимизация за всички опции, получени при операциите за търсене и синтез. В резултат на това за операцията "избор" се подготвя набор от целесъобразни опции,от които след това се избират най-рационалните.

В горния модел наборът от операции за проектиране и контролни блокове дефинира два метода за проектиране: трансформация на аналогови обекти (блокове 1, 2, 3, 5. 10) и синтез (блокове 4. ..10).

Методите се различават по операциите за генериране на опции за дизайн. При първия метод това е търсене на аналогични обекти и тяхната трансформация, а при втория - целенасочен синтез на дизайнерски решения. Останалите операции от итеративния цикъл и изборът на опции са общи за двата метода на проектиране. На фиг. 7.4 е показана блокова схема на описания алгоритъм.

Както показва опитът от разработването и внедряването, тези методи се използват широко в CAD TP. По своите възможности те не си противоречат, а се допълват.

Програмите, изградени на базата на методи за въвеждане, се характеризират с по-малко (с 30-40%) разходи за обем и компютърно време в сравнение с многостепенния итеративен метод. В тази връзка е препоръчително да се автоматизира проектирането на TP на типични продукти въз основа на методи за типизиране, а на други продукти - чрез преобразуване на аналогови процеси и многостепенен итеративен метод.

И така, целият технологичен процес на производство на устройство се разглежда като последователност от взаимосвързани технологични операции. Например, при производството на p - n - p транзистор с епитаксиална основа, основните операции са като дифузия и окисление, образуване на основа и емитер. Всяка операция се характеризира с набор от входни и изходни параметри, които от своя страна са изходни данни за компютърни изчисления по избрани математически модели. И така, в блока за дифузия и окисление има контролен панел за процеса на дифузия, с помощта на който се задават параметритепроцес на обработка на плочи, изберете режима на пещта, продължителността на технологичния цикъл, както и коригирайте характеристиките на процеса в случай на тяхното отклонение от зададените стойности. На изхода от пещта специално устройство измерва параметрите на плочите, данните се предават на контролния панел, който сравнява измерените параметри с зададените и съответно настройва параметрите на процеса на дифузия, основният от които е например дебелината на оксида.

7.3. Уголемена схема на технологичния процес

Нека наречем пространствата, образувани от параметрите, измерени при всяка операция на управление, пространства на състоянията (фиг. 7.5).

Стойностите на проектните параметри на готовото устройство, които отговарят на изискванията за проектираното устройство, се наричат целеви стойности и ние обозначаваме техните координати. Тогава проблемът за проектиране на алгоритми за управление на ТР може да се формулира като проблем за управление на траекторията на някакъв обект. За първоначалните състояния на обекта (партида, плоча), определени при контролната операция, и състоянията, измерени при междинния контрол, е необходимо да се изберат контроли, т.е. режими на провеждане на ТП, така че изходните характеристики да са минимално различни от целевите (фиг. 7.6).

7.4. Схематична структура

Като цяло, функционалната структура на блок-схемата на процеса се характеризира с последователност от трансформации.

Алгоритъмът за формиране на схемата на TP е показан на фиг. 7.7.

Оператор 1 генерира изходните данни, необходими за работата на алгоритъма (предполага се, че в паметта се съхраняват моделите за изчисляване на управляващите въздействия, които осигуряват необходимите изходни параметри за всяка технологична операция).

компютър във форматасъответните софтуерни модули). Първо, това са параметрите на суровината и условията за технически спецификации, на които трябва да отговаря готовият продукт.

Оператор 2 изпраща тези първоначални данни към работния масив М, където ще се съхраняват параметрите както на крайното, така и на междинното състояние на проектираното (или произведеното) устройство.

Оператор 3 избира следващото състояние на устройството (следващата стойност на брояча е фиксирана).

Оператор 4 включва основните изчисления за избрания модел за конкретна операция. В резултат на тези изчисления се избират управляващи действия, които осигуряват необходимите изходни параметри. В допълнение, тази декларация определя номера на етапа, в който се получават резултатите.

Оператор 5 съдържа, като правило, оценка на грешките в получените резултати. Тя може да се състои от грешка на използваните модели и грешки, дължащи се на пренебрегване на различни неконтролирани смущения.

Логическият оператор 6 проверява условието за завършване на процеса на изграждане на графа. Ако номерът на етапа на съответния TP е по-малък или равен на максимално зададения брой, тогава по-нататъшната работа на алгоритъма приключва. Следователно, когато се изпълнява оператор 6, управлението се прехвърля към изходен оператор 8. В противен случай, чрез оператор 7, параметрите на междинното състояние се изпращат до края на работния масив И, за да продължат алгоритъма въз основа на нови начални данни. Управлението от блок 7 се прехвърля към оператор 3. В резултат на това на изхода на алгоритъма ще се формира графика на възможните TP опции.

Броят на опциите може да бъде драстично намален чрез провеждане на предварително проучване за осъществимост на изследователските методи и математическите модели, използвани в процеса на проектиране на TP. Това ще позволи значителноопростете алгоритмите за формиране на TP маршрута като цяло, тъй като няма нужда да анализирате голям брой TP опции въз основа на неефективни маршрути за производствени устройства.

И така, разгледахме първото ниво на многостепенния метод на компютърно проектиране. На това ниво се генерират много опции. От тях по критерия ефективност се избира едно или повече за детайлизиране и оценка на следващо ниво - проектиране на технологични трасета.