Анализ качества технологических процессов производства электронных средств

Любой технологический процесс можно разбить на последовательность технологических и контрольных операций. Технологические операции, как правило, выполняются с помощью специализированного технологического оборудования. Контрольные операции могут выполняться автоматически, с помощью встроенных в технологическую линию автоматических контрольно-измерительных средств, и вручную – с помощью стандартных или специализированных неавтоматических контрольно-измерительных средств. Причём, помимо контроля параметров самих изделий, полуфабрикатов, сырья, основных, вспомогательных материалов и комплектующих изделий, могут контролироваться различные параметры самого технологического процесса, определяющие режимы работы технологического оборудования.

Комплект технологического оборудования, на котором выполняется определённая технологическая операция (или группа тесно связанных между собой технологических операций), образует аппаратурно-процессорную единицу (АПЕ). АПЕ помимо чисто технологического оборудования обычно включает в себя встроенные исполнительные устройства для ручного или автоматического регулирования (управления) технологическим процессом и датчики или контрольно-измерительные приборы для контроля наиболее важных параметров технологического процесса, который также может осуществляться автоматически или вручную.

Комплект специального контрольно-измерительного оборудования для автоматического или ручного контроля качества выходного продукта или входного сырья (заготовок, материалов) образует контрольный пост (КП).

С учётом этого структурную схему любого технологического процесса можно представить в виде последовательности аппаратурно-процессорных единиц и контрольных постов. Кроме них, для осуществления эффективного управления технологическим процессом эта структурная схема, как правило, должна содержать: систему сбора и обработки технологической информации (ССОТИ); систему отображения, регистрации и хранения технологической информации (СОРХТИ) и, в общем случае, систему анализа технологической информации и выработки управляющих воздействий (САТИиВУВ). В итоге, структурная схема технологического процесса изображается в виде, показанном на рисунке 5.

Рисунок 5 – Структурная схема технологического процесса

На рисунке 5 каждая АПЕ снабжена встроенными контрольно-измерительными средствами и исполнительными устройствами. Реально это бывает не всегда. Для выполнения некоторых простейших (особенно ручных) операций могут использоваться простейшие технологические приспособления, не имеющие встроенных контрольно-измерительных средств, а органы регулирования используются ручные. В этом случае и соответствующие технологические операции, и контрольные выполняет рабочий-оператор. Централизованная система сбора и обработки технологической информации также может отсутствовать, но в этом случае её функции выполняют операторы и контролёры на своих рабочих местах, т. е. аппаратно она представляет собой встроенные и ручные контрольно-измерительные средства АПЕ и контрольные посты, рассредоточенные по всей технологической линии. Соответственно, и система отображения, регистрации и хранения технологической информации (СОРХТИ) в этом случае будет рассредоточена по всей технологической линии. При этом часть информации может регистрироваться автоматически (с помощью аналоговых или цифровых регистрирующих измерительных приборов), а часть фиксируется вручную (в журналах контролёров, дефектных ведомостях, контрольных картах и т.п.). Анализ технологической информации с целью выработки управляющих воздействий в этом случае выполняется в основном на рабочих местах (АПЕ и КП) на основе локальной, имеющейся на данном рабочем месте, информации. Централизованно обрабатывается лишь небольшая часть всей собираемой информации. Обобщающая информация концентрируется в центральном диспетчерском пункте и происходит это с существенным запаздыванием. По этой информации диспетчер или дежурный технолог принимает наиболее важные решения по корректировке технологического процесса.

В автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП) подсистемы ССОТИ, СОРХТИ, САТИиВУВ выполняются на основе микропроцессорных средств и ЭВМ и большинство их функций выполняется программно. Такие системы обычно бывают иерархическими, включая в себя подсистемы автоматического регулирования отдельными параметрами технологического процесса и автоматизированного управления отдельными АПЕ или их определённых групп. Однако при этом не исключается наличие централизованной системы сбора и обработки информации, в которую поступает не только информация с датчиков и других автоматических контрольно-измерительных средств, но и информация, вводимая вручную с терминалов, имеющихся на контрольных постах.

Система отображения, регистрации и хранения технологической информации также может иметь несколько иерархических уровней. Нижний уровень включает средства отображения и регистрации технологической информации непосредственно на рабочих местах операторов, обслуживающих отдельные АПЕ, и контролёров. А на верхний уровень (в центральный диспетчерский пункт) поступает уже обобщённая информация из системы ССОТИ. В современных системах для отображения технологической информации, как правило, используются мониторы операторских станций диспетчера, технолога, начальников участков и т.д. Сами операторские станции входят в указанные подсистемы управления технологическим процессом и построены на базе персональных ЭВМ в промышленном исполнении. Это обеспечивает очень широкие возможности отображения самой разнообразной технологической информации в наиболее наглядном и удобном для восприятия виде. Как правило, общий ход технологического процесса отображается в виде мнемосхемы технологического процесса, сопровождаемой цифровой и сигнальной информацией о важнейших его параметрах и их отклонений от номинальных значений. В фоновом режиме на эти дисплеи выдаётся текущая обобщённая информация о ходе технологического процесса: текущие значения основных параметров технологического процесса, обобщённые показателем качества выходного продукта, количество произведённой продукции к данному моменту времени и т.п.; но по запросу оператора может выдаваться любая другая информация, хранящаяся в системе.

Степень автоматизации управления технологическим процессом может быть разной в зависимости от сложности процесса, наличия достаточно адекватной математической модели и наличия в АПЕ программно-управляемых исполнительных устройств. В большинстве случаев для управления сложными технологическими процессами используется многоуровневое управление. Ряд параметров технологического процесса, которые требуется поддерживать на заданном уровне или изменять по жёстко заданной программе, управляются полностью автоматически. Сюда же может относиться управление выдержками времени (например, выдержка экспозиций в операциях фотолитографии или при изготовлении печатных плат). Что же касается вмешательства в режимы технологических процессов с целью устранения обнаруженных в процессе контроля готовой продукции или полуфабрикатов отклонений по качественным характеристикам, то они осуществляются чаще всего технологами, а подсистема САТИиВУВ выступает здесь в роли «советчика», подсказывая технологу наиболее оптимальные управляющие воздействия и предоставляя ему всю необходимую для принятия решения информацию.

Одновременно с задачами контроля и управления технологическим процессом АСУТП выполняет функции диспетчеризации производства и учёта изготовленной продукции, а также расхода основных и вспомогательных материалов и комплектующих изделий, ресурса инструмента, технологической оснастки, основного и вспомогательного технологического оборудования. На основе накапливаемой информации АСУТП регулярно (после каждой рабочей смены, раз в сутки, раз в неделю или в декаду, раз в месяц) формирует итоговые сводки о ходе производственного процесса за соответствующие периоды, необходимые для административного управления производством, для бухгалтерского учёта, материально-технического обеспечения производства, начисления заработной платы персоналу и т.д. Эта же информация поступает в автоматизированную систему управления более высокого уровня, например, в интегрированную систему управления цехом или предприятием в целом.

В настоящее время явственно наблюдается тенденция строить интегрированные автоматизированные системы управления производством на базе АСУТП. Это вполне оправдано, поскольку все дополнительные функции интегрированной системы управления, такие как: оперативное планирование производства, бухгалтерский учёт, управление кадрами, управление запасами, учёт выполнения заказов и поставок, материально-техническое обеспечение производства и т.п., осуществляются, в основном, программными средствами, и могут быть выполнены на тех же ЭВМ, которые задействованы в АСУТП. Обычно для построения интегрированной системы управления производством создаётся локальная сеть персональных ЭВМ, в которой большая часть ПЭВМ используется в виде интеллектуальных терминалов, но их вычислительные ресурсы и ресурсы памяти могут использоваться для решения общих задач, многократно увеличивая ресурсы центральной ЭВМ.

В данном случае на рисунке 5 была представлена простейшая структура технологического процесса, где все технологические операции выполняются строго последовательно и отсутствуют параллельные участки и перекрёстные материальные и информационные потоки. Структура реальных технологических процессов может быть более сложной. Материальные и информационные потоки на отдельных участках способны расходиться на параллельные ветви и вновь сходиться. Выходная информация с определённой АПЕ может быть использована в качестве входной не только в следующей АПЕ, но и в нескольких других и т.п. Поэтому оценить и проанализировать взаимодействие информационных потоков в такой системе бывает весьма сложно и построение структурной схемы технологического процесса, аналогичной той, что была показана на рисунке 5, помогает наглядно отобразить все материальные и информационные потоки. Это облегчает анализ их взаимодействия, выбор контролируемых параметров и оценку их информативности.

Даже если технологический процесс не автоматизирован, построение его структурной схемы весьма полезно, т.к. позволяет рационально расположить технологическое оборудование и облегчить транспортировку материальных потоков от одной АПЕ к другой, определить узкие места, сдерживающие производительность всего процесса, лучше организовать диспетчеризацию производства, учёт и анализ сопутствующей технологической и производственной информации и, тем самым, повысить эффективность управления всем производственным процессом.