Принцип многоуровневой декомпозиции

Одним из наиболее общих способов преодоления начальной неопределенности задачи технологического проектирования является многоуровневый итерационный метод. Сущность его раскрывается совокупностью принципов и утверждений, определяющих характер и структуру процессов проектирования.

Проектирование дискретных ТП и сложных объектов расчленяется на несколько взаимосвязанных уровней, характеризующихся последовательно возрастающей от уровня к уровню степенью детализации проектных решений.

Основу принципа многоуровневой декомпозиции составляют следующие утверждения:

Утверждение 1. Проектирование ТП изготовления изделий можно разделить на 4 уровня:

• · принципиальная схема процесса;
• · маршрутная технология;
• · операционная технология;
• · управляющие программы.

Первому уровню свойственны наибольшая степень абстракции и определение только принципиальных особенностей структуры и функции ТП. От уровня к уровню степень детализации проектных решений возрастает. На последнем уровне она доводится до инструкций и команд управления оборудованием.

Утверждение 2. Многоуровневый процесс проектирования развивается сверху вниз, т. е. от синтеза общих принципиальных моделей на первом уровне — к проектным решениям требуемой степени детализации на следующих уровнях. При этом решения, полученные на предыдущемм уровне, используются в качестве дополнительных исходных данных для проектирования нам уровне. Так, сведения о принципиальной схеме ТП, полученные на первом уровне, служат для синтеза маршрута на втором уровне. Разработка операционных технологий на третьем уровне производится на основе сведений о технологическом маршруте, а для синтеза управляющих программ применяются сведения об операционной технологии.

Утверждение 3. На всех уровнях, кроме последнего, ввиду недостаточной детализации проектных решений, критерии отбора вариантов носят обобщенный, эвристический характер. Они постепенно уточняются при переходе от уровня к уровню, достигая необходимой точности на последнем уровне проектирования.

(5).

Так, на первом уровне невозможно формировать критерий, позволяющий выбрать один оптимальный вариант принципиальной схемы ТП. Причина в том, что представление о проектируемом процессе носит сугубо принципиальный характер и на следующих уровнях, как правило, уточняется.

Утверждение 4. На начальном и промежуточных уровнях проектирования, в связи с эвристическим характером критериев, из множества синтезированных вариантов отбирается не одно, а несколько (два-три) наиболее рациональных решений. Окончательный вариант ТП, соответствующий экстремальным значениям точного критерия, определяется только на последнем уровне.

Утверждение 5. Проектирование на каждом уровне расчленяется на совокупность проектных операций, итерационно взаимосвязанных между собой и осуществляющих поиск решений-аналогов П, Н-преобразование процессов-аналогов, синтез С различных вариантов технологии, имитационное моделирование М процесса обработки, анализ, А и оценку результатов моделирования Е, оптимизацию и отбор наиболее рациональных вариантов (рис. 3).

Рис. 3. Итерационный алгоритм процесса проектирования

Процесс проектирования начинается с операции поиска изделий и ТП-аналогов в массиве технологического банка данных. Если такие процессы найдены, то логическим блоком управление передается операции преобразования процесса-аналога, если же не найдены — операции синтеза. В этом блоке централизованным способом синтезируется некоторое количество вариантов ТП, удовлетворяющих заданным техническим требованиям и ограничениям. Операция имитационного моделирования позволяет, например, прогнозировать характер обработки поверхности, возникающие при этом погрешности и значения технико-экономических параметров. С помощью операции «анализ» устанавливаются причины возникновения тех или иных отклонений и заниженных значений отдельных локальных критериев. Анализ проводится по всем технико-экономическим показателям.

Операцией «оценка» проверяется степень выполнения заданных технических требований. На основе выявленных локальных критериев определяется интегральный критерий качества того или иного варианта, устанавливается необходимость получения тех или иных его показателей. Операцией «оптимизация» производится выбор направления улучшения проектного варианта в соответствии с моделью, характеризующей взаимосвязь локальных критериев. В результате проведенных преобразований исходного варианта возникает новый улучшенный вариант. Сведения о нем вновь поступают в блоки моделирования, анализа, оценки и оптимизации. Совокупность указанных операций образует итерационный цикл процесса проектирования.

За несколько итераций качество исходного варианта улучшается. Процесс заканчивается, когда вариант по всем основным показателям удовлетворяет заданным требованиям и дальнейшее его совершенствование не приводит к существенному улучшению интегрального критерия. С помощью блока Р8 осуществляется циклическое повторение операций моделирования, оценки, анализа и оптимизации для всех вариантов, полученных в операциях поиска и синтеза.

В результате для операции «выбор» подготавливается множество целесообразных вариантов, из которых затем отбираются наиболее рациональные.

В приведенной модели совокупность проектных операций и управляющих блоков определяет два метода проектирования: преобразование объектов аналога (блоки 1, 2, 3, 5… 10) и синтеза (блоки 4. .10).

Различаются методы операциями генерирования проектных вариантов. В первом методе это поиск объектов-аналогов и их преобразование, а во втором — целенаправленный синтез проектных решений.

Остальные операции итерационного цикла и выбора вариантов являются общими для обоих методов проектирования. На рис. 7.4 приведена блок-схема изложенного алгоритма.

Как показывает опыт разработки и внедрения, указанные методы широко применяются в САПР TП. По своим возможностям они не противоречат, а дополняют друг друга.

Рис. 4. Итерационный алгоритм процесса проектирования на каждом уровне

Программы, построенные на основе методов типизации, характеризуются меньшими (на 30−40%) объемом и затратами машинного времени по сравнению с многоуровневым итерационным методом. В связи с этим автоматизацию проектирования ТП на типовых изделиях целесообразно осуществлять на основе методов типизации, а на остальные изделия — преобразованием процессов-аналогов и многоуровневым итерационным методом.

Итак, весь ТП изготовления прибора рассматривается как последовательность взаимосвязанных технологических операций. Например, при изготовлении p — n — р транзистора с эпитаксиальной базой основными операциями являются такие как диффузия и окисление, формирование базы и эмиттера. Каждая операция характеризуется совокупностью входных и выходных параметров, которые, в свою очередь, являются исходными данными для расчетов на ЭВМ по выбранным математическим моделям. Так, в блоке диффузии и окисления имеется пульт управления процессом диффузии, с помощью которого устанавливают параметры процесса обработки пластин, выбирают режим печи, длительность технологического цикла, а также корректируют характеристики процесса в случае их отклонения от заданных величин. На выходе из печи специальный прибор измеряет параметры пластин, данные передаются на пульт управления, который сравнивает измеренные параметры с заданными и регулирует соответствующим образом параметры процесса диффузии, основным из которых является, например, толщина окисла .