Введение к работе
Актуальность диссертационной работы
Разработка автоматизированных систем для оптимизации процесса получения монокристаллов сапфира является актуальной на современном этапе развития информационных технологий, поскольку повышенный интерес к монокристаллическим материалам, связанный с их широким использованием в новейших разделах электронной техники, потребовал более фундаментального решения задач организации процесса их получения и обработки. Задача обеспечения требуемого качества и надежности изделий может быть решена только при наличии эффективных управляющих систем. Сложность использования существующих информационных технологий в процессе кристаллизации состоит в неполноте математического описания технологических моделей процессов кристаллизации и недостатке информационного обеспечения, позволяющего проводить оптимизацию технологии.
Трудность применения автоматизированных систем заключается еще и в том, что десятилетиями на предприятиях существовала практика накопления производственного опыта и эмпирических данных. Сложность задач контроля и управления процессом кристаллизации определяется также огромным числом дефектов, влияющих на качество кристаллов. Для успешного использования информационных технологий в производстве кристаллов требуется разработка новых подходов и совершенствование уже существующих методик.
Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с разработкой моделей и алгоритмов математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира для электронной техники, представляется современной и актуальной.
Цель и задачи диссертационной работы
Целью диссертационной работы являются разработка математических моделей и алгоритмов оптимизации производства изделий из сапфира для повышения качества кристаллов и уменьшения стоимости технологического процесса. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи диссертационной работы:
Разработка критериев и моделей оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации, охватывающих факторы процесса, имеющие корреляционную зависимость.
Разработка математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира для совершенствования управления и принятия решений технологом, повышения эффективности технологического процесса получения изделий из монокристаллов сапфира.
Усовершенствование методики ведения процесса кристаллизации, обеспечивающей рост бездефектных кристаллов сапфира.
4 Научная новизна работы:
Впервые формализована процедура оптимизации технологического процесса по критериям: качество кристаллов и стоимость технологического процесса.
Разработана математическая модель тепловых процессов при формировании кристаллов сапфира, которая позволяет определять температурные градиенты в зоне формирования кристаллов, а так же может быть использована для описания тепловых полей при выращивании кристаллов из различных материалов.
Получены модели зависимости времени кристаллизации и уровня дефектов от параметров технологического процесса (скорость движения лодочки, мощность нагревателя, степень вакуума), позволяющие сформировать критерии для распределенных систем управления технологическими процессами выращивания кристаллов.
Разработаны алгоритмы принятия решений по сопровождению технологического процесса изготовления изделий из сапфира, позволяющие учитывать параметры процесса роста и обработки кристаллов сапфира.
Практическая значимость диссертационной работы
заключается в следующем:
Усовершенствована методика ведения процесса кристаллизации методом горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК), обеспечивающая рост бездефектных кристаллов сапфира.
Оптимизирована технологическая методика выращивания монокристаллов, позволяющая сократить время технологического процесса получения монокристаллов сапфира.
Разработана методика проектирования математического и информационного обеспечения получения изделий из сапфира, которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники.
Разработано математическое и информационное обеспечение получения изделий из сапфира для электронной техники, позволяющее дать характеристику получаемых кристаллов, систематизировать большие информационные массивы данных, выявить закономерности влияния факторов на рост кристалла.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методика проектирования математического и
информационного обеспечения получения изделий из сапфира, которая является универсальной для технологических процессов получения различных материалов для электронной техники.
Математическая модель тепловых процессов при формировании кристаллов сапфира.
Модели зависимости времени кристаллизации и уровня дефектов от параметров технологического процесса.
Алгоритмы принятия решений по сопровождению технологического процесса изготовления изделий из сапфира.
Реализация результатов диссертационной работы
Диссертационная работа выполнялась на кафедре КЭС ТТИ ЮФУ. По работе был получен грант по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (УМНИК)» Фонда содействия малых форм предприятий в научно-технической сфере (Российская Федерация) на двухгодичное финансирование работ: «Разработка системы управления процессом выращивания монокристаллических структур» (2008 - 2009 гг.), «Разработка программных модулей системы управления механической обработкой монокристаллов сапфира» (2009 - 2010 гг.).
Результаты диссертационной работы внедрены на промышленном предприятии ООО «Завод Кристалл» (Россия, г. Таганрог), на предприятии ЗАО «Монокристалл» (Россия, г. Ставрополь), на предприятии ООО «Кремний-Юг» (Россия, г. Таганрог), на предприятии HI 111 «Квант» (Россия, г. Ростов-на-Дону), а также используются в учебном процессе на кафедрах КЭС ТТИ ЮФУ (Россия, г. Таганрог) и САиТ ТТИ ЮФУ (Россия, г. Таганрог).
Апробация работы
Основные научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных международных и всероссийских научных конференциях, семинарах и смотрах-конкурсах, в частности: на XI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Россия, Томск, 2005 г.), Всероссийских смотрах-конкурсах научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика - 2005», «Эврика - 2007» (Россия, Новочеркасск, 2005, 2007 г.); Международной молодежной научной конференции «XV Туполевские чтения» (Россия, Казань, 2007 г.); 15-й и 16-й Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2008», «Микроэлектроника и информатика - 2009» (Россия, Зеленоград, 2008, 2009 г.), IX и X Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов, молодых ученых «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Россия, Таганрог, 2008, 2010 г.), конгрессах по интеллектуальным системам и информационным технологиям «AIS-IT'09», «AIS-IT'10», «AIS-IT'll» (Россия, Дивноморское, 2009, 2010, 2011 г.), VIII Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и
студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Россия, Таганрог, 2010 г.), VII ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Россия, Ростов-на-Дону, 2011 г.).
Результаты работы отмечены дипломами ряда конференций и конкурсов научных работ: Всероссийских смотров-конкурсов научно-технического творчества студентов (Новочеркасск, 2005, 2007); открытого конкурса Министерства образования на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в высших учебных заведениях Российской Федерации (Москва, 2009); 16-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции (Зеленоград, 2009); конкурса инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов (Ростов-на-Дону, 2009); X Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2010); VII ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону, 2011), I городского конкурса «Молодой инноватор-2011» (Таганрог, 2011).
Публикации
По материалам диссертационной работы опубликованы 22 печатные работы, из них 2 свидетельства о регистрации программ, 1 депонированная научная работа, 16 работ в сборниках трудов конференций, 3 статьи в центральных технических журналах в соответствии рекомендациям ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 144 наименований и 11 приложений. Содержание диссертации изложено на 177 страницах и включает 50 страниц с рисунками, 12 страниц с таблицами.
