CC BY
26
УДК 519.86:338.27
К.А. КУДЕЛИНА, К.-А.В. МАКАРОВ
МЕСТО И РОЛЬ ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В СОСТАВЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ
Описывается взаимодействие подсистемы моделирования и прогнозирования с другими подсистемами организационно-технологической системы управления производством монокристаллов кремния. Рассматриваются задачи оперативного управления производством, для эффективного решения которых необходимы прогнозные оценки основных технико-экономических показателей, что и обеспечивает подсистема «Моделирование и прогнозирование».
1. Введение
Необходимость повышать эффективность производства монокристаллов кремния в целях обеспечения их рыночной конкурентоспособности, постоянный рост требований к их качеству обуславливают повышение требований к управляемости процессов, связанных с получением монокристаллов, воспроизводимости их результатов. Эти требования могут быть удовлетворены только путем применения в оперативном управлении производством современных информационных технологий.
2. Цель исследования
Основная цель организационно-технологической системы управления (ОТСУ) производством монокристаллов кремния - повышение эффективности производства путем обеспечения выполнения номенклатурного плана с минимально возможными издержками [1].
Целью разработки подсистемы «Моделирование и прогнозирование» как составной части автоматизированной организационно-технологической системы управления производством объемных монокристаллов кремния методом Чохральского (ОМКЧ) является повышение эффективности оперативного управления ходом производства [2]. Цель данной работы - описание функционирования подсистемы «Моделирование и прогнозирование» и ее взаимодействия с другими подсистемами системы управления производством монокристаллов кремния.
3. Сущность и результаты исследования
На рис. 1 показана общая структура организационно-технологической системы управления производством ОМКЧ и место в ней подсистемы «Моделирование и прогнозирование».
В процессе своего функционирования разработанная подсистема «Моделирование и прогнозирование» взаимодействует с другими подсистемами системы управления производством монокристаллов кремния: «Компоновка», «Кремень+», «Обработка слитков».
Взаимодействие указанных подсистем схематично представлено на рис. 2.
Подсистема «Обработка слитков» обеспечивает подсистему «Моделирование и прогнозирование» данными о результатах обработки каждого монокристаллического слитка. При этом фиксируется номер слитка, номер технологической установки, марка кремния, дата и время начала и окончания процесса, масса загрузки, масса извлеченного материала и масса готовой продукции. На основании этой информации подсистема «Моделирование и прогнозирование» формирует временные последовательности основных технико-экономических показателей состояния процесса производства ОМКЧ - коэффициента извлечения материала (КИМ) и коэффициента выхода в готовую продукцию (КВГП) по каждой установке и по каждой марке продукции. Коэффициент извлечения материала позволяет оценить потери материала, который остается в тигле после завершения процесса выращивания, и определяется через отношение масс извлеченного и загруженного материала. Коэффициент выхода в готовую продукцию позволяет оценить количество готовой продукции, которая получается из определенного количества загруженного материала, и определяется отношением массы готовой продукции к массе загруженного материала. Множество таких последовательностей является входной информацией для подсистемы «Моделирование и прогнозирование».
34
Локальная сеть
Рис. 1. Структура системы управления производством ОМКЧ с подсистемой «Моделирование и
прогнозирование»
Рис. 2. Схема взаимодействия подсистемы «Моделирование и прогнозирование» с другими подсистемами ОТСУ производством ОМКЧ
Взаимодействие с подсистемой «Кремень+» сводится к ее обеспечению прогнозными оценками коэффициента извлечения материала и коэффициента выхода в готовую продукцию для указанных номера установки и марки продукции. При возникновении на какой-либо установке нештатной ситуации в подсистеме «Кремень+» инициализируется задача принятия решения об оптимальном варианте продолжения процесса [1]. Под нештатной ситуацией (НС) подразумевается ситуация, когда по тем или иным (как правило, неопределенным) причинам происходит срыв нормального протекания процесса (например, прерывание без-дислокационного роста, недопустимое отклонение диаметра растущего кристалла от заданного и т. п.), который обнаруживается системами слежения и оператором. В этом случае возникает необходимость в принятии решения о дальнейших действиях. Выбор того или иного варианта действий зависит от целого ряда факторов. Варианты возможных дальнейших действий при возникновении НС на стадии выращивания цилиндрической части слитка могут быть следующие:
вариант 1 - сплавить выращенный монокристалл и начать процесс заново; вариант 2 - сформировать нижний конус, вывести слиток в шлюзовую камеру, выгрузить его и начать выращивание нового слитка из оставшегося в тигле расплава;
вариант 3 - продолжить вытягивание слитка, зная, что вытянутая после срыва нормального роста часть пойдёт на переплавку, а не в готовую продукцию (осуществить так называемую «выборку расплава»).
35
Чтобы принять решение, необходимо оценить ожидаемую прибыль от реализации выращенного кристалла для каждого возможного варианта действий. Для оценки прибыли требуются прогнозные оценки КИМ и КВГП, которые подсистема «Кремень+» запрашивает у подсистемы «Моделирование и прогнозирование», передавая ей номер установки и марку монокристалла, при вытягивании которого возникла нештатная ситуация.
Взаимодействие с подсистемой «Компоновка» осуществляется по двум задачам: оптимальное распределение марок продукции по установкам и оценка ожидаемого количества оборотного материала. Обе задачи реализуются в подсистеме «Компоновка».
Задача оптимального распределения марок продукции по установкам может быть сформулирована следующим образом:
M N M --- N ___
Z ZПтп • Xmn ^max; £Xmn <Pn, n = 1,N ; £= Xm, m = 1,M ,
m=1n=1 m=1 n=1
где N - количество установок; m - количество марок продукции; Xmn - объем загрузки m-й марки на n-й установке, m = 1, M, n = 1, N ; - коэффициент выхода в готовую продук-
цию для m-й марки на n-й установке; Xm - план загрузки по m-й марке; Pn - максимально возможная загрузка n-й установки.
Таким образом, для решения данной задачи необходимы прогнозные оценки КВГП по маркам продукции для каждой установки.
Для решения второй задачи требуются прогнозные оценки обоих коэффициентов для указанных установок и марок продукции. Необходимость решения данной задачи обусловлена тем, что оборотный материал используется при компоновке загрузок, и прогнозная оценка его количества влияет на объем заказываемого сырья. Эта оценка может быть получена с помощью следующего соотношения:
N N ---
Om = ZXmn - Zп2П • Xmn , m = 1,M
n=1 n=1
где <зГ , ПшП - соответственно коэффициенты извлечения и выхода в готовую продукцию по m-й марке на n-ой установке.
4. Выводы
Подсистема «Моделирование и прогнозирование» занимает важное место в организационно-технологической системе управления производством ОМКЧ, так как взаимодействуя с другими подсистемами, обеспечивает их прогнозными оценками основных техникоэкономических показателей. Это, в свою очередь, позволяет решать такие задачи оперативного управления производством, как принятие эффективных решений при возникновении нештатных ситуаций в процессе выращивания монокристаллов кремния, оптимальное распределение марок продукции по установкам, оценка объемов оборотного материала.
Таким образом, применение подсистемы «Моделирование и прогнозирование» в составе системы управления производством монокристаллического кремния позволяет повысить эффективность данного производства.
Список литература: 1. Петренко В.Р. Автоматизація управління технологічними процесами виробництва об’ємних Cz-Si-монокристалів : Автореф. дис. д-ра техн. наук : спец. 05.13.07 “Автоматизація процесів керування” / В.Р. Петренко. К., 2009. 39 с. 2. Куделіна К.О. Моделі, методи та інформаційна технологія контролю та прогнозування показників виробництва монокристалічного кремнію: Автореф. дис. ...канд. техн. наук: 05.13.06 / К.О. Куделіна. Кременчук, 2010. 20 с.
Поступила в редколлегию 14.12.2013 Куделина Карина Александровна, канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры информацион-но-управляющих систем, Кременчугский национальный университет им. Михаила Остроградского. Адрес: Украина, 39600, Кременчуг, ул. Первомайская, 20, тел. (05366) 3-01-57.
Макаров Кирилл-Анжел Виорелович, студент гр. АК-11-1, специальность «Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии», Кременчугский национальный университет им. Михаила Остроградского. Адрес: Украина, 39600, Кременчуг, ул. Первомайская, 20, тел. (05366) 3-01-57.
36
