1.4. Системный подход к проектированию оборудования

Современные технические объекты, в частности оборудование микроэлектронного производства, представляют собой сложные системы. Проектирование сложных технических объектов, удовлетворяющих современным требованиям, невозможно без системного подхода. Технические средства, создаваемые человеком, образуют техносферу, которая оказывает все возрастающее влияние на биосферу, а следовательно, на самого человека. Таким образом, человек, биосфера и техносфера образуют экосферу, которая все в большей степени превращается в замкнутый комплекс. Проектируемые технические системы (ТС) при работе взаимодействуют с другими системами, в результате чего ТС оказывает влияние на окружающие ее системы и среду и в то же время сама испытывает со стороны их воздействие. Без учета всех существенных факторов, всех социально-технических связей невозможно проектирование ТС, удовлетворяющих современным требованиям.

Необходим переход от локального, частного проектирования, замыкания в узкой, ограниченной сфере к системному проектированию, при котором учитываются все аспекты функционирования проектируемого объекта. Ясно, что решить такую задачу одному проектировщику невозможно, поскольку требуются знания во многих областях науки и техники, начиная от фундаментальных и кончая социально-экономическими и общественными науками.

Сущность системного подхода заключается в рассмотрении сложного проектируемого объекта (ПО) как составной части экосферы и учете всех аспектов его функционирования, включая социально-технические связи и все существенные факторы. Следовательно, создание сложных современных технических систем требует согласованной работы больших коллективов проектировщиков самых разнообразных специальностей. Организация такого проектирования представляет большую проблему и требует новых методологических подходов.

Оборудование микроэлектроники относится к одному из самых сложных видов оборудования. При его создании необходимо не только обеспечить специфические параметры функционирования и устранить вредное воздействие на окружающую среду и человека, но и учесть отрицательное воздействие человека и среды на работу оборудования. В связи с этим возникает проблема создания весьма сложных полностью автоматизированных замкнутых технических систем (линий, цехов и целых заводов).

Из оборудования производства интегральных микросхем, используемого на заготовительной, структурообразующей и сборочно-контрольной стадиях, наиболее сложным и специфическим является оборудование структурообразующей стадии, выделяемое в особый вид производства. При создании таких систем, с одной стороны, необходимо обеспечить их прецизионность (речь идет о создании элементов в доли микрона), высокую надежность (сбой, как правило, приводит к браку и большим экономическим потерям) и высокую производительность, с другой стороны, важно исключить как влияние человека и внешней среды (аэрозоли, пыль, температура, влажность, вибрации, излучения) на работу оборудования, так и обратное воздействие со стороны технологического оборудования (излучения, токсичные и химически активные вещества). Особую опасность представляет ТО химической и плазмохимической обработки. Создание полностью автоматизированных цехов с управлением от ЭВМ на базе комплексов ТО и автоматизированных поточных линий (АПЛ) с возможностью оперативной переналадки и перепрограммирования является актуальной задачей, которая не может быть решена без широкого использования САПР и новых методов моделирования и проектирования.

Одно из важнейших требований системного подхода при автоматизации проектирования состоит в необходимости рассмотрения любого проектируемого объекта с двух диаметрально противоположных точек зрения: “извне” и “изнутри”.

“Извне” - объект рассматривается как элемент (подсистема) ТС более высокого ранга. Целью такого “внешнего” проектирования является определение совокупности характеристик, которыми должен обладать ПО по отношению к другим, связанным с ним объектам.

“Изнутри” - рассматривается внутренняя структура ТС, выявляются ее составные части и связи между ними. Целью “внутреннего” проектирования является нахождение такого сочетания параметров составных частей ТС, которое обеспечивало бы ее функционирование в ТС более высокого ранга во внешней среде.

Этап внутреннего проектирования является подчиненным по отношению к этапу внешнего проектирования.

Такой подход к проектированию ТС позволяет рассматривать все множество ПО как иерархическую систему, в которой каждому из объектов в зависимости от его сложности предписан определенный уровень иерархии, такой, что уровнем ниже располагаются все ПО, являющиеся компонентами данного объекта, а уровнем выше - ТС, в которую данный ПО сам входит как составная часть.

На верхнем уровне иерархии проектируемые ТС имеют наименее детализированное представление, отражающее их самые общие черты. На нижних уровнях степень подробности рассмотрения ПО возрастает, при этом ТС рассматривается не в целом, а отдельными блоками.

Преимущества блочно-иерархического подхода при проектировании заключаются в том, что сложная задача большой размерности разбивается на последовательно решаемые задачи малой размерности. Процесс проектирования ТС разбивается на части (уровни, модули).

Принцип блочно-иерархического подхода к проектированию отражает существующее деление по ЕСКД схем на структурные, функциональные и принципиальные.

Структурные схемы дают наиболее общее и наименее детализированное представление о ТС, определяя ее основные функциональные части и взаимосвязи.

Функциональные схемы дают представление о функционировании ТС с учетом только существенных факторов и функциональных частей, разъясняют протекание определенных процессов.

Принципиальные схемы определяют полный набор базовых элементов и связей между ними и дают детальное представление о ТС, ее составных частях и принципах работы.