Введение к работе
Актуальность работы.
Необходимость автоматизации работ по созданию объектов в лазерной технологии на ранних этапах проектирования связана с тем, что выявление отказов основных узлов технической системы на завершающих этапах (начиная с технического проектирования) путем испытаний опытного образца, приводит к длительным операциям по отработке конструкции, а значит и к резкому возрастанию материальных затрат и увеличению сроков проектирования.
Одним из наиболее мощных средств для исследования и проектирования технических систем является моделирование. Использование моделирования, начиная с ранних стадий, и постепенное накопление информации за счет уточнения и детализации модели позволяет говорить о расширяемой адаптивной модели всего цикла проектирования. Соответственно, при анализе различных свойств объекта проектирования (ОП) модельное представление должно формироваться наиболее подходящим для этой цели образом, независимо от конкретного процесса или этапа проектирования, и сохранять все требуемые свойства проектируемого объекта.
Для реализации процесса проектирования, в первую очередь, нужно осуществить сбор необходимой для расчетов информации, провести ее обработку, включающую многоаспектный анализ и оптимизацию параметров узлов ОП. Полученные результаты расчета должны быть сохранены в базе данных (БД) с целью формирования отчетной документации. Проектирование рационально строить на основе методов и программно-технических средств с целью снижения затрат, времени и использования информационного ресурса.
Для развития субмикронной технологии и нанотехнологии, в отличие от традиционной технологии, характерен «индивидуальный» подход, при котором внешнее «управление» достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как «бездефектные» материалы с принципиально новыми физико-химическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометропыми размерами. Одним из направлений решения этой проблемы является создание и развитие автоматизированных систем проектирования различных технологических процессов, в том числе процессов формирования объектов в лазерной технологии.
Фокусируя короткий лазерный импульс с определенными параметрами на заданном типе материала, возможно смещение атомов с их начальных позиций. Это позволяет принимать конструктивные решения в нанометровых масштабах.
Таким образом, разработка информационной системы поддержки принятия решений при проектировании процесса формирования объектов в лазерной технологии является задачей актуальной и своевременной.
Цель работы.
Целью диссертации является разработка и построение информационной системы поддержки принятия решений (СГ1ПР) при создании объектов в лазерной технологии, которая поможет осуществить системный анализ процесса проектирования, синтез конструктивного варианта объекта, моделирование процессов формирования объектов в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям технического задания. На начальных стадиях проектирования требования технического задания конкретизируются в виде системы ограничений, которым должны удовлетворять характеристики объекта проектирования, обеспечивающие успешное решение проектной задачи.
Моделирование объектов может быть осуществлено воздействием лазерного излучения. Применяя и анализируя лазерное технологическое оборудование как объект автоматизированного проектирования, можно получать локализованные объекты, в том числе и в нанотехнологических масштабах. Локальная модификация поверхности может найти применение в сверхплотной записи информации и создании приборов микро- и паноэлектроники, а также в усовершенствовании рабочих поверхностей материалов.
Задачи исследования.
Для реализации поставленной цели необходимо осуществить следующие исследования:
Выполнить комплекс аналитических исследований в области создания систем поддержки принятия решений, областях использования лазерных установок и средств автоматизированного проектирования.
Рассмотреть теоретический подход решения задачи создания моментов автоматизированной системы проектирования процесса производства объектов с помощью лазерных технологий.
Разработать физико-математические модели формирования объектов в лазерной технологии.
Верифицировать теоретические положения работы и физико-математические модели.
Осуществить выбор оптимального варианта лазерной системы среди множества альтернатив.
Разработать алгоритмы и пакеты прикладных программ, которые войдут в основу разрабатываемой модели информационной системы поддержки принятия решений при формировании объектов в лазерной технологии.
На основе морфологического анализа-синтеза предложить технические решения устройств для формирования объектов в лазерной технологии.
Методы исследований.
В качестве методов исследования в работе используются положения теории систем, теории множеств, теории принятия решений, имитационная
модель, морфологический анализ-синтез уже известных методов получения объектов с помощью лазерных технологий и. на основе изученного, предложены патентоспособные варианты решения этой задачи с введением дополнительных устройств.
Научная новизна:
Разработан теоретический и модельный аппарат для изучения принципов проектирования технических систем принятия решений.
Создана система поддержки принятия решений при проектировании процессов формирования объектов в лазерной технологии.
Предложена модель состояния лазерной системы.
Представлен способ оценки качества лазерных установок.
Выполнено моделирование и алгоритмизация оптимального управления лазерными системами.
Предложена математическая модель и алгоритм принятия решений для недоминирусмых альтернатив лазерных установок.
Разработана модель многокритериальной задачи принятия решений и осуществлен многоатрибутивный выбор лазерной установки для проведения технологической операции при формировании объекта в лазерной технологии.
Практическая значимость:
Предложен алгоритм построения системы поддержки принятия решений при проектировании процессов формирования объектоп.
Созданы программные продукты по расчету электрофизических параметров в лазерной технологии.
На основе разработанного алгоритма поиска технических решений предложен вариант технологического решения лазерно-зондовой установки для формирования объектов в лазерной технологии.
Достоверность результатов.
Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, а также сравнением с теоретическими данными, известными в литературе и полученными автором.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретические и практические результаты используются в учебном процессе МИЭМ (ТУ) и практике системного конструирования для производства материалов и приборов электронной техники в НИИ микроэлектроники и информационно-измерительной техники, НИИ перспективных материалов и технологий, ПІИИ информационных технологий и телекоммуникаций.
Основные положения выносимые на защиту:
Математическая модель многокритериальной задачи принятия решений и методика применения этой модели при практической реализации элементов системы автоматизированного проектирования процессов в лазерной технологии.
Обобщенный критерий оценки качества лазерной установки.
Модель оптимального управления распределенными лазерными системами.
Математическая модель и алгоритм принятия решения для недоминируемых альтернатив лазерных установок.
Алгоритм и пакет прикладных программ для осуществления выбора наилучшего варианта лазерной установки с учетом заданных параметров проектирования.
Вариант технологического решения лазерно-зондовой установки.
Обобщенный алгоритм принятия решений при иросктироьании процесса формирования объектов в лазерной технологии.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления»; научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника»; IV Российском философском конгрессе «Философия и будущее цивилизации»; Всероссийской междисциплинарной конференции «Философия искусственного интеллекта»; научно-технической конференции «Нанотехнологии - 2005»; научно-технической конференции «Прогрессивные машиностроительные технологии», а также на конференциях МИЭМ (ТУ) для молодых ученых и специалистов в 2004, 2005,2006, 2007, 2008 гг.
Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в 19 научных работах, в том числе 2 статьи опубликованы в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном Высшей аттестационной комиссией, получены 4 патента РФ на полезные модели, 1 свидетельство об официальной регистрации программы на ЭВМ.
Струїступа и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 190 страницах, включая акты внедрения и приложение.
