Введение к работе
Актуальность работы.
Наиболее мощным средством исследования и проектирования сложных систем является моделирование. Современные системы автоматизированного проектирования широко используют методы математического моделирования, позволяющие проводить исследование различных процессов формирования пластин плотной записи информации для накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД), а также их полный расчет и оптимизацию на основе достаточно точных физико-математических моделей. Использование моделирования, начиная с ранних стадий проектирования, приводит к накоплению информации за счет уточнения и детализации моделей. Результатом такого накопления является разработка проекта НЖМД с заданными потребительскими свойствами.
Наблюдающееся замедление современных технологий проектирования пластин НЖМД связано в основном не с отсутствием достижений науки, инвенций и инженерных идей, а с большими сроками и неудовлетворительным качеством реализации конструкторско-технологической разработки. Преодолеть это препятствие можно с помощью разработки и развития элементов автоматизированной системы проектирования процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД на каждом этапе проекта.
Автоматизированная система проектирования процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД может играть роль мощного средства для создания перспективных магнитных носителей информации, а ее эффективное применение требует разработки комплекса методических указаний, инструкций и баз знаний, используемых на каждом этапе и регламентирующих их последовательность.
Таким образом, моделирование процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД на этапе аванпроектирования является задачей актуальной и своевременной.
Цель работы.
Целью диссертации является разработка элементов автоматизированной системы проектирования процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД, которые позволят сократить время проектных работ и повысить качество формирования рабочего слоя путем оптимального управления диффузией примеси, выбора наилучших вариантов материалов формирования, а также поиска технологических решений этого процесса с последующим созданием технических решений устройств формирования магнитной ориентации в объеме рабочего слоя. В целом, все это должно привести к оптимизации процесса формирования пластин НЖМД в промышленных масштабах с тем, чтобы получаемые изделия отвечали растущим требованиям, предъявляемым к информационной емкости магнитных носителей.
Задачи исследования.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующий комплекс исследований:
Провести обзорно-аналитические исследования в области автоматизированного проектирования процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Разработать теоретический подход к решению задачи создания элементов автоматизированной системы проектирования процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Создать математическую модель оптимального управления процессом формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Разработать модель многокритериальной задачи принятия решений при выборе материалов для формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Выполнить синтез алгоритмов поиска технологических решений процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД и на их базе предложить технические решения устройств формирования магнитной ориентации в объеме рабочего слоя.
Создать модели, алгоритмы и прикладные программы, которые составляют основу системы поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на стадиях предварительной разработки.
Произвести оценку эффективности применения созданной системы поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на стадиях предварительной разработки путем верификации теоретических положений и физико-математических моделей, изложенных в работе.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач в работе использовались положения теории систем, теории множеств, теории оптимального управления, теории принятия решений, теории вероятностей, теории математической статистики, теории нечетких множеств, теории решения дифференциальных уравнений и последовательного анализа уже известных процессов формирования пластин НЖМД. Результаты, представленные в диссертационном исследовании, также были получены с использованием современных методов программирования и компьютерного моделирования. Общей методологической основой всех исследований является системный подход.
Научная новизна обусловлена:
Математической моделью оптимального управления диффузией примеси в рабочем слое, позволяющей, в отличие от существующих моделей, контролировать нестационарный процесс массообмена примесных веществ в процессе формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Разработкой алгоритма многокритериального выбора оптимальных вариантов материалов для формирования пластин плотной записи информации для НЖМД, в основе которого лежит применение модифицированного дискриминационного метода, алгоритма выбора недоминируемого решения и экспертного метода Дельфи.
Предложением алгоритма поиска технологических решений процесса
формирования пластин плотной записи информации для НЖМД, который обеспечивает более рациональный и причинно-обусловленный выбор.
Созданием системы поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на стадиях предварительной разработки в виде элементов автоматизированной системы проектирования процесса их формирования, базирующихся на предложенных моделях, алгоритмах и прикладных программах.
Произведенной оценкой технологической и экономической эффективности применения созданной системы поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на стадиях предварительной разработки, которая учитывает функциональные, технологические, структурные, экономические и экологические локальные критерии качества.
Практическая значимость:
Разработана система поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на этапе аванпроектирования, что имеет существенное значение для автоматизации проектирования устройств вычислительной техники и систем управления.
Предложен метод снижения массообмена примесных веществ в рабочем слое, основанный на оптимальном управлении процессом диффузии и на эффективном выборе материалов, как для ферромагнитного, так и для примыкающих к нему слоев.
Разработана технологическая схема процесса формирования магнитоориентированных тонкопленочных объектов, которая использована для более эффективного контроля качества выпускаемых НЖМД и корректировки несовершенства магнитной анизотропии рабочего слоя пластин плотной записи информации.
Выполнен синтез технических решений устройств формирования магнитной ориентации в объеме рабочего слоя, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к точности и эффективности такого формирования, а также соответствующих критериям патентоспособной новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.
Создан программный продукт по расчету характеристик атома, используемый для реализации процесса формирования магнитной ориентации в объеме рабочего слоя пластин плотной записи информации для НЖМД (Свидетельство РФ об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007610131).
Достоверность результатов.
Достоверность проведенных теоретических и прикладных исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, а также согласованностью теоретических и прикладных данных, известных в литературе и полученных автором.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретические и практические результаты диссертационной работы используются в практике системного конструирования для автоматизации
проектирования устройств вычислительной техники и систем управления в НИИ микроэлектроники и информационно-измерительной техники, в НИИ перспективных материалов и технологий, а также в учебном процессе Московского государственного института электроники и математики на кафедре «Технологические системы электроники» при чтении лекций по курсу «САПР оборудования и технологий», «Моделирование рабочих процессов, технологий и оборудования», «Основы принятия технических решений» и «Защита интеллектуальной собственности и патентоведение». Основные положения, выносимые на защиту:
Математическая модель оптимального управления массообменом примесных веществ в рабочем слое, позволяющая учитывать и компенсировать влияние диффузии примесей на свойства ферромагнитного материала.
Модель многокритериальной задачи принятия решений и методика ее практической реализации как элемента автоматизированной системы проектирования при выборе материалов для формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Алгоритм поиска технологических решений процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД.
Результаты применения алгоритма поиска технологических решений процесса формирования пластин плотной записи информации для НЖМД и разработанные на их основе патентоспособные устройства для формирования магнитной ориентации в объеме рабочего слоя.
Эффективность применения системы поддержки принятия рациональных решений при проектировании пластин плотной записи информации для НЖМД на стадиях предварительной разработки и обобщенный критерий оценки качества пластин.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:
на Международной научно-технической конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» УлГУ в 2005, 2006, 2007 и 2008 годах;
на научно-технической конференции для молодых ученых и специалистов МИЭМ в 2006, 2007,2008 и 2009 годах;
на Международной научно-технической школе-конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике» МИРЭА в 2006 и 2008 годах;
на Всероссийской конференции с международным Интернет участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологии к наноиндустрии» ИжГТУ в 2007 году;
на Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC) МИРЭА в 2007 и 2009 годах.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе: 3
работы - статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, 4 патента РФ на полезные модели, одно свидетельство РФ об официальной регистрации программ для ЭВМ, одна научно-методическая работа, 10 докладов на Всероссийских и Международных конференциях.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 192 страницах, включая приложение, куда входят акты внедрения результатов работы, а также копии патентов и свидетельств.
