7 нм против 12: о чем говорит технологический процесс процессора

Принцип расчленения операций

Операция разбивается на ряд простейших переходов, наладка режимов работы обрабатывающего оборудования выполняется единожды, для первой детали серии, далее оставшиеся детали проходят обработку на тех же режимах.

Такой подход эффективен при больших размерах серий и относительно несложной пространственной конфигурации изделий.

Принцип дает существенный эффект снижения относительной трудоемкости за счет улучшенной организации рабочих мест, совершенствования у рабочих навыка однообразных движений по постановке-снятию заготовок, манипуляций с инструментом и оборудованием.

Абсолютное число установок при этом растет, но сокращается время на настройку режимов оборудования, за счет чего и достигается положительный результат.

Чтобы получить этот положительный эффект, технологу придется позаботиться о применении специализированной оснастки и приспособлений, позволяющих быстро и, главное, точно устанавливать и снимать заготовку. Размер серии также должен быть значительным.

Этапы ТП

Технологический процесс обработки данных можно разделить на четыре укрупненных этапа:

«Начальный или первичный». Сбор исходных данных, их регистрация (прием первичных документов, проверка полноты и качества их заполнения и т. д.) По способам осуществления сбора и регистрации данных различают следующие виды ТП:
- механизированный — сбор и регистрация информации осуществляется непосредственно человеком с использованием простейших приборов (весы, счетчики, мерная тара, приборы учета времени и т. д.);
- автоматизированный — использование машиночитаемых документов, регистрирующих автоматов, систем сбора и регистрации, обеспечивающих совмещение операций формирования первичных документов и получения машинных носителей; автоматический — используется в основном при обработке данных в режиме реального времени (информация с датчиков, учитывающих ход производства — выпуск продукции, затраты сырья, простои оборудования — поступает непосредственно в ЭВМ).
«Подготовительный». Прием, контроль, регистрация входной информации и перенос её на машинный носитель. Различают визуальный и программный контроль, позволяющий отслеживать информацию на полноту ввода, нарушение структуры исходных данных, ошибки кодирования. При обнаружении ошибки производится исправление вводимых данных, корректировка и их повторный ввод.
«Основной». Непосредственно обработка информации. Предварительно могут быть выполнены служебные операции, например, сортировка данных.
«Заключительный». Контроль, выпуск и передача результатной информации, её размножение и хранение.

Хронология уменьшения размера технологического процесса

’70-е:

3 мкм — такого технологического процесса компания Zilog достигла в 1975 году, Intel — в 1979-м.

’80-е:

1,5 мкм — Intel уменьшила технологический процесс до этого уровня в 1982 году;
0,8 мкм — уровень Intel в конце 1980-х.

’90-е:

0,6–0,5 мкм — компании Intel и IBM находились на этом уровне в 1994–1995 годах;
350 нм — Intel, IBM, TSMC к 1997-му;
250 нм — Intel, 1998 год;
180 нм — Intel и AMD, 1999 год.

’00-е:

130 нм — этого уровня компании Intel, AMD достигли в 2001–2002 годах;
90 нм — Intel в 2002–2003 годах;
65 нм — Intel в 2004–2006 годах;
45–40 нм — Intel в 2006–2007 годах;
32–28 нм — Intel в 2009–2010 годах;
22–20 нм — Intel в 2009–2012 годах;

’10-е:

14–16 нм — Intel наладила производство таких процессоров к 2015 году;
10 нм — TSMC делала такие процессоры уже в 2016-м, а Samsung — в 2017 году;
7 нм — TSMC, 2018 год;
6 нм — TSMC только анонсировала такой технологический процесс в 2019 году;
5 нм — TSMC начала тестирование такого техпроцесса в 2019 году;
3 нм — Samsung обещает делать процессоры с таким технологическим процессом к 2021 году.

Средства выполнения технологических процессов

Технологический процесс существует сначала в головах технологов, далее он фиксируется на бумаге, а на современных предприятиях — в базе данных программ, обеспечивающих процесс управления жизненным циклом изделия (PLM). Переход на автоматизированные средства хранения, написания, тиражирования и проверки актуальности технологических процессов- это не вопрос времени, в вопрос выживания предприятия в конкурентной борьбе. При этом предприятиям приходится преодолевать сильное сопротивление высококвалифицированных технологов строй школы, привыкших за долгие годы писать техпроцессы от руки, а потом отдавать их на перепечатку.

Программа управления технологическим процессом

Современные программные средства позволяют автоматически проверять упомянутые в техпроцессе инструмент, материалы и оснастку на применимость и актуальность, повторно использовать ранее написанные техпроцессы целиком или частично. Они повышают производительность труда технолога и существенно снижают риск человеческой ошибки при написании техпроцесса.

Технологическое оборудование предназначено для установки, закрепления, ориентации в пространстве и подачи в зону обработки сырья, заготовок, деталей, узлов и сборок.

В зависимости от отрасли производства сюда входят станки, обрабатывающие центры, реакторы, плавильные печи, кузнечные прессы, установки и целые комплексы.

Оборудование обладает длительным сроком использования и может изменять свои функции в зависимости от использования той или иной технологической оснастки.

Технологическая оснастка включает в себя инструмент, литейные формы, штампы, приспособления для установки и снятия детали, для облегчения доступа рабочих к зоне выполнения операций. Оснастка дополняет основное оборудование, расширяя его функциональность. Она имеет более короткий срок использования и иногда специально изготавливается для конкретной партии изделий или даже для одного уникального изделия. При разработке технологии следует шире применять универсальную оснастку, применимую для нескольких типоразмеров изделия

Особенно это важно на дискретных производствах, где стоимость оснастки не распределяется на всю серию, а целиком ложится на себестоимость одного изделия

Инструмент предназначен для оказания непосредственного физического воздействия на материал заготовки с целью доведения ее формы размеров, физических, химических и других параметров до заданных в технических условиях.

Технолог при выборе инструмента должен принимать во внимание не только цену его покупки, но и ресурс и универсальность. Часто бывает, что более дорогой инструмент позволяет без его замены выпустить в несколько раз больше продукции, чем дешевый аналог

Кроме того, современный универсальный и высокоскоростной инструмент позволит также сократить время машинной обработки, что также прямо ведет к снижению себестоимости. С каждым годом технологи приобретают все больше экономических знаний и навыков, и написание техпроцесса из дела чисто технологического превращается в серьезный инструмент повышения конкурентоспособности предприятия.

Принципы организации

Организация производственного процесса на предприятии основывается на различных принципах. Основные принципы организации ПП следующие:

Дифференциация.

Применяется на крупных предприятиях и предусматривает разделение всего процесса на операции, переходы и приемы. С помощью таких методов можно оптимизировать процесс, с учетом характеристик и особенностей оборудования, инструментов и трудовых ресурсов

Исходя из этого, работники концентрируются на отдельной операции, выполняя ее качественнее, быстрее, не распыляя внимание на выполнение других работ. Постепенный переход продукта от одной операции к другой, позволяет выполнять весь процесс производства, от начала до конца, без сложного обучения сотрудников

Специализация.

Предусматривает закрепление за производственным участком отдельной ограниченной группы продуктов, производство которых предусматривает выполнение однородных работ, незначительно отличающихся друг от друга.

С помощью принципа специализации можно повысить эффективность производства, уменьшить количество производственных участков, объединяя похожие операции на одном. Также можно эффективнее использовать территорию предприятия, уменьшить затраты на оборудование и заработную плату работников. Также работников легче обучить выполнять новые операции, так как они похожи на те, которые выполнялись ими ранее. За счет этого себестоимость и производительность труда значительно растет.

Параллельность.

Принцип параллельности предусматривает изготовление отдельных элементов готового продукта одновременно в разных цехах или отделах производственной линии. Это позволяет сократить время от начала обработки сырья до получения готового товара.

Пропорциональность.

Предусматривает расчет ПП таким образом, чтобы пропускная способность различных элементов предприятия была на одном уровне. Это позволяет различным линиям работать в нормальном режиме, без простоев и переработок. Если это принцип не соблюдается, главная линия может простаивать из-за недостатка вспомогательных компонентов.

Непрерывность.

Принцип непрерывности основывается на сведении к минимуму технологические остановки и паузы производственного процесса. Это позволяет значительно снизить время производства единицы продукции, а также повышение производительности труда и эффективности использования финансовых ресурсов. Данный принцип применяется на предприятиях массового производства, где объем заказов позволяет сохранять производственную норму на протяжении длительного периода. На некоторых предприятиях, где изготавливается товар сезонного характера, непрерывность производства может применяться в определенные периоды по определенной формуле.

Ритмичность.

Этот принцип основан на принципе непрерывности, но предусматривает паузы. Применяется на предприятиях, объем производства которых сильно зависит от заказчиков. Позволяет быстро и эффективно увеличивать уровень выпуска и также быстро его снижать

Это очень важно, когда требуется удовлетворить требования заказчика к объему и качеству товара. Соблюдения этого принципа обеспечивает рациональность использования ресурсов и эксплуатации трудовых ресурсов

Прямоточность.

Заключается в особой организации ПП и территории предприятия. Согласно этому принципу, предметы труда должны проходить минимальное расстояние за кратчайшее время между этапами обработки, и не должны возвращается на уже пройденный этап. Это достигается на этапе планирования помещений предприятия.

Автоматичность.

Основывается на автоматизации ПП, когда за счет автоматического оборудования снижаются затраты на оплату труда. Ручная работа заменяется специальным оборудованием и интеллектуальной работой операторов, следящими за системой показателей.

Гибкость.

Этот принцип предусматривает возможность быстрого приспособления предприятия к изменениям экономической, политической и конкурентной ситуации. Обеспечивает быстрый, без значительных затрат, переход на изготовление похожей или кардинально другой продукции. Схема производственного процесса предусматривает то, что оборудование, в таком случае, легко переналадить, изменить его характеристики, убрать или добавить некоторые компоненты.

Гомеостатичность.

Предусматривает организации ПП таким образом, чтобы в случае возникновения форс-мажорных или дестабилизирующих ситуации, система саморегулировалась и возвращалась в норму без значительного управленческого вмешательства.

Это достигается за счет постоянного оперативного контроля и планирования, а также создания резервных запасов.

Виды техпроцессов

Классификация техпроцессов проводится по нескольким параметрам.

По критерию частоты повторения при производстве изделий технологические процессы подразделяют на:

единичный технологический процесс, создается для производства уникальной по конструктивным и технологическим параметрам детали или изделия;
типовой техпроцесс, создается для некоторого количества однотипных изделий, схожих по своим конструктивным и технологическим характеристикам. Единичный техпроцесс, в свою очередь, может состоять из набора типовых техпроцессов. Чем больше типовых техпроцессов применяется на предприятии, тем меньше затраты на подготовку производства и тем выше экономическая эффективность предприятия;
групповой техпроцесс подготавливается для деталей, различных конструктивно, но сходных технологически.

Пример типового технологического процесса

По критерию новизны и инновационности различают такие виды технологических процессов, как:

Типичные. Основные технологические процессы используют традиционные, проверенные конструкции, технологии и операции обработки материалов, инструмента и оснастки.
Перспективные. Такие процессы используют самые передовые технологии, материалы, инструменты, характерные для предприятий — лидеров отрасли.

По критерию степени детализации различают следующие виды технологических процессов:

Маршрутный техпроцесс исполняется в виде маршрутной карты, содержащей информацию верхнего уровня: перечень операций, их последовательность, класс или группа используемого оборудования, технологическая оснастка и общая норма времени.
Пооперационный техпроцесс содержит детализированную последовательность обработки вплоть до уровня переходов, режимов и их параметров. Исполняется в виде операционной карты.

Пример маршрутной карты

Пооперационный техпроцесс был разработан во время Второй Мировой войны в США в условиях нехватки квалифицированной рабочей силы. Детальные и подробные описания каждой стадии технологического процесса позволили привлечь к работе людей, не имевших производственного опыта и в срок выполнить большие военные заказы. В условиях мирного времени и наличия, хорошо обученного и достаточно опытного производственного персонала использование такого вида технологического процесса ведет к непроизводительным расходам. Иногда возникает ситуация, в которой технологи старательно издают толстые тома операционных карт, служба технической документации тиражирует их в положенном числе экземпляров, а производство не открывает эти талмуды. В цеху рабочие и мастера за многие годы работы накопили достаточный опыт и приобрели достаточно высокую квалификацию для того, чтобы самостоятельно выполнить последовательность операций и выбрать режимы работы оборудования. Таким предприятиям имеет смысл подумать об отказе от операционных карт и замене их маршрутными.

Существуют и другие классификации видов технологических процессов.

Основные элементы

Выделяют самые различные элементы технологической операции. Основными можно назвать следующие:

Установка. Эта часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении, проводится в самом начале. Ей уделяется также довольно много внимания, так как допущенные ошибки могут стать причиной смещения заготовки при ее обработке.
Позиция. Законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством, должна проводится при фиксировании положения заготовки. Стоит учитывать, что на данном этапе может проводиться и сборка технологической оснастки, которая отвечает за непосредственную фиксацию заготовки.
Технологический переход. Технологический процесс перехода могут осуществляться в рамках одной операции без изменения ранее установленных режимов работы. Он осуществляется в случае, когда обработка заготовки не может быть завершена по причине недостаточной функциональности оборудования. Количество переходов во многом зависит от того, насколько сложна заготовка. Нумерация переходов проводится с учетом последовательности механической обработки заготовки.
Рабочий ход. Именно этот элемент технологической операции считается наиболее важным, так как он обеспечивает механическое удаление материала с поверхности для придания требуемой формы и размеров. Как правило, совершается перемещение инструмента относительно поверхности заготовки с заданными параметрами при определенном углублении режущей кромки в обрабатываемый материал. Также при рабочем ходе обеспечивается обработка поверхности для получения определенной шероховатости. Рабочий ход может быть продольным или поперечным, при этом определяется глубина и скорость резания, а также многие другие параметры. Как правило, он более продолжительный и точный, рассчитан на оказание серьезного механического воздействия на рабочий орган.
Вспомогательный ход. Он также является неотъемлемой частью технологического процесса. Вспомогательный ход представлен однократным перемещением инструмента относительно заготовки, однако при этом не происходит изменение формы, размеров и других параметров заготовки. Применяется вспомогательный ход в большинстве случаев для смещения основных органов относительно заготовки. Примером можно назвать подвод инструмента в зону резания, а также фиксирующего элемента.
Наладка. Перед непосредственным производством проводится наладка оборудования, а также применяемой оснастки. Наладка предусматривает установку всех приспособлений, выверку размера инструмента и их положения. Наладочному процессу уделяется довольно много внимания, так как неправильная фиксация инструмента может привести к весьма серьезным последствиям. Сложнее всего провести наладку станков с ЧПУ, так как они должны обеспечивать высокую точность обработки. Кроме этого, часто финишным этапом проводимой наладки становится контрольная обработка заготовки, в ходе которой определяется точность и другие моменты.
Подналадка. Еще одним вспомогательным процессом можно назвать подналадку, которую выделяют крайне редко. Она предусматривает регулировку технологического оборудования или применяемой технологической оснастки. В некоторых случаях только после того, как было налажено производство можно определить неправильное позиционирование инструмента и технологической оснастки.
Технологическое оборудование. Также встречаются различные средства обеспечения проводимой процедуры. В эту категорию относят материалы и заготовки, а также требуемую оснастку. Встречается в продаже просто огромное количество различной оснастки, которая существенно упрощает поставленную задачу по обработке заготовки самой различной формы и размеров.
Технологическая оснастка. Это определение применяется для определения технологического оснащения, без которого провести обработку заготовки практически невозможно. Она может быть самой различной, подбирается в зависимости от того, какая процедура проводится.

В целом можно сказать, что технологическая операция является сложной процедурой, которая состоит из довольно большого количества различных частей

Определение и характеристика

ГОСТ дает научно строгое, но сформулированное слишком сухим и наукообразным языком определение технологического процесса. Если же говорить о понятии технологического процесса более понятным языком, то технологический процесс — это совокупность выстроенных в определенном порядке операций. Он направлен на превращение сырья и заготовок в конечные изделия. Для этого с ними совершают определенные действия, обычно выполняемые механизмами. Технологический процесс не существует сам по себе, а является важнейшей частью более общего производственного процесса, включающего в себя в общем случае также процессы контрактации, закупки и логистики, продажи, управления финансами, административного управления и контроля качества.

Схема технологического процесса

Технологи на предприятии занимают весьма важное положение. Они являются своего рода посредниками между конструкторами, создающими идею изделия и выпускающими его чертежи, и производством, которому предстоит воплощать эти идеи и чертежи в металл, дерево, пластмассу и другие материалы

При разработке техпроцесса технологи работают в тесном контакте не только с конструкторами и производством, но и с логистикой, закупками, финансами и службой контроля качества. Именно техпроцесс и является той точкой, в которой сходятся требования всех этих подразделений и находится баланс между ними.

Описание технологического процесса должно содержаться в таких документах, как:

Маршрутная карта — описание высокого уровня, в нем перечислены маршруты перемещения детали или заготовки от одного рабочего места к другому или между цехами.
Операционная карта – описание среднего уровня, более подробное, в нем перечислены все операционные переходы, операции установки-съемки, используемые инструменты.
Технологическая карта — документ самого низкого уровня, содержит самое подробное описание процессов обработки материалов, заготовок, узлов и сборок, параметры этих процессов, рабочие чертежи и используемая оснастка .

Технологическая карта даже для простого на первый взгляд изделия может представлять собой довольно толстый том.

Технологическая карта

Для сравнения и измерения технологических процессов серийного производства применяются следующие характеристики:

Цикл технологической операции — длительность (измеряется в секундах, часах, днях, месяцах) операции, повторяющейся с определенной периодичностью. Отсчитывается от момента начала операции до момента ее окончания. Длительность цикла не зависит от числа заготовок или деталей, обрабатываемых одномоментно.
Такт выпуска изделия – промежуток времени, через который выпускается это изделие. Рассчитывается как отношение времени, за которое выпускается определенное количество изделий, к этому количеству. Так, если за 20 минут было выпущено 4 изделия, то такт выпуска будет равен 20/4=5 минут/штуку .
Ритм выпуска – величина, обратная такту, определяется как число изделий, выпускаемых в единицу времени (секунду, час, месяц и т.п.).

В дискретном производстве такие характеристики технологических процессов не находят применения ввиду малой повторяемости изделий и больших сроков их выпуска.

Производственная программа — представляет собой список названий и учетных номеров выпускаемых изделий, причем для каждой позиции приводится объемы и сроки выпуска.

Производственная программа

Производственная программа предприятия складывается из производственных программ его цехов и участков. Она содержит:

Перечень выпускаемых изделий с детализацией типов, размеров, количества.
Календарные планы выпуска с привязкой к каждой контрольной дате определенного объема выпускаемых изделий.
Количество запасных частей к каждой позиции в рамках процесса поддержки жизненного цикла изделий.
Подробную конструкторско-технологическую документацию, трехмерные модели, чертежи, деталировки и спецификации.
Техусловия на производство и методики управления качеством, включая программы и методики испытаний и измерений.

Производственная программа является разделом общего бизнес-плана предприятия на каждый период планирования.