Vakuuma pārklāšanas iekārtu automatizācijas vadības attīstības tendences

Asvakuuma pārklāšanas tehnoloģijaturpina paplašināties pusvadītāju, fotoelektrisko elementu, automobiļu detaļu, optisko ierīču, displeju, precīzijas instrumentu, dekoratīvās aparatūras un modernu funkcionālo materiālu jomā, taču prasības pārklāšanas iekārtām ievērojami mainās. Klientus vairs neuztrauc tikai tas, vai iekārta var uzklāt konkrētu plēvi. Viņi arvien vairāk izvērtē, vai iekārta var saglabāt procesa stabilitāti, nodrošināt partiju konsekvenci, atbalstīt ražošanas izsekojamību, integrēties ar rūpnīcas vadības sistēmām un droši darboties ilgstošos ražošanas ciklos.

Ņemot vērā iepriekšminēto, automatizācijas vadība ir kļuvusi par vienu no galvenajām tehnoloģijām, kas nosaka vakuuma pārklāšanas iekārtu kopējo veiktspēju. Izstrādes uzmanības centrā pakāpeniski tiek likta pāreja no pamata secības vadības uz integrētu procesu vadību, uz datiem balstītu optimizāciju, inteliģentu darbību un apkopi, kā arī rūpnīcas līmeņa savienojamību.

No autonomas secības vadības līdz integrētai sistēmas koordinācijai

Agrīnās vakuuma pārklāšanas iekārtas galvenokārt balstījās uz programmējamiem loģiskajiem kontrolieriem, relejiem un neatkarīgiem vadības moduļiem, lai veiktu pamatdarbības, piemēram, vakuuma sūknēšanu, vārstu pārslēgšanu, substrāta rotāciju, sildīšanu, gāzes padevi un barošanas avota aktivizēšanu. Šī arhitektūra varēja apmierināt relatīvi vienkāršas ražošanas prasības, taču atsevišķas apakšsistēmas bieži tika vadītas atsevišķi, kā rezultātā datu apmaiņa bija ierobežota un procesa parametri nebija pietiekami koordinēti.

Mūsdienu vakuuma pārklāšanas sistēmas arvien vairāk izmanto izkliedētu vadības arhitektūru, kas apvieno PLC, rūpnieciskos datorus, kustības kontrollerus, viedos instrumentus un cilvēka un mašīnas saskarnes. Vakuuma sistēma, pārklāšanas barošanas avoti, masas plūsmas kontrolleri, substrāta nobīdes ierīces, sildīšanas moduļi, dzesēšanas ķēdes, pārvades mehānismi un plēves biezuma uzraudzības ierīces ir integrētas vienotā vadības platformā.

Tas ļauj sistēmai koordinēt sūknēšanas secības, gāzes plūsmu, kameras spiedienu, mērķa jaudu, substrāta temperatūru, nobīdes spriegumu, uzklāšanas laiku un transportēšanas ātrumu saskaņā ar iepriekš definētām procesa receptēm. Tā vietā, lai izpildītu atsevišķas komandas, vadības sistēma pārvalda visu pārklāšanas ciklu kā savstarpēji savienotu procesu.

Arī drošības bloķēšanas ierīces kļūst arvien visaptverošākas. Sistēma nepārtraukti uzrauga kameras spiedienu, dzesēšanas ūdens plūsmu, barošanas avota stāvokli, durvju pozīciju, gāzes spiedienu, mērķa temperatūru, motora slodzi un anomālus loka notikumus. Ja parametrs pārsniedz atļauto darbības diapazonu, iekārta var automātiski apturēt procesu, izslēgt attiecīgo barošanas avotu, izolēt gāzes padevi vai pāriet drošā darba stāvoklī. Tas samazina iekārtu bojājumu, pārklājuma defektu un operatora kļūdu risku.

Slēgtas cilpas vadība kļūst par procesa stabilitātes atslēgu

Tā kā pārklājumu pielietojumi virzās uz plānākām plēvēm, sarežģītākām daudzslāņu struktūrām un stingrākām veiktspējas pielaidēm, atvērta cikla vadība, kuras pamatā ir tikai fiksēts procesa laiks un iepriekš iestatīta jauda, ​​vairs nav pietiekama. Nākamais automatizācijas attīstības posms ir vērsts uz slēgta cikla procesa vadību.

Slēgtas cilpas sistēmā reāllaikā var uzraudzīt tādus parametrus kā kameras spiediens, reaktīvās gāzes parciālais spiediens, nogulsnēšanās ātrums, plēves biezums, optiskā veiktspēja, substrāta temperatūra un mērķa spriegums. Vadības sistēma pēc tam automātiski pielāgo gāzes plūsmu, izsmidzināšanas jaudu, iztvaikošanas ātrumu, substrāta nobīdi vai transportēšanas ātrumu atbilstoši izmērītajiem rezultātiem.

Piemēram, reaktīvās magnetrona izsmidzināšanas procesā procesam jāpaliek stabilā darbības logā starp mērķa metālisko režīmu un saindēto režīmu. Nelielas reaktīvās gāzes plūsmas, sūknēšanas ātruma, mērķa stāvokļa vai kameras sienas stāvokļa variācijas var izraisīt būtiskas izmaiņas nogulsnēšanās ātrumā, plēves sastāvā, optiskajās īpašībās un elektriskajā veiktspējā. Apvienojot spiediena kontroli, plazmas emisijas uzraudzību, barošanas avota atgriezenisko saiti un augstas precizitātes masas plūsmas regulēšanu, sistēma var dinamiski kompensēt procesa svārstības un uzlabot pārklājuma atkārtojamību.

Optisko pārklājumu iekārtās kvarca kristālu uzraudzību, optisko uzraudzību un nogulsnēšanās ātruma atgriezenisko saiti var integrēt ar iztvaikošanas avotu vai izsmidzināšanas barošanas avotu. Tas ļauj precīzāk kontrolēt atsevišķu slāņu biezumus daudzslāņu optiskajos steksos. Nepārtrauktas darbības pārklāšanas sistēmās plēves biezumu un vienmērīgumu var regulēt arī, koordinēti kontrolējot katoda jaudu, gāzes sadali, substrāta transportēšanas ātrumu un mērķa-substrāta ģeometriju.

Slēgtas cilpas vadības mērķis nav tikai padarīt sistēmu automatizētāku. Tās pamatvērtība ir samazināt atkarību no operatora pieredzes un pārvērst procesa zināšanas izmērāmā, atkārtojamā un izsekojamā vadības loģikā.

Receptūru pārvaldība un datu izsekojamība virzās uz integrāciju rūpnīcas līmenī

Procesa recepšu pārvaldība ir kļuvusi par būtisku funkciju mūsdienu vakuuma pārklāšanas iekārtās. Pilnīga recepte var saturēt desmitiem vai pat simtiem parametru, tostarp sūknēšanas posmus, bāzes spiediena prasības, gāzes plūsmas iestatījumus, jaudas pieauguma līknes, substrāta sildīšanas profilus, nobīdes programmas, uzklāšanas laiku, slāņu secību, dzesēšanas apstākļus un izkraušanas kritērijus.

Uzlabotas vadības sistēmas nodrošina recepšu versiju pārvaldību, lietotāju autorizāciju, parametru izmaiņu ierakstus un ražošanas partijas saistīšanu. Operatori var tieši izsaukt apstiprinātu recepti, savukārt kritisko parametru neatļautas izmaiņas var ierobežot. Jebkuras procesa izmaiņas var reģistrēt ar lietotājvārdu, laiku, modificēto vērtību un modifikācijas iemeslu.

Vienlaikus iekārtu dati arvien vairāk tiek savienoti ar ražošanas izpildes sistēmām, uzraudzības kontroles sistēmām un uzņēmumu datu platformām. Komunikācijas metodes pakāpeniski pāriet no patentētām saskarnēm uz standartizētiem rūpnieciskajiem protokoliem.

OPC UA nodrošina no platformas neatkarīgu ietvaru drošai un uzticamai saziņai starp iekārtām, vadības sistēmām un uzņēmuma lietojumprogrammām. Tas atbalsta strukturētu informācijas modelēšanu, autentifikāciju, šifrēšanu un datu integritātes aizsardzību, padarot to piemērotu integrācijai starp iekārtām un starp iekārtām un rūpnīcu.

Pusvadītāju un progresīvās elektronikas ražošanā SECS/GEM, GEM300 un iekārtu datu iegūšanas standarti tiek plaši izmantoti, lai atbalstītu iekārtu komunikāciju, attālinātu komandu izpildi, materiālu izsekošanu, trauksmes ziņojumu sniegšanu un liela apjoma procesu datu iegūšanu. EDA, kas pazīstama arī kā saskarne A, izstrāde atspoguļo nozares pieaugošo pieprasījumu pēc strukturētiem un augstas caurlaidspējas iekārtu datiem, kas pārsniedz tradicionālo notikumu un statusa komunikāciju.

Vakuuma pārklāšanas iekārtu ražotājiem saderība ar šiem komunikācijas standartiem kļūs arvien svarīgāka, jo īpaši automatizētās pusvadītāju, fotoelektrisko, displeju, akumulatoru un augstas klases optisko iekārtu ražošanas līnijās.

Uz datiem balstīta procesu optimizācija un inteliģenta apkope

Tā kā vakuuma pārklāšanas iekārtās tiek integrēts vairāk sensoru, vadības sistēma var apkopot lielu apjomu darbības datu, tostarp izsūknēšanas līknes, spiediena svārstības, gāzes patēriņu, jaudas viļņu formas, loka frekvenci, mērķa izmantošanu, substrāta temperatūru, dzesēšanas ūdens apstākļus, vārsta reakcijas laiku, motora strāvu un pārklāšanas cikla ilgumu.

Šo datu vērtība slēpjas ne tikai glabāšanā, bet arī spējā atbalstīt kļūmju noteikšanu, procesu optimizāciju un iekārtu stāvokļa novērtēšanu.

Analizējot vēsturiskos darbības datus, sistēma var identificēt neparastas tendences pirms kļūmes rašanās. Pakāpeniska izsūknēšanas laika palielināšanās var norādīt uz kameras piesārņojumu, blīvējuma degradāciju, vakuumsūkņa veiktspējas samazināšanos vai nelielu noplūdes punktu. Loka frekvences palielināšanās var būt saistīta ar mērķa saindēšanos, virsmas piesārņojumu, nestabilu reaktīvās gāzes kontroli vai neparastiem barošanas apstākļiem. Motora strāvas vai vibrācijas izmaiņas var norādīt uz transmisijas komponentu vai substrāta stiprinājumu nodilumu.

Tas ļauj pāriet no plānotās apkopes uz uz stāvokli balstītu un paredzamu apkopi. Tā vietā, lai nomainītu komponentus tikai pēc fiksētiem laika intervāliem, apkopi var organizēt, pamatojoties uz faktisko iekārtu stāvokli, procesa stabilitāti un komponentu veiktspējas tendencēm.

Viedās ražošanas pētījumi arvien vairāk apvieno procesu kontroli ar prognozēšanu, diagnostiku, iekārtu veselības pārvaldību, rūpniecisko mākslīgo intelektu un drošām savienotām sistēmām. Tomēr rūpnieciskais mākslīgais intelekts vakuuma pārklāšanā nav jāuztver kā pilnīgs procesu inženieru aizstājējs. Tā praktiskākā loma ir palīdzēt parametru korelācijas analīzē, anomāliju noteikšanā, apkopes ieteikumos, procesa logu identificēšanā un kvalitātes prognozēšanā.

Vērtīgākie pielietojumi būs tie, kas apvieno pārklāšanas procesa zināšanas ar uzticamiem iekārtu datiem. Bez skaidri definētiem procesa mehānismiem, kalibrētiem sensoriem un standartizētiem datiem, tīri algoritmu vadīta optimizācija var radīt nestabilus vai grūti izskaidrojamus rezultātus.

Digitālie dvīņi un virtuālā nodošana ekspluatācijā

Paredzams, ka digitālā dvīņa tehnoloģija kļūs par vēl vienu svarīgu virzienu vakuuma pārklāšanas iekārtu automatizācijā. Digitālais dvīnis nav vienkārši trīsdimensiju iekārtas modelis. Tas ir virtuāls attēlojums, kas apvieno iekārtas struktūru, vadības loģiku, procesa parametrus, darbības datus un simulācijas modeļus.

Iekārtu izstrādes laikā inženieri var izmantot virtuālo nodošanu ekspluatācijā, lai pārbaudītu sūknēšanas secības, vārstu loģiku, kustības ceļus, drošības bloķējumus, recepšu izpildi un anomālu stāvokļu apstrādi, pirms fiziskā iekārta ir pilnībā salikta. Tas palīdz identificēt vadības konfliktus un projektēšanas kļūdas jau projekta sākumā.

Ražošanas laikā digitālais dvīnis var saņemt reāllaika datus no fiziskā aprīkojuma un atspoguļot tā darbības stāvokli. Apvienojumā ar procesu modeļiem un vēsturiskiem datiem tas var atbalstīt attālinātu diagnostiku, veiktspējas analīzi, apkopes plānošanu, operatoru apmācību un procesu optimizāciju. Digitālie dvīņi arvien vairāk tiek izmantoti, lai simulētu, prognozētu, uzraudzītu un optimizētu rūpnieciskos aktīvus un ražošanas sistēmas visā to dzīves ciklā.

Sarežģītām vakuuma pārklāšanas sistēmām, īpaši daudzkameru ražošanas līnijām, ruļļu pārklāšanas sistēmām, pusvadītāju pārklāšanas platformām un daudzslāņu optiskās pārklāšanas iekārtām, digitālie dvīņi var palīdzēt koordinēt vakuuma veiktspēju, materiālu plūsmu, nogulsnēšanas procesus un ražošanas takta laiku vienā virtuālā vidē.

Kiberdrošība un attālinātā apkalpošana kļūs par aprīkojuma pamatfunkcijām

Vakuuma pārklāšanas iekārtām kļūstot arvien savienotākām, kiberdrošību vairs nevar uzskatīt par papildu informācijas tehnoloģiju funkciju. Attālā apkope, mākonī balstīta datu analīze, rūpnīcu tīklošana un iekārtu un MES komunikācija palielina potenciālo piekļuves punktu skaitu.

Nākotnes vadības sistēmām būs nepieciešamas skaidrāk definētas lietotāju lomas, piekļuves atļaujas, saziņas šifrēšana, sertifikātu pārvaldība, darbību žurnāli, droši attālināti savienojumi, programmatūras versiju kontrole un dublēšanas mehānismi. Vadības tīklam jābūt arī pienācīgi atdalītam no biroja un publiskajiem tīkliem.

Rūpniecisko vadības sistēmu drošība ir vērsta uz iekārtu pieejamības, procesu integritātes, darbības nepārtrauktības un ražošanas datu aizsardzību. Drošai ieviešanai ir nepieciešama gan loģiska piekļuves kontrole, gan fiziskā aizsardzība, kā arī efektīvi atklāšanas un reaģēšanas mehānismi.

Attālā apkalpošana turpinās attīstīties, taču tā pāries no vienkāršas ekrāna koplietošanas uz drošām diagnostikas platformām. Iekārtu piegādātāji varēs attālināti pārskatīt trauksmes ierakstus, procesu tendences, sistēmas statusu un komponentu veselības datus, piekļuvei saglabājoties autorizētai, ierobežotai laikā un izsekojamai.

Vakuuma pārklāšanas iekārtu automatizētā vadība attīstās no pamata mašīnu darbības uz visaptverošu procesu, datu, kvalitātes un iekārtu dzīves cikla veiktspējas pārvaldību.

Nākotnes sistēmās lielāks uzsvars tiks likts uz modulāru programmatūras arhitektūru, standartizētām komunikācijas saskarnēm, slēgtas cilpas procesu regulēšanu, augstfrekvences datu iegūšanu, viedu kļūmju diagnostiku, digitālajiem dvīņiem, enerģijas pārvaldību un kiberdrošību. Vadības platforma ne tikai noteiks, vai iekārta var darboties automātiski, bet arī to, vai tā var uzturēt stabilu plēves kvalitāti, pielāgoties vairākiem produktiem, integrēties automatizētās rūpnīcās un atbalstīt ilgtermiņa ražošanas optimizāciju.

Vakuuma pārklāšanas iekārtu ražotājiem konkurētspēja arvien vairāk būs atkarīga no spējas integrēt mehānisko projektēšanu, vakuuma tehnoloģiju, pārklāšanas procesus, elektrisko vadību, programmatūras inženieriju, datu analīzi un rūpnieciskās komunikācijas standartus.

Tāpēc automatizācija vairs nebūs tikai vakuuma pārklāšanas iekārtu palīgfunkcija. Tā kļūs par galveno spēju, kas savienos pārklāšanas tehnoloģiju ar inteliģentu ražošanu un noteiks, vai progresīvus pārklāšanas procesus var pārnest no laboratorijas izstrādes uz stabilu, efektīvu un izsekojamu masveida ražošanu.

— Šo rakstu publicējavakuuma pārklāšanas iekārtu ražotājsZhenhua vakuums