Для чего нужен техпроцесс
Технологический процесс
Технологический процесс (ТП), сокр. техпроцесс — это упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения исходных данных до получения требуемого результата.
Практически любой технологический процесс можно рассматривать как часть более сложного процесса и совокупность менее сложных (в пределе — элементарных) технологических процессов. Элементарным технологическим процессом или технологической операцией называется наименьшая часть технологического процесса, обладающая всеми его свойствами. То есть это такой ТП, дальнейшая декомпозиция которого приводит к потере признаков, характерных для метода, положенного в основу данной технологии. Как правило, каждая технологическая операция выполняется на одном рабочем месте не более, чем одним сотрудником. Примером технологических операций могут служить ввод данных с помощью сканера штрих-кодов, распечатка отчета, выполнение SQL-запроса к базе данных и т. д.
Технологические процессы состоят из технологических (рабочих) операций, которые, в свою очередь, складываются из технологических переходов.
Содержание
Определения
Технологическим переходом называют законченную часть технологической операции, выполняемую с одними и теми же средствами технологического оснащения.
Вспомогательным переходом называют законченную часть технологической операции, состоящей из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.
Для осуществления техпроцесса необходимо применение совокупности орудий производства — технологического оборудования, называемых средствами технологического оснащения.
Установ — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или сборочной единицы.
Виды техпроцессов
В зависимости от применения в производственном процессе для решения одной и той же задачи различных приёмов и оборудования различают следующие виды техпроцессов:
В промышленности и сельском хозяйстве описание технологического процесса выполняется в документах, именуемых операционная карта технологического процесса (при подробном описании) или маршрутная карта (при кратком описании).
Технологические процессы делят на типовые и перспективные.
Управление проектированием технологического процесса осуществляется на основе маршрутных и операционных технологических процессов.
Этапы ТП
Технологический процесс обработки данных можно разделить на четыре укрупненных этапа:
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).
Техпроцессы в электронной промышленности
При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография и литографическое оборудование. Разрешающая способность этого оборудования (т. н. проектные нормы) и определяет название применяемого техпроцесса.
Для чего нужен техпроцесс
Чтобы быстро и правильно обработать деталь, нужно заранее предусмотреть наиболее целесообразную последовательность обработки, выбрать станок, на котором должна производиться обработка, выбрать режущие и измерительные инструменты, а также приспособления, необходимые для обработки, назначить режимы резания. Эти данные, определяющие весь процесс обработки заготовки до ее превращения в готовую деталь, установленные заранее техническим документом, составляют технологический процесс.
Технологический процесс является основой организации всего производства. На основании разработанного технологического процесса определяется количество необходимого оборудования, инструмента и приспособлений, число рабочих и обслуживающего персонала для выполнения заданной программы по выпуску деталей.
Технологический процесс связывает между собой все звенья производства. Поэтому точное соблюдение установленного технологического процесса является необходимым условием правильной организации производства. Технологический процесс на производстве является законом, который никому нельзя нарушать.
2. Элементы технологического процесса
Технологический процесс может состоять из одной или нескольких операций.
Операцией называется законченная часть технологического процесса обработки одной или нескольких деталей, которая выполняется на одном станке одним рабочим.
Новая операция начинается тогда, когда рабочий, закончив часть обработки у всей партии деталей, приступает к дальнейшей обработке той же партии деталей, либо переходит к обработке новых деталей.
Поясним понятие «операция» на примере обработки конуса муфты (рис. 281), изготовляемого из литой заготовки, имеющей отверстие диаметром 38 мм.
На рис. 283 показан пример, когда партия тех же деталей обрабатывается за две операции. Сначала все детали партии обрабатываются последовательно по всем размерам с одной стороны (рис. 283, а—д) — это составляет I операцию. Затем у всех деталей партии, последовательно устанавливаемых другой стороной, обрабатываются остальные поверхности детали (рис. 283, е-з). Это составляет II операцию технологического процесса.
Иногда технологический процесс расчленяют на более мелкие операции рис. 284. Например, сначала последовательно у всех деталей партии подрезают торец и обтачивают наружную цилиндрическую поверхность (рис. 284, а—б); это будет I операция. Затем подрезают торец в размер 90 мм у всех деталей партии, растачивают отверстие 
40А3 насквозь и вытачивают фаску 2 х 45° (рис. 284, в—д) — это будет II операция. Затем обтачивают отдельно коническую поверхность (рис. 284, е), что составляет III операцию. Наконец вытачивают канавку шириной 10 +0,1 мм до 64 мм и фаску 2 X 45° (рис. 284, ж—д). Это будет IV операция.
Таким образом, операция может быть простой, содержащей один-два вида обработки (см. рис. 284, е, ж,з), и сложной, содержащей несколько видов обработки.
Рассмотрим это на примере обработки конуса муфты. В первом варианте (см. рис. 282) технологический процесс состоит из одной операции, но в этой операции две установки. Первая установка А включает в себя всю обработку заготовки с одной стороны и растачивание сквозного отверстия диаметром 40А3) (см. рис. 282, а—д), после чего деталь снимается со станка. Вторая установка Б начинается с закрепления заготовки другой стороной и включает в себя подрезание торца в размер 90 мм, вытачивание фаски 2 X 45° и обтачивание конуса (см. рис. 282, е—з).
Во втором варианте (см. рис. 283), когда партия тех же деталей обрабатывается за две операции, общее число установок остается то же, но здесь каждая операция состоит из одной установки.
В третьем варианте (см. рис. 284), когда партия деталей обрабатывается за четыре операции, число установок будет также четыре. Могут быть случаи, когда одна из операций содержит две установки, а остальные — по одной и наоборот.
Для пояснения используем рассмотренные выше примеры обработки конуса муфты. При изготовлении этой детали за одну операцию (см. рис. 282) первый переход заключается в подрезании торца (см. рис. 282, а). Обработка в этом случае производится проходным отогнутым резцом с определенным режимом резания.
Таким образом, технологический процесс изготовления конуса муфты в первом варианте (см. рис. 282) состоит из одной операции и двух установок. В первой установке имеется пять переходов, во второй — три. Технологический процесс во втором варианте (см. рис. 283) состоит из двух операций. Первая операция содержит одну установку и пять переходов, а вторая — одну установку и три перехода. В третьем варианте (см. рис. 284) технологический процесс состоит из четырех операций и четырех установок; первая установка содержит два перехода, вторая — три перехода, третья-один переход и четвертая — два перехода.
З. Принципы построения технологического процесса
Технологический процесс можно строить:
а) по принципу укрупнения операций, когда в одной операции сосредоточивается большое число переходов;
б) по принципу расчленения операций, когда процесс обработки расчленяется на ряд отдельных простейших операций, в которых иногда каждый переход выполняется за отдельную установку.
При укрупнении операций полнее обеспечивается соосность и большая точность взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, так как обработка их производится за одну установку.
По этому принципу построен технологический процесс обработки конуса муфты за одну операцию (см. рис. 282).
При укрупнении операций уменьшается, как правило, общее число установок, что весьма важно при обработке таких деталей, установка которых требует значительной затраты времени.
По принципу укрупнения операций работают револьверные и многорезцовые токарные станки, полуавтоматы и автоматы.
При расчленении операций на ряд простейших наладка станка для выполнения каждой операции производится только один раз для первой детали партии, остальные детали обрабатываются по этой настройке.
Принцип расчленения операций дает возможность широко использовать упоры, позволяет более рационально организовать рабочее место, развивать автоматичность рабочих движений, связанных с установкой и снятием заготовки, подводом и отводом режущего инструмента.
При расчленении операций значительно увеличивается число установок, поэтому необходимо иметь быстродействующие установочные приспособления, обеспечивающие быструю и точную установку заготовки для каждой операции.
По принципу расчленения операций построен технологический процесс изготовления конуса муфты за четыре операции (см. рис. 284).
4. Выбор способа обработки
При обработке деталей нужно стремиться снять весь имеющийся припуск за один проход, однако это не всегда возможно. Обычно обрабатываемая заготовка имеет неравномерный припуск вследствие неровностей ее поверхностей, неточного центрирования при установке и др. Вследствие неравномерного припуска различные участки обрабатываемой поверхности обрабатываются при различных условиях резания. Это может вызвать на различных участках обработки различный по величине отжим резца и детали, что отразится на точности формы и размерах обрабатываемых поверхностей.
Поэтому при обработке поверхностей, где требуется точное выполнение формы и размеров (в пределах 2—3 классов), обработку делят на черновую и чистовую.
При черновой обработке снимается большая часть припуска, срезаются неровности припуска, а при чистовой заготовке окончательно обрабатывают до требуемого размера.
При обработке деталей значительными партиями рекомендуется черновую и чистовую обработки производить на разных станках — обдирочных и отделочных. Это нужно для того, чтобы продлить срок службы отделочных станков, от которых зависит точность и чистота обработанных поверхностей детали.
Отдельные поверхности детали могут быть обработаны различными способами. Например, обработку отверстий можно выполнить сверлом; сверлом и резцом; сверлом и зенкером; сверлом, зенкером и разверткой. При этом обработка сверлом является наиболее производительным способом, но наименее точным, обработка же сверлом, зенкером и разверткой наиболее точным, но наименее производительным.
Нарезание наружной резьбы может быть выполнено резьбовым резцом, резьбовой гребенкой, плашкой. В случае нарезания резьбы небольшого диаметра наиболее производительным является нарезание плашкой.
Если же высокопроизводительные способы обработки не могут обеспечить необходимой точности и чистоты обработанной поверхности или других технических условий, нужно стремиться возможно большую часть предварительной обработки выполнить высокопроизводительными способами, а окончательную обработку производить другими способами, иногда и менее производительными, но обеспечивающими необходимые технические требования.
5. Понятие о базах
Для правильного построения технологического процесса очень важно заранее выбрать поверхность, по которой должна производиться установка заготовки на станке. Такая поверхность называется установочной базой.
Выбор баз является одной из важнейших задач, которые решаются при составлении технологического процесса. От того, как осуществляется базирование, в большинстве случаев зависит выполнение технических требований к взаимному расположению поверхностей деталей (соосность, перпендикулярность и т. д.).
Установочную базу, используемую на первой установке, называют первичной базой. Первичной базой обычно пользуются один раз на первой установке. На этой базе обычно обрабатывают ту поверхность, которая на последующих установках должна служить установочной базой.
При выборе первичных баз нужно исходить из следующих основных положений.
1. За первичную базу следует принимать такую поверхность заготовки, которая позволяет подготовить базу для последующей обработки других поверхностей.
Поясним это на примере. Пусть требуется обработать деталь, показанную на рис. 285. За первичную базу следует принять поверхность а фланца и на этой базе обработать цилиндрический участок диаметром 80 мм, подрезать торец фланца и торец цилиндрического участка. Поверхность обработанного цилиндра диаметром 80 мм будет служить базой второй установки для обработки второго наружного торца фланца.
Если в качестве первичной базы принять поверхность необработанного цилиндрического участка диаметром 80 мм и обработать на этой базе торец фланца, то база для дальнейшей обработки детали с другой стороны не будет подготовлена (обработанный торец фланца может служить базой только при условии закрепления детали на планшайбе со сложной установкой). Следовательно, поверхность цилиндрического участка за первичную базу принимать нельзя.
2. Для деталей, которые обрабатываются не по всем поверхностям, за первичную базу следует принимать ту поверхность, которая не обрабатывается (остается в черном виде), так как в этом случае базовые поверхности будут иметь наименьшее смещение относительно обработанных поверхностей. Например, при обработке детали,показанной на рис. 286, за базу следует принять необрабатываемую поверхность а. В этом случае смещение отверстия диаметром 40А3 относительно наружной поверхности будет наименьшим.
3. Для деталей, обрабатываемых кругом, за первичную базу следует принимать поверхности, имеющие наименьший припуск на обработку. В. этом случае будет наибольшая гарантия, что не получится брака из-за неправильного распределения припуска.
4. Нужно стремиться, чтобы поверхности, принимаемые за первичные базы, были по возможности чистыми и ровными.
5. Поверхности, принимаемые за первичные базы, должны позволять надежно закрепить заготовку, чтобы можно было производить обработку со скоростными режимами резания.
Чистовыми базами называются обработанные поверхности, используемые в качестве баз при выполнении операций, на которых поверхности детали получают окончательные размеры.
При выборе чистовой базы следует исходить из следующих основных положений.
1. В качестве чистовой базы следует принимать такую обработанную поверхность, которая может служить базой для обработки возможно большего числа поверхностей.
2. При обработке точных деталей за чистовую базу следует принимать по возможности ту поверхность, на которой готовая деталь устанавливается при работе в машине. В этом случае точность установки детали при обработке будет наибольшей. Например, при обработке зубчатого колеса (рис. 287) за чистовую базу лучше всего принять обработанное отверстие диаметром 40А3, так как колесо этим же отверстием устанавливается на вал машины. Рассмотрим примеры выбора чистовых баз и способов закрепления заготовок на этих базах.
1. При обтачивании деталей типа вал в качестве базы принимают центровые отверстия на торцах вала. Преимущество таких баз заключается в том, что они позволяют в процессе обработки многократно устанавливать детали без дополнительной выверки и без специальных установочных приспособлений, что особо важно в тех случаях, когда технологический процесс строится по принципу расчленения операций.
2. При обтачивании деталей типа втулка, когда наружная поверхность имеет форму цилиндра и отверстие гладкое цилиндрическое, в качестве чистовой установочной базы иногда принимают отверстие, а иногда — наружную цилиндрическую поверхность.
Если за чистовую базу намечено принять поверхность обработанного отверстия, то поверхность этого отверстия обрабатывается на одной из первых операций. Установку заготовки по отверстию можно производить на оправке.
При обработке деталей, у которых имеются внутренние поверхности с пологими конусами, за базу часто принимают коническую поверхность. Пологая коническая поверхность является очень удобной базой, так как она может служить одновременно и надежным средством для закрепления заготовки при обработке.
Способ закрепления заготовки на конусе обеспечивает точное центрирование, быстроту установки и снятия заготовки. Чаще всего в качестве базы используют коническое отверстие, устанавливая заготовку коническим отверстием на конусную оправку (рис. 288).
6. Дисциплина в технологическом процессе
Строгое соблюдение технологического процесса, оформленного в виде технологической карты, т. е. соблюдение технологической дисциплины, — основной закон нормального хода производства. Где не соблюдается технологический процесс, обычно не выполняется программа и почти всегда получается большой брак деталей. Нарушение технологической дисциплины недопустимо на социалистическом предприятии.
Однако технологический процесс любого производства не является мертвой буквой, он должен непрестанно совершенствоваться и подвергаться рационализации.
В нашей стране токари активно участвуют в рационализаторской работе.
В социалистическом производстве методы рационализации технологического процесса должны явиться основным рычагом усовершенствования обработки, удешевления себестоимости продукции, ускорения производства и повышения качества изделия. Поэтому для рабочего-новатора открыты широкие возможности рационализации технологического процесса.
Однако это не значит, что можно изменять технологию самочинно, без разрешения работников, ведающих технологией на заводе. Такое самочинное изменение технологии вместо пользы может принести ущерб производству.
Всякое усовершенствование технологического процесса, предложенное рабочим, должно быть оформлено в виде рационализаторского предложения; после рассмотрения и одобрения усовершенствование вносится в технологическую документацию, т. е. становится частью технологического процесса.
На заводах существуют отделы рабочего изобретательства (БРИЗ), которые имеют своей задачей привлекать рабочих к совершенствованию технологических процессов. За каждое реализованное рационализаторское предложение автору выплачивается денежная премия, величина которой зависит от суммы полученной экономии.
Что такое техпроцесс: меньше — лучше?
Разбираемся в том, что такое техпроцесс, и почему меньше нанометров – это не всегда лучше.
Для многих пользователей главными характеристиками любого процессора до сих пор остаются количество используемых в нем ядер и его тактовая частота. Конечно, отчасти это правда, от них действительно зависит очень многое. Но помимо этого на производительность и энергоэффективность процессора напрямую влияет еще однин не менее важный параметр — технологический процесс.
Сегодня мы расскажем о том, что понимается под техпроцессом, и развеем несколько ошибочных мифов, связанных с этим понятием. Но для лучшего понимания ситуации стоит начать немного издалека.
Немного теории
Любой процессор состоит из множества транзисторов — переключателей, которые могут находиться в одном из двух положений — 1 и 0. Когда через транзистор проходит ток, на выходе мы имеем единицу, когда тока нет — ноль. Отсюда взялись и все низкоуровневые языки программирования, которые напрямую оперируют нулями и единицами.
В пятидесятых годах прошлого тысячелетия роль транзистора играла обычная вакуумная лампочка, из-за чего первые слабенькие компьютеры с несколькими тысячами транзисторов занимали собой целые комнаты. Революция произошла в начале 60-х годов, когда на свет появились первые полевые транзисторы.
Основа любого транзистора — кремний. На него наносятся два удаленных друг от друга слоя проводника — вход и выход. Поскольку проводники находятся на некотором расстоянии друг от друга, при подаче напряжения на вход на выходе по-прежнему остается «0» (нет тока). Для того, чтобы ток мог пройти от одного проводника к другому, на кремниевую подложку наносится еще один на сей раз изолированный проводник, назовем его затвор. Сам по себе затвор не сможет передать ток от входа транзистора на выход (помним, что он изолирован), но при подаче на него тока, вокруг затвора создается электрическое поле, позволяющего току течь от входа проводника на выход. В этом случае транзистор переходит в положение «1» (ток есть).
С каждым годом размеры транзисторов становились все меньше, а плотность их размещения на кристалле увеличивалась. Но по мере уменьшения размеров транзисторов наступил момент, когда затвор уже не мог блокировать ток от входа к выходу — электроны просто проходили через него. И именно в этот момент в сфере полупроводников произошла еще одна революция — место планарных или плоских транзисторов заняли трехмерные, у которых проводящий канал оказался приподнят над кремниевой подложкой. Из-за этого затвор оборачивает его уже с трех сторон, в результате чего он может лучше управлять током. Такая структура транзисторов получила название FinFET, и именно ее использование помогло производителям продолжить уменьшать размеры транзисторов и увеличивать плотность их размещения до когда-то небывалых значений.
Закон Мура и зачем уменьшать транзисторы
Еще в 1975 году основатель Intel Гордон Мур вывел одно эмпирическое наблюдение, получившее название закон Мура. Согласно ему, количество транзисторов на кристалле удваивается каждые 24 месяца. Но зачем вообще нужно увеличивать плотность размещения транзисторов и уменьшать их размеры?
Очевидно, что процессор с несколькими тысячами транзисторов намного слабее, вмещающего в себя 11 миллионов. Но помимо очевидного роста производительности, уменьшение размера транзистора улучшает и его энергоэффективность: чем меньше транзистор, тем меньший ток, требуется для его работы. Уменьшение же размеров затвора снижает время необходимое для переключения транзистора из одного состояния в другое — он начинает работать быстрее.
Что такое техпроцесс
Когда-то давно под техпроцессом понимался размер затвора транзистора, т.е. при 32-нм техпроцессе длина затвора равнялась тем самым 32 нм. Но именно с 32 нм производители перестали придерживаться этого правила, а само понятие техпроцесса во многом превратилось в маркетинговый ход.
Конечно, бытует мнение, что не все так плохо. К примеру, часто можно встретить утверждение, что после разделения понятий «длина затвора» и «техпроцесс», последний оказался напрямую привязан к уже упоминавшемуся нами закону Мура. Раз количество транзисторов на кристалле удваивается каждые два года, то размеры транзистора уменьшаются вдвое, т.е сторона такого транзистора уменьшается в 0,7 раза.
Это была, наверное, последняя попытка производителей хоть как-то упорядочить понятие техпроцесса. Сейчас же он действительно превратился в своеобразный маркетинговый ход, который не имеет ничего общего с реальными цифрами. Более того, 10-нм техпроцесс у одного производителя может кардинально отличаться от того, что под ним понимает другой чипмейкер.
К примеру, 10-нм техпроцесс TSMC использует транзисторы размерами 66х42 нм против 54х44 нм у аналогичного техпроцесса Intel. И, по сути, 10-нм техпроцесс Intel сопоставим с 7-нм у TSMC. Точнее, он сопоставим с ним по размерам транзисторов. Поэтому прогресс по количеству нанометров, по сути, можно рассматривать лишь внутри продукции одной компании.
В то же время, логика «чем меньше, тем лучше» также может стать ошибочной. Все дело в том, что при повышении плотности кристалла на текущем уровне технологий может увеличиваться его нагрев. Следствием этого становятся троттлинг и серьезное снижение производительности. Такие кристаллы хороши в спринте, но не очень подходят для марафонов, т.е. длительных нагрузок. Именно это в полной мере справедливо для таких платформ, как 4-нм Snapdragon 888 и 5-нм Samsung Exynos 2100. Они бесспорно намного производительнее предшественников на коротких дистанциях, но при продолжительной нагрузке преимущество этих SoC тает из-за сильного перегрева и троттлинга.
Выводы
Несмотря на то, что в последнее время понятия техпроцесс и нанометры превратились в маркетинг, они все еще позволяют оценить прогресс в рамках продукции одного производителя. Иными словами, в большинстве случаев чем меньший техпроцесс используется при производстве процессора, тем больше в нем транзисторов и тем больше его итоговая производительность.
Впрочем, важно понимать, что это в полной мере актуально лишь для максимальной производительности процессора, а скорость его работы на длинной дистанции зависит еще и от того, насколько удачна используемая в нем микроархитектура, не перегревается ли процессор, и не испытывает ли он проблемы с троттлингом.