Управление разработкой и производством микросхем нового поколения двойного применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

УПРАВЛЕНИЕ РАЗРАБОТКОЙ И ПРОИЗВОДСТВОМ МИКРОСХЕМ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДВОЙНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

ФОРТИНСКИЙ Юрий Кирович

Воронеж - 2010



Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Редкозубов Сергей Алексеевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Лапшина Марина Леонидовна,

доктор технических наук, профессор Мануковский Андрей Юрьевич,

доктор технических наук Прохоров Николай Леонидович.

Ведущая организация: Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана (г. Москва).

Защита диссертации состоится 19 ноября 2010 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.034.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 240.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 16 октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В.И. Анциферова



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние десятилетия 20 века за рубежом интенсивно проводились исследования по всему комплексу научно-технических и конструкторско-технологических проблем разработки и производства БИС, СБИС и интегрированных электронных систем на кристалле (СнК). На их основе создаются современные вычислительные и радиотехнические системы (ВиРТС) двойного применения (военного назначения и управления особо опасными объектами - атомными реакторами, химическими предприятиями, научно-исследовательскими установками, космическими объектами и др.), а также различная гражданская аппаратура.

Реализация данных проблем потребовала огромных усилий самых высококвалифицированных специалистов в различных областях знаний и привлечения больших финансовых средств государственных и частных структур.

Данные результаты позволили многим ведущим зарубежным компаниям перейти на разработку и промышленный выпуск СБИС и СнК с субмикронными технологическими нормами и предельно достижимой степенью интеграции (на текущий момент времени). Рост спроса и продаж унифицированных и заказных СнК постоянно растет. Именно данные изделия обеспечивают уникальные параметры ВиРТС, построенных на их основе - возможность надежной, длительной эксплуатации в очень жестких условиях (больших механических нагрузок, разброса температур, доз радиационного и электромагнитного излучения, влияния агрессивной внешней среды и т.д.) с большей (до нескольких раз) производительностью и меньшими массой и габаритами.

В тоже время, лучшими отечественными предприятиями обеспечена возможность проектирования и производства БИС и СБИС с проектными нормами 3-0,5 мкм и проводятся научные исследования по разработке научной и промышленной платформы перехода на субмикронную технологию для создания СБИС и СнК.

Поэтому Правительством РФ принята государственная программа стратегического развития электронной промышленности (ЭП), которая предполагает создание сети дизайн центров (ДЦ) и кремниевых мастерских (КМ) и их оснащение самым современным технологическим оборудованием и вычислительной техникой (в основном) за счет закупки за рубежом. Однако средства автоматизации управления предприятиями и проектирования микросхем и ВиРТС нового поколения двойного применения являются самым оберегаемым секретом и не продаются. В рамках данной работы поставлена задача создания и исследования унифицированной системы управления (СУ) разработкой и производством микроэлектронной компонентной базы (МЭКБ) нового поколения двойного применения и автоматизации проектирования (АП) радиационно-стойких КМОП микросхем с использованием лучших зарубежных и отечественных достижений в данном направлении.

Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерств обороны (МО), образования и науки РФ. По планам НИР и ОКР Интеграция-М, Очаково-ПЭ, Разводчик-1, Натюрморт-А-ИТТ, База-ИТТП, Бриз-коррозия СЭК-ИТТП и др. А также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) - «Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)».

Объект исследования. Унифицированная система управления разработкой и производством микросхем нового поколения двойного применения и автоматизация их проектирования.

Предмет исследования. Методология построения, модели и алгоритмы управления, техническое, программное и информационное обеспечения для создания системы управления разработкой и производством микросхем нового поколения двойного применения и средства проектирования радиационно-стойких микросхем.

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание и исследование унифицированной СУ разработкой и производством современной МЭКБ двойного применения и АП радиационно-стойких КМОП микросхем.

Для ее реализации необходимо решение следующих задач:

- провести анализ тенденций развития и определить требования к аппаратуре и изделиям микроэлектроники нового поколения двойного применения;

- обосновать задачи развития законодательно-правовой, организационной и методической базы для создания средств автоматизации управления разработкой и производством современных микросхем двойного применения и их проектирования;

- определить целевые задачи и выбрать единую техническую, лингвистическую, информационную и математическую платформы управления ДЦ и КМ разработки и производства МЭКБ и межотраслевой интеграции;

- разработать математические модели управления предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией;

- обосновать методику формирования технического обеспечения унифицированной системы автоматизации проектирования ДЦ разработки КМОП микросхем и разработать математические модели обеспечения их радиационной стойкости;

- разработать методику формирования и реализовать лингвистическое и информационное обеспечение СУ и средств АП КМОП СБИС и СнК;

- создать алгоритмическую основу инструментальных средств СУ и разработать унифицированное прикладное обеспечение ДЦ АП радиационно-стойких КМОП МЭКБ;

- провести программную реализацию математического обеспечения СУ и АП; микроэлектроника математический управление программный

- внедрить разработанную СУ и средства АП радиационно-стойких КМОП микросхем, провести оценку их эффективности и разработать методическое обеспечение.

Методы исследования основываются на теории систем управления и АП, анализа и синтеза вычислительных машин и систем, оптимизации; аппарате вычислительной математики, прикладной статистики; теории построения программ; методах модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования; имитационном, структурном, и параметрическом моделировании; экспертных оценках, вычислительных экспериментах.

Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

- принципы развития законодательно-правовой, организационной и методической базы для создания средств автоматизации управления разработкой и производством современных микросхем двойного применения и их проектирования, отличающихся применением метода рационального сочетания материальной и административной заинтересованности и ответственности участников принятия решений в условиях прозрачности процесса управления;

- методология построения единой технической, лингвистической, информационной и математической платформы управления ДЦ и КМ разработки и производства СБИС и СнК и межотраслевой интеграции, и формирования средств АП КМОП МЭК - обеспечивающая их унификацию; простоту развития, внутреннюю и внешнюю интеграцию; отличающуюся единым методом построения средств и непрерывностью процесса проектирования сверхбольших микросхем и аппаратуры на ее основе, соответствием действующим стандартам, небольшими расходами на создание и эксплуатацию, и простотой освоения;

- математические модели СУ предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией, закладывающие основу единого информационного пространства управления и отличающиеся функциональной полнотой и универсальностью, и обеспечивающие ее описание как многоуровневой нормативно-ценностной системы на всем пространстве информационно-предметной среды с тотальным контролем качества и возможностью ее настройки в рамках проекта на решение различных задач, разной степени сложности и функционирующих на различных уровнях иерархии организации и условиях, а также необходимых и достаточных этапов ситуационного моделирования и функциональных компонентов их информационной поддержки и синтеза обобщённых и частных аналитических и диагностических задач ситуационного моделирования, образующих процедуры суждений лица принимающего решения (ЛПР);

- математические модели и алгоритмы управления для выполнения специальных проектов: оценки достаточности и реализуемости проектов, рисков их выполнения, формирования программы работ и аудита выполнения специальных проектов, отличающиеся разработанной на основе многолетнего опыта рейтинговой системой оценки выполнения проектов, сокращением времени реализации проектов за счет повторного использования проектных процедур и готовых библиотечных элементов, вероятностными оценками эффективности выполнения программных мероприятий на основе прогнозирования развития ЭКБ двойного назначения; выбора наиболее рационального способа реализации программных мероприятий с обеспечением необходимого качества в условиях финансовых ограничений, высокой адекватностью отображения процессов управления и принятия решений;

- алгоритмическая основа СУ предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией, и АП радиационно-стойких КМОП СБИС и СнК, обеспечивающая единство средств принятия решений и отличающаяся большей эффективностью, функциональной полнотой и универсальностью;

- методика и особенности развития научной и промышленной инфраструктуры автоматизации управления разработкой и производством СБИС и СнК двойного применения и их проектирования, методическое обеспечение и способ оценки эффективности внедрения разработанных средств.

Практическая значимость и результаты внедрения. Основным практическим результатом работы является разработка информационной системы и инструментальных средств управления предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией, унифицированного прикладного программного обеспечения АП радиационно-стойких КМОП СБИС и СнК и их внедрение в промышленности, которое подтвердило высокую эффективность предложенных решений.

Существенно развита научная и промышленная база автоматизации управления разработки и производства КМОП СБИС и СнК двойного применения и их проектирования, которая является важным вкладом в решение проблемы создания современных отечественных наукоёмких технологий.

Научные и практические результаты работы положены в основу создания и внедрения программно-технических обучающих комплексов в высших учебных заведениях (МГИЭТ, Воронежском государственном техническом университете (ВГТУ) и др.) для проведения лекционных курсов, лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов, докторантов и соискателей по специальным дисциплинам.

Результаты диссертационной работы внедрены на базовых предприятиях (ФГУП «Научно-производственное объединение автоматика» (г. Екатеринбург), ОАО «Ангстрем» (г. Зеленоград), ФГУП «Научно исследовательский институт электронной техники» (г. Воронеж) и в учебный процесс с большой экономической эффективностью, отмеченной в актах внедрения (приложение диссертации).

Выносятся на защиту:

- принципы развития законодательно-правовой, организационной и методической базы для создания средств автоматизации управления разработкой и производством современных микросхем двойного применения и их проектирования;

- методология построения единой технической, лингвистической, информационной и математической платформы управления ДЦ и КМ разработки и производства СБИС и СнК и межотраслевой интеграции, и формирования средств АП КМОП МЭК;

- математические модели СУ предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией;

- математические модели и алгоритмы управления для выполнения специальных проектов;

- алгоритмическая основа СУ предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией, и АП радиационно-стойких КМОП СБИС и СнК;

- результаты создания и внедрения унифицированного программно-технического комплекса управления и проектирования.

Соответствие диссертации паспорту специальности. В соответствии с формулой специальности 05.13.10 - «управление в социальных и экономических системах», специальность, занимающаяся проблемами разработки и применения методов теории управления к задачам управления в социальной и экономической сферах, включая области образования, права, обороны, здравоохранения и т.д. в диссертационном исследовании разработаны и структурированы методы управления разработкой и производством микросхем нового поколения двойного применения на предприятиях микроэлектроники (разделы 1-4, 6 - более 83% диссертации), в которой концентрируются и реализуются вопросы законодательно-правовой, организационной и методической основы управления, математические, технические, программные и информационные средства управления с целью повышения эффективности их функционирования, что реализуется во взаимосвязи с человеческими отношениями.

В соответствии с целью, задачами и полученными научными результатами проведенное исследование соответствует следующим пунктам области исследования: 1. Разработка теоретических основ и методов теории управления и принятия решений в социальных и экономических системах; 2. Разработка методов формализации и постановка задач управления в социальных и экономических системах; 3. Разработка моделей описания и оценок эффективности решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах; 4. Разработка методов и алгоритмов решения задач управления и принятия решений в социальных и экономических системах; 5. Разработка специального математического и программного обеспечения систем управления и принятия решений в социальных и экономических системах; 9. Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации экономических и социальных систем.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: коллегиях ряда Министерств РФ, семинарах и совещаниях Научного Совета «Федеральные проблемы создания элементной базы информационно-вычислительных и управляющих систем». Результаты работы докладывались на: международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологии - ММТТ-18, 20» (Казань, 2005; Ярославль, 2008); российских научно-технических конференциях «Информационные технологии (ИТ-2005, 2007-2010)» (Воронеж, 2005, 2007-2010); IV международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления, экономики, права и инновационных процессов в образовании» (Таганрог, 2005); всероссийских конференциях «Интеллектуализации управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2005-2009); международных конференциях «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2005; 2007-2009). А также на всероссийских научно-технических конференциях «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования» (Тамбов, 2005); международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2005); на IV,V - международных практических конференциях «Влияние внешних воздействующих факторов на элементную базу аппаратуры авиационной и космической техники» (Королев, 2005, 2006); российских конференциях «Радиационная стойкость электронных систем. Стойкость - 2005» (Москва, 2005) и «Теория конфликтов и ее приложение» (Воронеж, 2006-2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 74 работы, в том числе в изданиях определенных ВАК 31 статья и семь монографий, общим объемом 85,5 п. л. (лично автором выполнено 53,4 п. л.).

В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении цели и задач работы, в разработке моделей и алгоритмов, основных элементов инструментальных средств управления и проектирования, их внедрения в промышленности.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и результатов, списка использованных источников из 194 наименований, 1-го приложения. Работа изложена на 337 страницах, в том числе 216 страниц машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, научная новизна, практическая значимость результатов.

В первой главе проведен анализ современных вооружений и военной техники (ВиВТ) и их применения в военных конфликтах, который позволил сделать вывод о том, что определяющее значение в эффективности и даже возможности их использования в боевых условиях имеют характеристики специальных ВиРТС управления и противодействия. Основные тактико-технические характеристики (ТТХ) и эффективность применения большинства ВиВТ определяется уровнем развития специализированных ВиРТС.

Одной из ключевых является задача развития самоорганизующихся управляющих вычислительных комплексов (УВК) - основы построения СУ военного и гражданского назначения. Они предназначены для построения бортовых СУ авиационных и космических летательных аппаратов, высокоточного оружия, средств ПРО и ПВО, а также объектов повышенной опасности: атомных электростанций, ядерных реакторов, химических производств, технических комплексов проведения научных исследований и др. Данная задача отвечает требованию государственной стратегической доктрины перестройки экономики страны на основе разработки и широкого применения наукоемких технологий.

В современных условиях применения бортовых СУ необходимо обеспечить их развитие с целью увеличения степени интеллектуализации управления, расширения функций, существенного сокращения времени подготовки и реализации всех задач управления. А также обеспечения заданной надежности функционирования и повышения точности управления в условиях применения современных и перспективных средств активного противодействия, значительного снижения энергопотребления, массы и габаритов.

Развитие микроэлектроники оказывает определяющее значение на параметры ВиРТС. В настоящее время многие ведущие иностранные компании отработали приемы разработки и производства, сверхбольших БИС со степенью интеграции десятки-сотни миллионов вентилей и перешли на производство СнК с топологическими нормами 0,1 мкм и ниже. Этот переход стал возможен и благодаря применению новой методологии межотраслевого разделения труда и АП аппаратуры, СБИС и СнК.

С конца 90-х в проектировании МЭКБ активное участие начали принимать аппаратурные фирмы-разработчики. Мировой технологический уровень производства микросхем позволил создать на одном кристалле до 40 млн. транзисторов для логических схем и 500 млн. транзисторов для схем памяти. В качестве составных частей таких СБИС используются сложные функциональные (СФ) блоки, разработанные путем оптимизации структурно-логических и схемотехнических решений наиболее часто повторяющихся узлов и блоков в различных типах ВиРТС. Существующий в настоящее время за рубежом каталог СФ блоков содержит более 3000 наименований, что позволяет осуществить переход к обобщенному методу проектирования современных ВиРТС.

Широкая номенклатура, используемых в настоящее время СФ блоков и библиотек элементов, служит лишь эффективным новым базисом для современных САПР СнК. Реальное проектирование СнК наряду с использованием нового базиса, потребовало буквально революции в создание новой методологии и более эффективных программных средств, собственно САПР аппаратуры и элементной базы. Необходимо было создать новый мощный математический аппарат многоуровневого моделирования, синтеза и верификации всех этапов совместного проектирования аппаратуры и СнК.

Как показал проведенный анализ, лучшими отечественными предприятиями обеспечена возможность проектирования и производства БИС и СБИС с проектными нормами 3-0,5 мкм и проводятся научные исследования по разработке промышленной платформы перехода на субмикронную технологию для создания СБИС и СнК.

В ЭП начаты работы по созданию промышленной инфраструктуры управления разработкой и производством СБИС и СнК и автоматизации их проектирования. Однако, не решен ряд важнейших задач, определяющих возможность ее создания. Не принято четкой законодательно-правовой базы для определения перечня предприятий - участников реализации программы, проведения их реструктуризации и целевого оснащения современным технологическим оборудованием и вычислительной техникой. Отсутствует законодательная база, регламентирующая обязательные основы взаимодействия предприятий (как внутри ЭП, так и предприятий различных отраслей). Не создана организационная, техническая и методическая основа управления предприятиями ЭП и межотраслевой интеграцией. Участие предприятий в реализации данной проблемы носит добровольный (заявочный характер) без анализа их возможностей.

В соответствии с принятой программой стратегического развития ЭП намечено создание сети ДЦ и КМ и их оснащение самым современным технологическим оборудованием и вычислительной техникой (в основном) за счет закупки за рубежом.

Они должны обеспечивать практически полную автоматизацию всех процессов, так как без нее невозможно обеспечить проектирование и производство СБИС и СнК, содержащих миллионы элементов.

Для управления их хозяйственной деятельностью могут использоваться системы типа CALS. Они строятся на базе компонентов MRP (Manufacture Recurs Planning), ERP (Enterprise Recurs Planning), CSRP (Customer Synchronized Resources Planning) и PDM (Product Data Management) систем и их интеграции.

Для эффективного функционирования систем комплексной автоматизации управления предприятиями создания сложнейших изделий микроэлектроники применяются большие корпоративные информационные системы (КИС). Они, как правило, создаются на основе ПЭВМ, объединенных в локальные сети. В их состав включаются серверы ведения БД и приложений, являющихся более производительными ЭВМ с большой емкостью внешней памяти, для реализации технологии клиент-сервер или клиент - сервер - сервер для коллективной, распределенной обработки данных. В свою очередь они объединяются в единые КИС через физические магистрали связи. Данная техническая среда может являться универсальной основой для создания и функционирования любых проблемно-ориентированных пакетов автоматизации и их объединения в системы сквозной автоматизации на основе единого информационного «поля».

Данный подход применяется в настоящее время на большинстве предприятий ЭП РФ. Технические средства КИС комплексируются на основе импортной техники.

Однако средства автоматизации управления предприятиями и проектирования микросхем и ВиРТС нового поколения двойного применения являются самым оберегаемым секретом и не продаются.

Зарубежные прикладные средства автоматизации, которые имеются на рынке, как правило, уступают лучшим пакетам по функциональной полноте, предельной сложности новых изделий, производительности. Таким способом ведущие иностранные компании пытаются сохранить свой приоритет в обладании новейшими технологиями, особенно в областях, связанных с созданием МЭКБ в интересах разработки современных ВиВТ.

Поэтому развитие прикладного программного обеспечения автоматизации различных процессов управления, проектирования и производства микросхем в нашей стране, как правило, проводится с использованием доступных зарубежных систем совместно с компонентами отечественных разработок, которые расширяют их возможности, особенно в части создания современных микросхем двойного применения.

Попытки использования зарубежных систем для управления предприятиями ЭП типа MRP, ERP, CSRP в России не были успешными. В первую очередь, это объясняется следующими причинами: отсутствием необходимых кадров, требованием глубокой перестройки организационной структуры управления, нестабильностью законодательной и нормативно-правовой системы, большими затратами на их сопровождение и мн. др.

В нашей стране начато создание сети ДЦ и КМ в ЭП и ДЦ на предприятиях смежных отраслей, занимающихся разработкой и производством ВиРТС для ВиВТ. Однако этот процесс осуществляется бессистемно. Нет единого государственного центра управления, что приводит к «распылению» выделенных финансовых средств и делает проблематичным саму возможность решения задачи вывода ЭП на мировой уровень.

Во второй главе описана законодательно-правовая, организационная и методическая база для развития средств автоматизации управления разработкой и производством современных микросхем двойного применения и их проектирования.

Основным документом для формирования программ разработки и производства МЭКБ двойного применения является государственный план вооружений (ГПВ). Он явился базой для подготовки и принятия положений «Основ политики РФ в области развития МЭКБ на период до 2010 года и дальнейшую перспективу» и «Основ политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», утвержденных Президентом РФ 11 апреля 2002 г. № К - 71 и 30 марта 2002 г. № Пр - 577 соответственно и ряда других законодательных актов. На их основе разработана концепция подпрограммы «Развитие электронной компонентной базы» на 2007 - 2011 годы.

Реализация программ направлена на обеспечение мирового технологического уровня разработки и производства МЭКБ, достижение необходимых ТТХ ВиВТ в соответствии с ГПВ, удовлетворение потребностей всех отраслей промышленности в современной МЭКБ, повышение конкурентоспособности отечественной продукции на мировом и внутреннем рынках, повышение уровня потребления электронной продукции и предоставление информационных услуг населению России и т.д.

В последние годы в соответствии с принятыми программами в РФ проведены более 90 НИОКР по перспективным направлениям развития ЭП.

В процессе их выполнения отработаны отдельные технологические процессы для производства СБИС и СнК с технологическими нормами 0,1 - 0,25 мкм, в том числе радиационно-стойких с технологическими нормами 0,5 - 0,8 мкм; ряд средств сквозного проектирования аппаратуры и МЭКБ с использованием стандартных библиотек и СФ блоков, определения их номенклатуры, ориентированной на приоритетные направления создания СнК; проработаны основные вопросы построения трехуровневой системы автоматизации проектирования перспективных ВиРТС на основе СнК и разработан ряд ее элементов; получены важные результаты по созданию современных широкозонных полупроводниковых соединений и технологического базиса производства СВЧ интегральных схем уровня 0,1 мкм и малошумящих транзисторов; продолжались поиски оптимальной структуры управления радиоэлектронным комплексом.

Однако, отечественную ЭП не удалось вывести из глубокого кризиса. Изменение структуры государственного управления и ослабление государственного влияния и контроля за деятельностью ведущих предприятий ЭП, резкое сокращение заказов МО, отсутствие капитальных вложений в реконструкцию и строительство передовых производств микроэлектроники, утрата базы разработки и выпуска спецтехнологического оборудования и специальных материалов, значительное налоговое бремя, незащищенность отечественного производителя на внутреннем рынке, и как следствие, широкое применение импортной МЭКБ, резкое сокращение объема научных исследований и многое другое не позволили перейти отечественной ЭП на современный технологический уровень (0,18 - 0,13 мкм).

В результате доля РФ на мировом рынке МЭКБ уменьшилась до 0,23% от мирового уровня. Доля импортной МЭКБ на внутреннем рынке доходит до 77% от объема изделий микроэлектроники, продающихся в России.

Для создания и освоения современных технологий требуются очень большие инвестиции. Поэтому в передовых странах США, Японии, ЕС создаются технологические альянсы крупных фирм и государств, которые позволяют консолидировать большие финансовые средства для развития ЭП.

Управлением радиоэлектронным комплексом (РЭК) РФ, в том числе и ЭП осуществляется государственной службой, входящей в состав Министерства промышленности и торговли (МПиТ), которая называется Управление радиоэлектронного приборостроения и систем управления (УРЭПиСУ).

На уровне регионов управление обеспечивается департаментами или комитетами по промышленности. В состав данных комитетов могут входить и другие управленческие структуры.

Координационное управление предприятиями РЭК, занимающихся созданием МЭКБ двойного применения и ВиРТС на их основе, осуществляется различными структурами МО РФ - Научно - исследовательскими институтами (НИИ) и Управлением базовых военных технологий и специальных проектов (УРВТ и СП) (в настоящее время Управлением развития электронной компонентной базой (УРЭКБ)).

В состав ЭП входит 36 федеральных государственных унитарных предприятий и 164 открытых акционерных обществ (ОАО). В том числе 98 ОАО с государственным участием (из них в 47 обществах государству принадлежит контрольный пакет акций) и 66 обществ акционировано без участия государства.

В настоящее время на правительственном уровне подготовлен план мероприятий по акционированию и резкому сокращению предприятий с государственным участием.

Важнейшими элементами стабильной работы и развития ЭП является: научно-обоснованная государственная политика управления, ведения налогового, таможенного и нормативно-правового законодательства, создание условий здоровых методов конкуренции, защита отечественного производителя на внутреннем и внешнем рынках.

Данные элементы государственной политики должны быть направлены на долгосрочное, рациональное использование интеллектуального потенциала, применение наукоёмких технологий с учетом решения социально-экономических проблем.

Кроме того, необходимо учитывать то, что в ЭП развитых зарубежных стран коренным образом изменилась методология автоматизации проектирования и производства изделий микроэлектроники, что требует создания отечественной сети ДЦ и КМ. Ее решение является очень сложной и дорогостоящей проблемой требующей аккумулирования больших финансовых средств. Она должна решаться как задача обеспечения государственной экономической безопасности страны с выделением соответствующих бюджетных ассигнований. Дизайн центры и КМ должны быть оснащены современной вычислительной техникой и технологическим оборудованием.

В соответствии с программой стратегического развития ЭП России предусмотрено создание десятков ДЦ и КМ.

В ходе проведения научно-технических работ 22 ЦНИИИ МО и УРЭКБ разработан ряд новых методик для формирования основных показателей комплексно - целевых программ (КЦП) развития МЭКБ, устанавливающих общий порядок и последовательность проведения работ, и более обоснованный выбор НИОКР для включения в программы.

Предложен алгоритм формирования основных показателей, который разработан с применением предложенных методик.

На первом этапе производится экспертная оценка целесообразности проведения мероприятий по развитию МЭКБ и определения их потребности. Предложены критерии оценки важности, приоритетности и целесообразности проведения НИОКР. На основании их расчета определяются рейтинги групп НИОКР по разработке МЭКБ.

Все НИОКР выстраиваются в порядке убывания их рейтинга (отдельно новые, переходящие и завершающиеся). В результате решения задачи получаются массивы информации, содержащие перечни НИОКР с указанием их рейтинга. Далее проводится оценка обеспеченности МЭКБ образцов ВиВТ. Степень обеспеченности образцов ВиВТ характеризует готовность ЭП к разработке, модернизации и серийному выпуску МЭКБ. Она рассчитывается как отношение количества микросхем, с поставками которых нет проблем, к общему числу микросхем, планируемых к применению в ВиВТ:



(1)

где Nобщ, Nне пр, Nпр - общее количество, не проблемное количество, проблемное количество микросхем соответственно.

После этого определяется достаточность и реализуемость в программируемый период задаваемых требований к МЭКБ. На основании мониторинга потребностей разработчиков ВиВТ и анализа тенденций развития отечественной МЭКБ формируется предварительный вариант требований к ним по группам и подгруппам с указанием релевантности параметров и уровня их значений. Далее оценивается уровень достаточности и реализуемости параметров МЭКБ отечественной ЭП. Если эти требования невозможно выполнить, рассматривается вариант использования МЭКБ импортного производства. Методика оценки достаточности и реализуемости осуществляется с применением метода экспертных оценок. Далее производится расчет требуемого финансирования работ, генерация возможных альтернативных вариантов реализации КЦП и прогнозирование эффективности применения планируемой к разработке МЭКБ. Перечисленные процедуры также выполняются с применением предложенных методик.

После утверждения в установленном порядке КЦП разработки МЭКБ УРЭКБ МО осуществляет конкурсный отбор исполнителей (организаций) с целью наиболее выгодного размещения заказов на проведение работ и поставки научно-технической продукции для государственных нужд.

В главе обоснованы задачи совершенствование законодательно-правовой основы государства для ускоренного развития отечественной ЭП. Показано что только их скорейшее решение обеспечит ускоренное развитие ЭП и сделает ее привлекательной для частных, в том числе и иностранных инвестиций.

Кроме совершенствования законодательно-правовой основы необходимо провести глубокую реорганизацию бизнеса в ЭП.

Решение этой задачи требует перехода ЭП от интеграции разработки и производства к специализации функций предприятий. Такой подход в настоящее время находит все большее распространение в мире из-за высокой эффективности. Он позволяет предприятиям профессионально специализироваться на проблемах своего направления, передавая несвойственные функции другим (специализированным) фирмам. При этом они обеспечивают более низкую себестоимость продукции.

Электронная промышленность является очень капиталоемкой отраслью, а узкая специализация предприятий требует значительно меньших инвестиций и обеспечивает их высокую оборачиваемость.

Поэтому необходимо создание отечественной сети ДЦ и КМ и единого центра изготовления фотошаблонов, профинансировать закупку вычислительных средств и технологического оборудования, и лицензионного программного обеспечения, а также подготовку кадров. Кроме этого необходимо создать государственный центр контроля разработок и их использования на лицензионной основе и постоянно совершенствовать методическое обеспечение управления ЭП.

В третьей главе обоснована методологическая основа системного единства СУ и АП, которая базируется на общей платформе программно-технического комплекса управления и проектирования (ПТКУиП). Он строиться на однородных ЛВС во всех звеньях комплекса и их объединения в систему для совместной реализации всех задач с использованием единой лингвистической и информационной среды для сбора, ввода, обработки, хранения и представления данных и их преобразования в процессе автоматизации всех задач жизненного цикла (ЖЦ) управления и проектирования. В их составе предусматривается выделение серверов БД и приложений.

Данная среда создана на основе базовых принципов систем информационной поддержки и РDМ технологий, основанных на стандартизированных методах представления всей совокупности данных и информационных моделей для обеспечения сквозной комплексной автоматизации всех этапов ЖЦ разработки и производства новых изделий микроэлектроники двойного применения.

Проведённый анализ тенденций развития прикладного программного обеспечения (ППО) позволяет отнести к наиболее важным следующие принципы их создания и развития: внедрения новых информационных технологий (ИТ) массового применения; использования единой инфраструктуры сети информационных БД и БЗ на всём пространстве деятельности предприятий ЭП и возможности их интеграции с подобными структурами; непрерывной подготовки и переподготовки специалистов по методам рационального применения ППО на основе обучающих программно-технических комплексов, построенных на тех же принципах и той же платформе, соответствующих типовым подсистемам ПТКУиП.

Важнейшим элементом при реализации перечисленных принципов является выполнение базовых условий: преемственности и совместимости вновь создаваемых средств; создания, развития и сохранения инвариантных основ ППО; унификации и стандартизации средств системной интеграции программ; создания электронных средств обучения в рамках ППО.

Обоснование архитектуры СУ и АП и её компонентов производилось на основании принципов построения современных больших корпоративных систем. К основным из них относятся следующие принципы: соответствие архитектуры функциональной структуре управления ЭП; ориентация на комплексную автоматизацию решения задач управления всех этапов ЖЦ разработки и производства новых изделий микроэлектроники; обеспечение внешней и внутренней интеграции аппаратной, системной и проблемно-ориентированной прикладной платформ; унификация архитектуры, простота развития, освоения и использования.

В тоже время СУ и АП должна обеспечивать выполнение всех целевых задач управления и проектирования.

Подсистема управления может быть построена на базе более производительной ЭВМ типа SUN для выполнения функций управления, сервера БД и приложений. Важнейшей составляющей СУ и АП является система АП ДЦ. В связи с отсутствием на рынке отечественных интегрированных программно-аппаратных средств комплексной автоматизации БИС и СнК приходится закупать их за рубежом. С этой целью было проведено тестирование эффективности предлагаемых на рынке зарубежных систем, которое позволило выявить лучшую систему из них. Такой системой оказалась Cadence Design System. Однако они не включают программные модули проектирования радиационно-стойких микросхем. Поэтому в рамках данной работы были созданы модели типовых элементов с учетом радиационных эффектов в соответствии с требованиями КГС «Климат - 7» и проведена доработка алгоритмов и программ.

Обоснован выбор структуры инструментальных средств СУ и АП. В ее состав включены программные модули (ПМ) реализующие все задачи ЖЦ управления, а также АП с учетом их доработки для возможности моделирования радиационно-стойких КМОП микросхем.

В основу предложенных средств управления положен принцип гармоничного сочетания функций каждой подсистемы с учётом необходимости выполнения целевых функций системой, который позволил построить её концептуальную модель как нормативно-ценностную систему. Она в отличие от известных, помимо описательной части, содержит также и нормативную составляющую, задаваемую в виде значимой (для ДЦ и КМ в целом и подсистем в отдельности) совокупности норм и ценностей, формируемых на всем пространстве информационно-предметной среды.

В соответствии с данным принципом предложена двухуровневая структурная модель управления. Её нижний уровень описывает физические процессы, протекающие в ней, а верхний уровень описывает информационные процессы управления предметной областью со стороны отдельных подсистем, входящих в её структуру.

Структурную модель можно представить в виде кортежа включающего модели предметной, информационной области и взаимных отношений между подсистемами.

В качестве концептуальной основы модели предметной области принято понятие «социально-техногенного-природного комплекса», под которым понимаются ресурсы, т. е. все средства (финансовые, материальные и другие), которые необходимы для достижения целей. Тогда структура модели задается выражением вида:

, (2)

где - ресурсный капитал соответственно социальной, техногенной и природной составляющей i-й подсистемы; - вектор-функция, характеризующая затраты на воспроизводство (в процессе их функционирования) потенциалов, а при i=0, описывающая внутренний процесс изменения состояния межсистемной среды; 0 - индекс, обозначающий нулевой уровень стратификации (наиболее абстрактный уровень описания).

Необходимость прогнозирования последствий, связанных с принятием системных управленческих решений, с позиции их вклада в уровень текущего индивидуального поведения отдельных подсистем и влияния этих решений на уровень стратегической стабильность предприятия в целом требует увязки всех протекающих физических процессов с возможностью их контроля и технологического управления. Следовательно, все частные модели, входящие в состав макромодели (2), должны быть представлены как объекты управления, связанные с соответствующей информационной областью через ресурсные накопители, представляющие собой реализуемое управляющее решение.

Модель информационной области можно записать в виде кортежа:

, (3)

где - модель информационной области i-й подсистемы; - модель информационной области межсистемной среды; - модель информационной области возможных объединений взаимодействия подсистем, m - общее число потенциально возможных союзов в составе информационно-предметной среды предприятия, объединенных по какому-нибудь признаку его рода деятельности, например, для реализации конкретного инновационного совместного проекта.

Структура модели информационной области i-й подсистемы должна включать две взаимосвязанные вертикали. Первая вертикаль представляет собой совокупность подсистем, которые управляют независимыми технологиями, но связанными по входам и выходам процессами материального производства, протекающими в предметной области.

Вторая вертикаль обеспечивает целостность системы (вертикаль можно назвать административной) через создание условий так называемого «органического единства», которое выражается в способности всех подсистем осуществлять такое объединение труда, которое гармонично сочетает интересы части и целого относительно целей, задач и способов групповых действий. Эта вертикаль должна также решать проблемные вопросы, направленные на защиту интересов системы от целей её отдельных подсистем.

С учетом сказанного, структуру модели информационной области i-й подсистемы можно записать выражением вида:



(4)

где - производственная и административная информационная вертикаль i-й подсистемы соответственно.

Предложенная модель обеспечивает формирование единой интегрирующей среды принятия решений и управления ресурсами предприятий ЭП, а также позволяет выявить общие системные категории, установить для всех решаемых задач взаимосвязи и взаимодействия между его подсистемами. Выделены модели с инвариантными системными свойствами, применимые для описания ресурсного взаимодействия подсистем предприятий на всех уровнях их организации.

Далее в главе рассмотрены предложенные методика, математические модели и алгоритмы мониторинга предприятий ЭП; средства формирования и ведения базы данных законодательных, нормативно - правовых и методических документов; управления качеством, проведения конкурсов и развития предприятий.

Для мониторинга предприятий формируется полная БД о каждом предприятии, на основании которой рассчитывается их рейтинг. Он используется для выбора предприятий исполнителей.

Предложена методика оценки финансового состояния предприятий, которая осуществляется путем периодического (поквартального) мониторинга состояния бухгалтерской отчетности. Ее результаты учитываются при определении рейтинга предприятий.

Предложены математические выражения для определения показателей финансового состояния предприятий - текущей ликвидности, обеспеченности собственными средствами и восстановления. На этой основе разработан алгоритм оценки финансового положения предприятий.

Дополнительно для решения задачи оценки эффективности технологических процессов предприятий предложена методика с использованием скалярного подхода. В качестве критерия оптимальности предлагается использовать критерий экономической эффективности - стоимость совокупности операций на всех этапах ЖЦ изделия, которая выражается, в виде

, (5)

где Con - критерий «стоимость операций»; C1ij() - расходы на единицу средства вида i, участвующего в операции j в единицу времени ; ij() - количество средств вида i, необходимых в единицу времени для выполнения операции j; i - индекс типа изделия, участвующего в операции; j - индекс локальной операции, с которой связана рассматриваемая операция; n - количество стадий ЖЦ элементов изделия; m - количество элементов в объекте; 0 и k - время начала и конца операции.

В работе описаны предложенные методы, модель и алгоритм оценки экономической эффективности изделия объекта, основанные на теории полезности. Реализация остальных средств осуществлялась с использованием CALS и PDM технологий, отечественных и международных стандартов применения ИТ.

В четвертой главе рассмотрены разработанные методы, математические модели и алгоритмы управления проектами создания МЭКБ двойного назначения.

В работе предложено разделение проектов на составные части по группам ключевых процессов, которые лежат в основе построения средств автоматизации управления их реализацией.

Основываясь на теории системного анализа и синтеза организационного управления (ОУ), а также на методологии САПР, предложена операционно-ситуационная модель автоматизации ОУ. В данном случае моделирование трактуется как формирование информационного контекста, обеспечивающего поддержку принятия управленческих решений на базе компьютерной телекоммуникационной среды предприятия.

Предложенная модель, с одной стороны, задает необходимые и достаточные этапы (факторы) моделирования ОУ проектом для некоторой функциональной задачи, позволяющие определить: функциональное назначение (ФН); состав функций (Ф) или процедур, необходимых для полного решения задачи; состав структуры (С), компоновки и организации (К и О), необходимые ресурсы (Р) для данной задачи; факторы мотивации (М) субъектов предприятия; элементы оперативного управления.

С другой стороны, она отражает функциональные и структурные компоненты системы информационной поддержки, совпадающие, по существу, с элементами управленческой деятельности. При этом планирование и организация трактуется как частные функции - ФН, Ф, С, К и О, Р. Отдельными функциями выделены мотивация М и оперативное управление проектами.

Такой подход позволил выделить значимые функции управления проектами и определить возможности ситуационного моделирования ОУ как механизмы формирования информационного контекста (автоматизации) этого управления.

В работе проведена математическая формализацию функций ОУ проектами.

Для синтеза технологий ОУ, в том числе для построения конкретных предметных моделей функций управления, требуется выявить информационные потоки, как в рамках рассмотренных функций, так и обеспечивающие взаимосвязи этих функций. Решать эту задачу предлагается путем построения информационно-логических моделей функций организационного управления.

Операционно-ситуационная схема задает необходимые и достаточные этапы ситуационного моделирования организационного управления, позволяющие определить для некоторой функциональной задачи: ФН, Ф, С, К и О, Р, М и ОУ проектами.

Однако с позиций ЛПР, синтезирующего информационные технологии ситуационного моделирования, сущность операционно-ситуационного анализа на рассмотренных этапах моделирования заданной функциональной задачи (ситуации) можно раскрыть через механизмы этого анализа в виде информационно-логического графа, описывающего процедуры переработки информации, необходимой для (или получаемой в результате) системно-аналитических рассуждений и заключений (ЛПР, соответствующих этапах моделирования).

Такая постановка задачи информационно-логического моделирования позволяет выработать единый методологический подход к операционно-ситуационному и диагностическому анализу, заключающийся:

в декомпозиции процессов моделирования и диагностирования на элементы, определяющие основные этапы, в том числе ФН, Ф, С, К и О, Р, М, оперативного управления;

в определении аналитических и диагностических задач для каждого элемента (этапа);

в рассмотрении взаимосвязей как в рамках каждого из элементов, так и между ними, а также с внешней средой.

Представим граф информационно-логической модели (ИЛМ) совокупностью вершин-операторов: функциональных (обозначающих Аi - аналитические задачи, Дi - диагностические задачи); логических (обозначающих Рi - задачи логического выбора); входа и выхода (обозначающих Si - входные и выходные потоки информации). Дугами графа будем считать параметрические связи хij, которые отражают направленные процессы передачи информационных потоков (векторов) между операторами в ходе аналитических и диагностических преобразований.

В работе рассмотрены разработанные ИЛМ и алгоритмы определения функционального назначения и синтеза функций, анализа структуры, компоновки и организации проектов, выбора и анализа ресурсов, учета мотивации и оперативного управления. Они также детально описаны в публикациях автора.

В качестве примера на языке логических схем алгоритмов приведем алгоритм определения Ф проекта, его можно записать в следующем виде:

(6)

где - оператор, характеризующий параллельное выполнение ветвей с отметками ; - оператор, указывающий на то, что дальнейшее выполнение оператора, стоящего справа от него, возможно лишь при условии, что выполнение ветвей, имеющих отметки , уже закончено; - оператор безусловного перехода по стрелке; x - символ переноса строки записи алгоритма.

Разработанные информационно-логические модели и алгоритмы через процедуры суждений ЛПР в аспекте аналитических и диагностических задач предметной области представляют собой информационные технологии ситуационного моделирования и определяют принципы построения инструментальных средств. Единый методологический подход к построению данных моделей и алгоритмов заключается в декомпозиции процесса моделирования на этапы ЖЦ процесса реализации проектов. Для них синтезированы обобщённые и частные совокупности аналитических и диагностических задач ситуационного моделирования, образующих процедуры суждений ЛПР, связанные с переработкой исходных данных и получением выходной информации.

Совокупность примененных диагностических суждений позволяет оптимизировать процедуры ситуационного моделирования (ЛПР) на основе не только эвристических суждений, но и с использованием экспертных оценок в рамках сформулированных диагностических задач ситуационного моделирования.

...