KR101963963B1 - 설계 평가 지원 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 루프형 가열 장치에 대해 장치 설계를 대상으로 하는 FD/FP 기능을 강화하는 것을 목적으로 한다.
설계 평가 지원 시스템은, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하는 열화 지표 검출부(1)와, 열화 지표 검출부(1)가 검출한 열화 지표를, 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하는 열화 지표 수집부(2)와, 평가 대상의 가열 장치의 열화 지표의 초기값을, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 미리 기억하는 초기값 기억부(3)와, 열화 지표 수집부(2)가 수집한 열화 지표와 초기값 기억부(3)에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시하는 열화 지표 변화 제시부(4)를 구비한다.

Description

설계 평가 지원 시스템{SYSTEM FOR SUPPORTING DESIGN EVALUATION}
본 발명은 복수의 컨트롤러가 각각 대응하는 온도 제어 존의 온도를 제어하는 멀티 루프의 온도 제어계의 가열 장치에 관한 것으로, 특히 가열 장치의 설계 개선으로 이어지는 정보를 제공하는 설계 평가 지원 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, EES(Equipment Engineering System)가 실용 단계로 이행하고 있다. EES는, 반도체 제조 장치가 정상적으로 기능하고 있는지의 여부를 데이터로 체크하여, 장치의 신뢰성이나 생산성을 향상시키는 시스템이다. EES의 주된 목적은, 장치 자체를 대상으로 하는 결함 검지(FD: Fault Detection), 결함 예지(FP: Fault Prediction)이다.
FD/FP에는, 장치 컨트롤 레벨, 모듈 레벨, 서브 시스템 레벨, I/O 디바이스 레벨이라고 하는 계층화의 파악 방법이 있다. I/O 디바이스 레벨의 주체는, 센서나 액추에이터이다. 액추에이터의 FD/FP에 대해서는, (0, 1)의 비트열의 데이터(액추에이터 데이터)로 끝나는 시퀀스 제어적인 동작에 대해서는, 특히 실용 단계에 있다고 할 수 있다.
한편, 센서의 FD/FP에 대해서는, 온도, 압력, 유량 등의 프로세스량이 대상 데이터가 된다. 이들 데이터에 대해서는, msec. 레벨로 모든 데이터를 보존하는 것이 합리적이라고는 할 수 없다. 그래서, 센서의 데이터를 장치가 관리하는 처리 단위마다, 혹은 일정한 기간마다 대표값화하고, 대표값화한 값을 체크하는 EES 대응의 기판 처리 장치(특허문헌 1 참조) 등이 제안되어 있다. 대표값이란, 최대값, 최소값, 평균값 등이다. 이들 대표값에 의해 FD/FP를 실현할 수 있으면, 모든 데이터를 감시하는 경우와 비교하여 통신량, 필요 메모리량 등을 대폭 삭감할 수 있기 때문에 효율적이다.
여기서, 서브 시스템에 상당하는 제어 루프(PID 제어 등을 실행하는 컨트롤러 레벨)에 대해서는, 특허문헌 2나 특허문헌 3과 같이, 가열 장치의 온도 제어 응답의 특징을 산출하는 것이 제안되어 있다. 가열 장치는, 예컨대 도 13에 도시된 바와 같이, 처리 대상의 피가열물을 가열하는 가열 처리로(100)와, 전기 히터(101)와, 가열 처리로(100) 내의 온도를 계측하는 온도 센서(102)와, 가열 처리로(100) 내의 온도를 제어하는 온도 조절계(103)와, 전력 조정기(104)와, 전력 공급 회로(105)와, 가열 장치 전체를 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)(106)로 구성된다. 온도 조절계(103)는, 온도 센서(102)가 계측한 온도(PV)(제어량)가 온도 설정값(SP)과 일치하도록 조작량(MV)을 산출한다. 전력 조정기(104)는, 조작량(MV)에 따른 전력을 결정하고, 이 결정한 전력을 전력 공급 회로(105)를 통해 전기 히터(101)에 공급한다.
특허문헌 2에 개시된 기술은, 예컨대 도 13에 도시된 가열 장치에 있어서, 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비(Kp/Tp)를 산출하는 것이고, 특허문헌 3에 개시된 기술은, 제어량(PV)의 최대 변화율(ΔPVmax)을 산출하는 것이다. 이들 기술은, 제어의 결함 상태(예컨대 가열 장치의 히터 열화)를 파악하기 위해서, 제어 결과를 대표값화하기 위한 기술이다.
일본 특허 공개 제2010-219460호 공보 일본 특허 공개 제2007-293474호 공보 일본 특허 공개 제2014-170343호 공보
대표값을 이용한 FD/FP로서는, 상기한 바와 같이 특허문헌 2, 특허문헌 3에 개시된 기술 등이 알려져 있다. 이들은, 제어 상태 자체를 직접적으로 취급하는 FD/FP 기능이라고 할 수 있다.
그러나, 제어 상태 자체를 취급하는 FD/FP 기능만으로는, 제어의 결함의 발생을 삭감하는 것과 같은 효과는 얻어지기 어렵다. 즉, 제어의 결함의 발생으로 이어지는 장치 설계의 문제점으로서, 장치 설계 자체를 직접적으로 취급하는 FD/FP 기능을 더욱 강화하는 것이 요구되고 있다.
예컨대 가열 장치에는, 도 14에 도시된 바와 같이 복수의 온도 제어 존(Z1∼Z8)을 갖는 터널로(tunnel furnace; 200)를 이용하는 것이 있다. 터널로(200)는, 구체적으로는 땜납 리플로우로, 세라믹 소성로, 혹은 프린트 건조로이며, 온도 제어 존(Z1)으로부터 온도 제어 존(Z8)으로의 방향으로 컨베이어에 의해 워크를 흐르게 하는 노(爐)이다. 이러한 터널로(200)를 이용하는 가열 장치에서는, 각 존의 설계를 적절히 행할 생각이었어도, 어디까지나 그것은 설계 단계의 이야기이며, 실용 단계에서의 환경이나 조건에 따라, 존 사이에서 적절히 변동이 발생할 수 있다.
개방된 입구에 가까운 존(Z1)이나 출구에 가까운 존(Z8)은, 중앙 쪽의 존(Z4)이나 존(Z5)에 비하면 방열되기 쉬운 구조이기 때문에, 이치상은 히터에 의한 가열을 많이 필요로 한다. 또한, 입구에 가까운 존(Z1)과 출구에 가까운 존(Z8)을 비교하면, 상온에서 식은 상태의 워크가 들어가는 존(Z1)은, 고온의 존을 통과한 후의 워크를 존(Z7)으로부터 수취하는 형태의 존(Z8)에 비하면, 이치상은 히터에 의한 가열을 많이 필요로 한다. 리플로우, 소성, 건조라고 하는 직렬의 일련의 공정이 터널로(200) 내에서 실시되는 경우, 예비 가열, 본가열, 강온이라고 하는 흐름이면, 각 존의 설정 온도가 상이하게 되어, 이치상은 히터에 의한 가열은 균일하지 않게 된다.
따라서, 실용 단계에서의 환경이나 조건에 따라, 설계의 적절함은 변하는 것이며, 만일 설계가 부적절하다는 것이 되면, 제어의 결함의 발생으로 이어지는 장치 설계의 문제점이라는 것이 된다. 단, 이 경우의 문제점이란, 존 사이의 변동의 크기라고 하는 성질의 문제점이 된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 멀티 루프형 가열 장치에 대해 장치 설계를 대상으로 하는 FD/FP 기능을 종래보다 강화할 수 있는 설계 평가 지원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 설계 평가 지원 시스템은, 각 컨트롤러가 각각 대응하는 온도 제어 존의 온도를 제어하는 멀티 루프형 가열 장치를 평가 대상으로 하고, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하는 열화 지표 검출 수단과, 이 열화 지표 검출 수단이 검출한 열화 지표를, 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하는 열화 지표 수집 수단과, 평가 대상의 가열 장치의 상기 열화 지표의 초기값을, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 미리 기억하는 초기값 기억 수단과, 상기 열화 지표 수집 수단이 수집한 열화 지표와 상기 초기값 기억 수단에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시하는 열화 지표 변화 제시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 설계 평가 지원 시스템의 1 구성예는, 또한, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 개개의 컨트롤러로부터 출력되는 조작량의 시계열 데이터에 기초하여, 조작량의 이력 평균값을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 산출하는 평균 조작량 산출 수단과, 상기 열화 지표 변화 제시 수단이 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와, 상기 이력 평균값의 관련성을 제시하는 조작량 영향 제시 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 설계 평가 지원 시스템의 1 구성예에 있어서, 상기 열화 지표 검출 수단은, 상기 열화 지표로서, 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비율(S_res=Kp/Tp)을 검출하고, 상기 열화 지표 변화 제시 수단은, 상기 열화 지표 수집 수단이 수집한 비율(S_res)과 상기 초기값 기억 수단에 기억되어 있는 초기값(S_ini)으로부터, 상기 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터로서, 비율(R=S_res/S_ini)을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 설계 평가 지원 시스템의 1 구성예에 있어서, 상기 조작량 영향 제시 수단은, 상기 평균 조작량 산출 수단이 산출한 이력 평균값(MVm) 중 최소값(MVm_min)을 동일한 가열 장치 내에서 추출하고, 이 최소값(MVm_min)을 분자, 각 이력 평균값(MVm)을 분모로 하는 가시화 비율(U=MVm_min/MVm)을 산출하여, 상기 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와 함께 제시하는 처리를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 설계 평가 지원 시스템의 1 구성예에 있어서, 상기 열화 지표 검출 수단은, 가열 장치로부터 수집한 온도의 시계열 데이터와 조작량의 시계열 데이터에 대해 과도 상태의 데이터를 특정하고, 과도 상태에 있어서의 온도의 데이터 및 조작량의 데이터에 의해 제어 대상의 모델 수식을 동정(同定)하며, 이 제어 대상의 모델 수식에 기초하여 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비율(S_res=Kp/Tp)을 산출하는 처리를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하고, 검출한 열화 지표를 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하며, 수집한 열화 지표와 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시함으로써, 장치 설계의 개선으로 이어지는 정보를 제공할 수 있어, 장치 설계를 대상으로 하는 FD/FP 기능을 강화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 개개의 컨트롤러로부터 출력되는 조작량의 시계열 데이터에 기초하여, 조작량의 이력 평균값을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 산출하고, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와 이력 평균값의 관련성을 제시함으로써, 장치 설계의 개선으로 이어지는 정보로서, 조작량이 히터계의 열화에 영향을 주고 있는 정도의 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 가열 장치의 열화 지표의 초기값, 수집한 열화 지표, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터의 예를 도시한 도면이다.
도 4는 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를, 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 가열 장치의 열화 지표의 초기값, 수집한 열화 지표, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 6은 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를, 그래프 표시한 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 가열 장치의 열화 지표의 초기값, 수집한 열화 지표, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를, 그래프 표시한 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 11은 가열 장치의 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터, 가시화 비율, 조작량의 이력 평균값의 예를 도시한 도면이다.
도 12는 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와 가시화 비율을, 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다.
도 13은 가열 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 가열 장치의 다른 구성을 도시한 블록도이다.
[발명의 원리 1]
발명자는, 개개의 제어 루프에 주어지는 지표여도, 복수의 제어 루프를 대상으로 하는 경우에는, 복수의 지표 사이의 경향을 분석하면, 장치 설계의 개선 정보로 이어지는 것에 착안하였다.
즉, 예컨대 복수의 센서나 히터를 구비하는 장치 내의 제어계를 대상으로 하면, 어느 부근의 센서나 컨트롤러(예컨대 온도 조절계)가 열화 정보를 내는지 등에 대해, 복수의 동일한 타입의 장치로부터 얻어지는 데이터를 분석했을 때에, 열화 개소의 집중 경향이 나타나면, 장치 설계상의 문제가 내재할 가능성이 생각된다. 이에 기초하여, 제어계의 구성 요소의 열화를 검지하는 지표(예컨대 특허문헌 2의 Kp/Tp비나 특허문헌 3의 ΔPVmax)를 이용하여, 복수의 제어 루프, 복수의 장치를 대상으로 열화의 집중 경향을 가시화하는 것의 유용성에 상도하였다.
[발명의 원리 2]
히터가 열화하기 쉬운 원인이 되는 요소로서, 고온 유지 시의 평균적인 히터 출력[조작량(MV) 평균값]이 있다. 반대로 말하면, 고온 유지 시의 온도[제어량(PV)]의 고저에 대해서는, 존 간 간섭의 영향에 따라서는, 반드시 히터의 부하에 직결하고 있다고는 할 수 없다. 예컨대, 800℃의 존의 히터 출력보다, 700℃의 히터 출력 쪽이 큰 상태로 되어 있는 경우도 있다.
따라서, 고온 유지 시의 조작량(MV) 평균값을 아울러 가시화하는 것이, 보다 적합하다. 이 가시화에 의해, 오퍼레이터에게 있어서는, 보다 확신도가 높은 고찰이 가능해진다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 본 실시형태는, 상기 발명의 원리 1에 대응하는 예이다. 본 실시형태에서는, 제어계의 구성 요소의 열화를 검지하는 지표의 예로서, 전술한 Kp/Tp비(즉 히터 열화의 지표)를 들어 설명한다. 이 경우, 공지의 열화 지표를 검출(산출)하는 열화 지표 검출 기능은 온도 조절계측에 실장되고, 그 외의 기능은 온도 조절계의 상위 시스템에 실장되는 것이 일반적이다.
설계 평가 지원 시스템은, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하는 열화 지표 검출부(1)와, 열화 지표 검출부(1)가 검출한 열화 지표를, 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하는 열화 지표 수집부(2)와, 평가 대상의 가열 장치의 열화 지표의 초기값을, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 미리 기억하는 초기값 기억부(3)와, 열화 지표 수집부(2)가 수집한 열화 지표와 초기값 기억부(3)에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시하는 열화 지표 변화 제시부(4)를 구비하고 있다.
본 발명은 도 14에 도시된 바와 같은 멀티 루프형의 가열 장치를 평가 대상의 장치로 한다. 도 14에 있어서, 온도 센서(S1∼S8)는, 각각 히터(H1∼H8)에 의해 가열되는 온도 제어 존(Z1∼Z8)의 온도(PV1∼PV8)를 측정한다. 온도 조절계(C1∼C8)는, 각각 온도 센서(S1∼S8)에 의해 측정된 온도(PV1∼PV8)가 온도 설정값(SP)과 일치하도록 조작량(MV1∼MV8)을 산출한다. 전력 조정기(P1∼P8)는, 각각 온도 조절계(C1∼C8)로부터 출력된 조작량(MV1∼MV8)에 따른 전력을 히터(H1∼H8)에 공급한다. 도 14에 있어서는, 각 온도 조절계(C1∼C8)가 각각 대응하는 온도 제어 존(Z1∼Z8)의 온도(PV1∼PV8)를 독립적으로 제어하는 온도 제어계가 8개 형성되어 있게 된다.
본 실시형태에서는, 도 14에 도시된 바와 같은 온도 제어계(제어 루프)가 8개인 멀티 루프형 가열 장치를 가열 장치 A, 온도 제어계가 12개인 멀티 루프형 가열 장치를 가열 장치 B, 온도 제어계가 14개인 멀티 루프형 가열 장치를 가열 장치 C라고 부르는 것으로 한다.
이하, 본 실시형태의 설계 평가 지원 시스템의 동작을 도 2를 참조하여 설명한다. 열화 지표 검출부(1)는, 복수의 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 검출한다(도 2 단계 S100). 본 실시형태에서는, 가열 장치의 구성 요소의 열화 지표, 구체적으로는 히터의 열화 지표로서, 비율(S=Kp/Tp)을 이용한다.
열화 지표 검출부(1)는, 가열 장치로부터 수집한 온도(PV)의 시계열 데이터와 조작량(MV)의 시계열 데이터에 대해 단계 응답 전반(前半)의 과도 상태의 데이터를 특정하고, 과도 상태에 있어서의 온도(PV)의 데이터 및 조작량(MV)의 데이터에 의해 제어 대상의 모델 수식을 동정하며, 이 제어 대상의 모델 수식에 기초하여 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비율(S=Kp/Tp)을 산출한다.
본 실시형태의 제어 대상은, 가열 처리로(터널로)와, 예컨대 반도체 디바이스 등의 피가열물과, 히터를 포함하는 것이다. 이러한 제어 대상을 1차 지연과 낭비 시간으로 근사할 수 있는 것으로 하면, 제어 대상의 모델 수식(Gp)은 다음 식과 같이 기술할 수 있다.
Gp=Kpexp(-Lps)/(1+Tps) …(1)
식 (1)에 있어서의 s는 라플라스 연산자, Lp는 낭비 시간이다. 온도 제어의 과도 상태에 있어서의 온도(PV)의 데이터 및 조작량(MV)의 데이터를 취득할 수 있으면, 식 (1)을 확정할 수 있고, 비율(S=Kp/Tp)을 산출하는 것이 가능하다. 열화 지표 검출부(1)는, 이상과 같은 처리를 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 행한다. 한편, 비율(S=Kp/Tp)의 산출 방법은 특허문헌 2에 개시되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
다음으로, 열화 지표 수집부(2)는, 열화 지표 검출부(1)가 검출한 열화 지표(S=Kp/Tp)를, 동일한 타입(동형)의 가열 장치마다 수집하여 기억한다(도 2 단계 S101). 여기서, 동일한 타입의 가열 장치란, 기본적으로는 설계나 사양이 동일한 가열 장치라고 하는 의미이며, 전형적으로는 장치 메이커가 동일한 형식 번호를 부여한 가열 장치를 말한다. 본 실시형태에서는, 평가 대상의 가열 장치가 6대 있으며, 1호로(爐)와 4호로가 가열 장치 A, 2호로와 5호로가 가열 장치 B, 3호로와 6호로가 가열 장치 C라고 한다.
초기값 기억부(3)에는, 평가 대상의 가열 장치의 열화 지표의 초기값(S_ini)이, 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 미리 기억되어 있다. 히터가 열화하고 있지 않은, 가열 장치의 설치 당초의 가동 중에 상기한 열화 지표 검출부(1)에 의한 열화 지표의 검출을 행하고, 검출한 열화 지표를 초기값(S_ini)으로서 초기값 기억부(3)에 등록해 두면 된다.
열화 지표 변화 제시부(4)는, 열화 지표 수집부(2)가 수집한 열화 지표와 초기값 기억부(3)에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값(S_ini)으로부터, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시한다(도 2 단계 S102). 본 실시형태에서는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터로서, 초기값(S_ini)에 대한 비율(R)을 이용한다. 열화 지표 수집부(2)가 수집한 최신의 열화 지표를 S_res라고 하면, 비율(R)은 다음 식과 같이 된다.
R=S_res/S_ini …(2)
열화 지표 변화 제시부(4)는, 식 (2)의 산출을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 행하고, 산출한 비율(R)을 예컨대 그래프 표시한다.
이렇게 해서, 설계 평가 지원 시스템의 처리가 완료된다. 설계 평가 지원 시스템은, 이상과 같은 처리를 정기적으로, 혹은 사용자로부터 요구가 있었을 때에 실시한다.
도 3은 가열 장치 A의 타입에 속하는 1호로와 4호로의 열화 지표의 초기값(S_ini), 열화 지표(S_res), 및 비율(R)의 수치예를 도시한 도면, 도 4는 도 3의 비율(R)을 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 그래프에는, 1호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(41)와, 4호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(42)가 표시되어 있다. 비율(R)은, 값이 작을수록 온도 제어계의 구성 요소(구체적으로는 히터)의 소모도가 큰 것을 나타내고 있다.
도 5는 가열 장치 B의 타입에 속하는 2호로와 5호로의 열화 지표의 초기값(S_ini), 열화 지표(S_res), 및 비율(R)의 수치예를 도시한 도면, 도 6은 도 5의 비율(R)을 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 그래프에는, 2호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(61)와, 5호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(62)가 표시되어 있다.
도 7은 가열 장치 C의 타입에 속하는 3호로와 6호로의 열화 지표의 초기값(S_ini), 열화 지표(S_res), 및 비율(R)의 수치예를 도시한 도면, 도 8은 도 7의 비율(R)을 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 그래프에는, 3호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(81)와, 6호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(82)가 표시되어 있다.
도 3 내지 도 8의 수치예는, 설명을 간이하게 하기 위해서, 각 장치 타입에서 2대의 장치로 하고 있으나, 도 4, 도 6, 도 8에 의하면, 가열 장치 A의 타입에서는 히터(H7)의 열화가 진행되고, 가열 장치 B의 타입에서는 히터(H9)의 열화가 진행되며, 가열 장치 C의 타입에서는 히터(H10)와 히터(H14)의 열화가 진행되고 있다고 하는 경향을 인식할 수 있다. 그러므로, 이들 히터 자체 혹은 히터 조건 등을, 장치 설계의 개선 정보로서 이용할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하고, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 가열 장치마다 및 히터마다 산출하여 제시함으로써, 장치 설계의 개선으로 이어지는 정보를 제공할 수 있다.
본 실시형태에서는, 1대의 가열 장치가 아니라, 동일한 타입의 복수의 가열 장치의 열화 지표를 수집하는 것이 중요하다. 1대의 가열 장치에 대해서만 열화 지표를 수집한 경우에는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 히터마다 제시했다고 해도, 히터의 열화가 가열 장치의 개체차에서 유래하는 것인지, 장치 설계에서 유래하는 것인지를 판단하는 것이 어렵다. 이에 비해, 동일한 타입의 복수의 가열 장치의 열화 지표를 수집하고, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터를 가열 장치마다 및 히터마다 제시하면, 각 가열 장치에 공통되는 열화의 경향을 가시화할 수 있기 때문에, 열화가 집중되고 있는 개소에 대해서는 장치 설계에서 유래할 가능성이 높다고 판단할 수 있다.
한편, 가시화의 구체적인 방법은, 도 3, 도 5, 도 7과 같은 표 형식이나 도 4, 도 6, 도 8과 같은 그래프 형식에는 한하지 않는다. 예컨대 열화 지표 변화 제시부(4)는, 식 (2)의 산출을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 행하고, 동일한 타입의 가열 장치에 대해 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터[비율(R)]의 평균값을, 가열 장치 내의 위치가 동일한 온도 제어계마다 산출하여 제시하도록 해도 좋다. 예컨대 도 3의 예로 말하면, 1호로와 4호로의 히터(H1)의 비율(R)의 평균값을 산출하여 제시한다고 하는 것과 같은 동작이 된다.
[제2 실시형태]
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 설계 평가 지원 시스템의 구성을 도시한 블록도이며, 도 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시형태는, 상기 발명의 원리 2에 대응하는 예이다. 한편, 본 실시형태에서는, 가열 장치 A의 타입에 대해서만 표시예를 나타내지만, 가열 장치 B, C에 대해서도, 제1 실시형태와 마찬가지로 적용 대상이 되는 것은 물론이다.
본 실시형태의 설계 평가 지원 시스템은, 열화 지표 검출부(1)와, 열화 지표 수집부(2)와, 초기값 기억부(3)와, 열화 지표 변화 제시부(4)와, 평가 대상의 멀티 루프형 가열 장치의 개개의 온도 조절계로부터 조작량(MV)의 시계열 데이터를 취득하는 조작량 취득부(5)와, 조작량(MV)의 시계열 데이터에 기초하여, 조작량(MV)의 이력 평균값(MVm)을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 산출하는 평균 조작량 산출부(6)와, 열화 지표 변화 제시부(4)가 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와, 이력 평균값(MVm)의 관련성을 제시하는 조작량 영향 제시부(7)를 구비하고 있다.
다음으로, 본 실시형태의 설계 평가 지원 시스템의 동작을 도 10을 참조하여 설명한다. 열화 지표 검출부(1)와 열화 지표 수집부(2)의 동작(도 10 단계 S100, S101)은, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같다.
조작량 취득부(5)는, 평가 대상의 각 가열 장치의 개개의 온도 조절계로부터 조작량(MV)의 시계열 데이터를 취득한다(도 10 단계 S103). 한편, 조작량(MV)의 취득 기간은, 예컨대 설계 평가 지원 시스템이 도 10의 처리를 개시하고 나서 일정 시간이 경과하기까지의 기간으로 하면 된다. 이때, 도 14에 도시된 바와 같은 터널로(200)에서는, 예컨대 리플로우, 소성, 건조라고 하는 일련의 공정이 실시되기 때문에, 이들 모든 공정이 포함되도록, 조작량(MV)의 취득 기간을 설정하는 것이 바람직하다.
평균 조작량 산출부(6)는, 조작량 취득부(5)가 취득한 조작량(MV)의 시계열 데이터에 기초하여, 이력 평균값(MVm)(평균 조작량)을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 산출한다(도 10 단계 S104).
열화 지표 변화 제시부(4)의 동작(도 10 단계 S102)은, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같다.
조작량 영향 제시부(7)는, 열화 지표 변화 제시부(4)가 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와, 이력 평균값(MVm)의 관련성을 제시한다(도 10 단계 S105). 이력 평균값(MVm)에 대해서는, 베스트 조건이 1.0에서 최대가 되는 것과 같은 정량화가 바람직하다. 그래서, 조작량 영향 제시부(7)는, 평균 조작량 산출부(6)가 산출한 이력 평균값(MVm) 중 최소값(MVm_min)을 동일한 가열 장치 내에서 추출하고, 이 최소값(MVm_min)을 분자, 각 이력 평균값(MVm)을 분모로 하는 가시화 비율(U)을 상기 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 산출한다. 즉, 가시화 비율(U)은 다음 식과 같이 된다.
U=MVm_min/MVm …(3)
조작량 영향 제시부(7)는, 식 (3)의 산출을 가열 장치마다 및 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다(히터마다) 행하고, 산출한 가시화 비율(U)을, 열화 지표 변화 제시부(4)가 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와 함께 제시한다.
도 11은 가열 장치 A의 타입에 속하는 1호로와 4호로의 비율(R), 가시화 비율(U), 이력 평균값(MVm)의 수치예를 도시한 도면, 도 12는 도 11의 비율(R)과 가시화 비율(U)을 그래프 표시한 예를 도시한 도면이다. 도 12에 도시된 그래프에는, 1호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(41)와, 4호로의 각 히터의 비율(R)을 나타내는 막대(42)와, 1호로의 각 히터의 가시화 비율(U)을 나타내는 꺾은선(43)과, 4호로의 각 히터의 가시화 비율(U)을 나타내는 꺾은선(44)이 표시되어 있다.
이력 평균값(MVm)은, 값이 클수록 온도 제어계의 구성 요소(구체적으로는 히터)의 소모도에 대한 영향이 큰 것을 의미하는 변수가 된다. 따라서, 가시화 비율(U)로서는, 값이 작을수록 소모도에 대한 영향이 큰 것이 된다. 한편, 비율(R)도 값이 작을수록 소모도가 큰 것을 나타내고 있기 때문에, 조작량(MV)과 소모도의 관계성이 파악하기 쉬워진다. 즉, 멀티 루프형 가열 장치의 설계 개선으로 이어지는 정보로서, 조작량(MV)이 히터계의 열화에 영향을 주고 있는 정도의 정보를 제공할 수 있다.
제1, 제2 실시형태에서 설명한 설계 평가 지원 시스템의 열화 지표 검출부(1)를 제외한 구성은, CPU(Central Processing Unit), 기억 장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와, 이들의 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다. CPU는, 기억 장치에 저장된 프로그램에 따라 제1, 제2 실시형태에서 설명한 처리를 실행한다. 또한, 열화 지표 검출부(1)는, 상기한 바와 같이 멀티 루프형 가열 장치 내의 개개의 온도 조절계마다 설치되어 있다. 온도 조절계는, 주지하는 바와 같이 컴퓨터와 프로그램에 의해 실현할 수 있다.
본 발명은 멀티 루프형 가열 장치의 설계를 지원하는 기술에 적용할 수 있다.
1: 열화 지표 검출부 2: 열화 지표 수집부
3: 초기값 기억부 4: 열화 지표 변화 제시부
5: 조작량 취득부 6: 평균 조작량 산출부
7: 조작량 영향 제시부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 설계 평가 지원 시스템에 있어서,
    각 컨트롤러가 각각 대응하는 온도 제어 존의 온도를 제어하는 멀티 루프형 가열 장치를 평가 대상으로 하고, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하는 열화 지표 검출 수단과,
    이 열화 지표 검출 수단이 검출한 열화 지표를, 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하는 열화 지표 수집 수단과,
    평가 대상의 가열 장치의 상기 열화 지표의 초기값을, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 미리 기억하는 초기값 기억 수단과,
    상기 열화 지표 수집 수단이 수집한 열화 지표와 상기 초기값 기억 수단에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년(aging) 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시하는 열화 지표 변화 제시 수단과,
    평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 개개의 컨트롤러로부터 출력되는 조작량의 시계열 데이터에 기초하여, 조작량의 이력 평균값을 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 산출하는 평균 조작량 산출 수단과,
    상기 열화 지표 변화 제시 수단이 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와, 상기 이력 평균값의 관련성을 제시하는 조작량 영향 제시 수단
    을 포함하고,
    상기 열화 지표 검출 수단은, 상기 열화 지표로서, 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비율(S_res=Kp/Tp)을 검출하고,
    상기 열화 지표 변화 제시 수단은, 상기 열화 지표 수집 수단이 수집한 비율(S_res)과 상기 초기값 기억 수단에 기억되어 있는 초기값(S_ini)으로부터, 상기 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터로서, 비율(R=S_res/S_ini)을 산출하는 것을 특징으로 하는 설계 평가 지원 시스템.
  4. 설계 평가 지원 시스템에 있어서,
    각 컨트롤러가 각각 대응하는 온도 제어 존의 온도를 제어하는 멀티 루프형 가열 장치를 평가 대상으로 하고, 평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 열화 지표를, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 검출하는 열화 지표 검출 수단과,
    이 열화 지표 검출 수단이 검출한 열화 지표를, 동일한 타입의 가열 장치마다 수집하는 열화 지표 수집 수단과,
    평가 대상의 가열 장치의 상기 열화 지표의 초기값을, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 미리 기억하는 초기값 기억 수단과,
    상기 열화 지표 수집 수단이 수집한 열화 지표와 상기 초기값 기억 수단에 기억되어 있는 열화 지표의 초기값으로부터, 열화 지표의 경년(aging) 변화를 나타내는 데이터를 산출하여 제시하는 열화 지표 변화 제시 수단과,
    평가 대상의 복수의 멀티 루프형 가열 장치의 개개의 컨트롤러로부터 출력되는 조작량의 시계열 데이터에 기초하여, 조작량의 이력 평균값을 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 산출하는 평균 조작량 산출 수단과,
    상기 열화 지표 변화 제시 수단이 제시하는, 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와, 상기 이력 평균값의 관련성을 제시하는 조작량 영향 제시 수단
    을 포함하고,
    상기 조작량 영향 제시 수단은, 상기 평균 조작량 산출 수단이 산출한 이력 평균값(MVm) 중 최소값(MVm_min)을 동일한 가열 장치 내에서 추출하고, 이 최소값(MVm_min)을 분자, 각 이력 평균값(MVm)을 분모로 하는 가시화 비율(U=MVm_min/MVm)을 산출하여, 상기 열화 지표의 경년 변화를 나타내는 데이터와 함께 제시하는 처리를, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 행하는 것을 특징으로 하는 설계 평가 지원 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열화 지표 검출 수단은, 가열 장치로부터 수집한 온도의 시계열 데이터와 조작량의 시계열 데이터에 대해 과도 상태의 데이터를 특정하고, 과도 상태에 있어서의 온도의 데이터 및 조작량의 데이터에 의해 제어 대상의 모델 수식을 동정(同定)하며, 이 제어 대상의 모델 수식에 기초하여 제어 대상의 프로세스 이득(Kp)과 프로세스 시정수(Tp)의 비율(S_res=Kp/Tp)을 산출하는 처리를, 가열 장치마다 그리고 가열 장치 내의 개개의 온도 제어계마다 행하는 것을 특징으로 하는 설계 평가 지원 시스템.
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