Как автоматизация изменила микроэлектронику? С чего всё начиналось, современные инновации и перспективы. Присоединяйтесь к обсуждению!
Сегодня мы погрузимся в увлекательный мир микроэлектроники и электроники, чтобы узнать, как все начиналось и что нас ждет в будущем.
Роботизация и автоматизация давно определяют вектор развития мировой промышленности. В области микроэлектроники и электроники данные технологии являются основополагающими, обеспечивая высокую точность и производительность.
Давайте вместе разберемся во всех этих аспектах, включая их влияние на инновации и будущие перспективы!
Введение в микроэлектронику и электронику
Микроэлектроника и электроника — это области, которые занимаются разработкой и производством электронных компонентов и устройств. Эти технологии находят применение в самых разных сферах: от бытовой техники до космических аппаратов. В России эта отрасль имеет богатую историю, начиная с первых ламповых приборов и заканчивая современными микропроцессорами.
Как это было?
Первые шаги
История микроэлектроники начинается с изобретения транзистора в 1947 году. Этот маленький, но важный шаг положил начало революции в электронике. Транзисторы позволили создавать более компактные и энергоэффективные устройства, что стало основой для всех последующих достижений.
Как мы помним, в середине XX века производство электронных компонентов было исключительно ручным, что сильно ограничивало масштабы и скорость. Прорыв произошел с появлением первых автоматизированных сборочных линий.
! Например, в Советском Союзе активно совершенствовались технологии массового производства микросхем, что значительно ускорило процесс и повысило качество выпускаемой продукции.
Изначально автоматизация касалась лишь отдельных этапов. Так, первые машины взяли на себя выполнение задач, требующих высокой точности, таких как пайка и монтаж микросхем на платы, вместо ручного труда. Эти устройства не обладали сложной логикой и работали по строго заданным алгоритмам. Человек при этом оставался главным звеном, контролируя работу механизмов и корректируя их действия в случае сбоев.
Развитие технологий
С тех пор технологии микроэлектроники и электроники значительно эволюционировали.
С развитием технологий появилась возможность интегрировать более сложные системы.
В 1958 году в США была создана первая интегральная схема (ИС), которая стала основой для всех последующих достижений в этой области.
В СССР первые ИС начали разрабатывать в начале 1960-х годов. Одним из пионеров в этой области был Институт проблем технологии микроэлектроники и высокочистых материалов РАН.
В 1970-х годах появились первые микропроцессоры, которые стали основой для современных компьютеров и других устройств. Именно тогда компьютеры стали массово интегрироваться в производственные процессы. Это расширило возможности автоматизации: компьютеры начали управлять сборочными линиями, обрабатывать данные в режиме реального времени и даже выполнять базовую диагностику оборудования.
Особенно важно отметить роль микропроцессоров. Они позволили уменьшить размеры машин, повысить их производительность и расширить функционал.
К началу 1980-х годов производственные предприятия начали использовать роботизированные манипуляторы, которые выполняли сложные операции без участия человека. В то время такие технологии считались прорывными и были доступны лишь крупнейшим предприятиям.
В период 1980–1990-х годов произошел бум в развитии полупроводниковых технологий, что позволило создавать все более сложные и мощные электронные компоненты.
Переход от простых механизированных систем к интеллектуальным решениям стал возможен благодаря быстрому развитию электроники.
Постепенное снижение стоимости технологий позволило внедрять автоматизацию даже на небольших производствах.
К концу XX века предприятия уже активно использовали роботизированные линии, где человек занимался только программированием и обслуживанием оборудования.
Почему роботизация стала необходимой
Современные микроэлектронные устройства требуют максимальной точности, а человеческий фактор часто становился причиной ошибок. Это подтолкнуло производителей к использованию роботов, которые способны выполнять задачи быстрее и надежнее.
Сегодня роботы на предприятиях занимаются, в основном:
- Монтажом печатных плат
- Установкой компонентов
- Лазерной пайкой
- Контролем качества на всех этапах производства
Примеры внедрения роботов и автоматизации производства на российских предприятиях
Внедрение роботов на производстве
Роботизация и автоматизация стали неотъемлемой частью производства микроэлектроники. Роботы используются для выполнения различных задач: от сборки электронных компонентов до их тестирования.
Так, одним из лидеров внедрения роботов является компания «Микрон» — крупнейший российский производитель микроэлектроники (входит в группу компаний «Элемент»), резидент ОЭЗ «Технополис Москва».
Предприятие производит свыше 4 миллиардов чипов ежегодно и отвечает за 54% экспорта российской микроэлектроники.
Для наращивания своих мощностей по производству продукции — компания активно использует роботизированные линии для производства процессоров, соответствующих мировым стандартам.
Линии включают роботов, которые выполняют задачи с точностью до микрона, такие как установка компонентов на платы и лазерная пайка. Используются системы оптического контроля, которые проверяют каждую деталь на соответствие техническим требованиям.
Использование этих технологий позволило компании значительно снизить уровень брака продукции, существенно повысить производительность и сократить время выхода продукции на рынок.
! Например, на одном из этапов роботизированная система проверяет схемы на наличие микроскопических дефектов, применяя технологию машинного зрения.
Это исключает возможность человеческой ошибки и повышает надежность выпускаемой продукции.
Также компания «Микрон» внедрила коллаборативных роботов для работы на конвейере. Эти устройства помогают сотрудникам в сборке сложных узлов, уменьшая нагрузку и ускоряя производственный процесс. Благодаря этим решениям предприятие стало одним из лидеров в области высокотехнологичного производства в России.
Автоматизация производственных процессов
Автоматизация процессов также имеет значительное влияние в микроэлектронике. Системы автоматического управления способствуют оптимизации производственных процессов, снижению затрат и повышению эффективности.
Пример успешной автоматизации демонстрирует и компания АО НПЦ «ЭЛВИС» — российский центр проектирования микросхем.
На их предприятиях активно применяются автоматизированные линии для сборки и тестирования микросхем, предназначенных для использования в системах искусственного интеллекта и интернета вещей.
Специальные роботы наносят микроскопические слои на платы с точностью до нанометра. Это обеспечивает высокую надежность компонентов, что особенно критично для космической и военной промышленности.
Автоматизация затрагивает и процесс тестирования: каждое изделие подвергается многоуровневой проверке, что минимизирует вероятность дефектов.
В результате производственные мощности компании увеличились, а доля брака существенно сократилась.
Перспективы и вызовы
Спрос на использование роботов и автоматизированных систем в производстве
электроники неуклонно растет. В настоящее время этот сектор занимает около 30% от общего спроса на промышленные роботы, уступая только автомобильной промышленности, которая генерирует более 40% спроса.
Тем не менее наблюдается тенденция к сокращению разрыва между этими двумя отраслями. Прогнозируется, что в ближайшем будущем производство электронных устройств может занять лидирующую позицию среди наиболее автоматизированных отраслей.
На российском форуме «Микроэлектроника» в сентябре 2024 ведущие специалисты в данной области подводили итоги года.
На данном форуме генеральный директор АО «НИИМА «Прогресс», Кондрашов Захар Константинович отметил, что микроэлектроника является критически важным элементом в развитии робототехники. Создание и производство микроэлектронных устройств и интегральных схем являются основополагающими факторами для разработки надежных робототехнических систем.
Напомним, Президент России Владимир Путин поставил цель включить РФ в число 25 ведущих стран по количеству промышленных роботов к 2030 году.
Разумеется, достичь этого без государственной поддержки сложно, поэтому правительство начало внедрять меры поддержки.
По данным «Интерфакс» (2024 год) заместитель директора департамента станкостроения и тяжелого машиностроения Минпромторга Александр Львов поделился информацией, что поддержка российского рынка робототехники будет осуществляться по нескольким направлениям.
- Одним из них станет предоставление льготного лизинга и льготных кредитов для приобретателей робототехнических решений. Ожидается, что эффективная процентная ставка в этих случаях не превысит 5%.
- Также продолжит действовать программа субсидирования скидок на технические решения, которая будет составлять 50% от стоимости робота. То есть, министерство будет предоставлять субсидии производителям, а те, в свою очередь, будут предлагать скидки покупателям.
- Дополнительно готовится программа льготных кредитов для пополнения оборотных средств.
24 октября 2024 года министр финансов России Антон Силуанов анонсировал планы по развитию роботизации в стране в рамках федерального бюджета на 2025–2027 годы.
В своем выступлении на пленарном заседании Госдумы Силуанов подчеркнул, что в течение ближайших трех лет на эти цели будет выделено от ₽10 млрд в 2025 году до ₽53 млрд в 2027 году.
Эти шаги направлены на достижение цели, поставленной правительством, — войти в топ-25 стран по плотности роботизации к 2030 году.
В компании «РТ-Техприемка» (часть «Ростеха») убеждены, что для продвижения промышленной робототехники в России, помимо государственной поддержки, требуется привлечение частных инвестиций, а также применение механизмов частно-государственного партнерства и финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.
! По данным www.tadviser.ru
Вместе с тем, финансирование не главное препятствие, тормозящее внедрение промышленных роботов в России.
Одной из немаловажных проблем является нехватка специалистов с необходимыми компетенциями в данной области.
Это утверждение содержится в обзоре Института статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ, опубликованном 28 ноября 2024 года.
В целом исследование выявило, что одной из главных задач для организаций, занимающихся промышленной робототехникой, является повышение кадрового потенциала. На рынке труда наблюдается нехватка квалифицированных специалистов, обладающих необходимыми навыками в разработке новых робототехнических решений, применении инструментов искусственного интеллекта, а также в области мягких компетенций, критически важных для реализации сложных инженерных проектов.
Ключевые направления на ближайшее будущее
В будущем роботизация в микроэлектронике будет только нарастать, с учетом решения всех насущных проблем.
Госкорпорация «Росатом», например, уже заявляет о том, что планирует занять более половины российского рынка промышленных роботов.
Об этом в конце октября 2024 года сообщил коммерческий директор по направлению «Робототехника» АО «Росатом Сервис» Дмитрий Кайнов.
Общая картинка основных перспектив выглядит следующим образом:
Развитие искусственного интеллекта
Искусственный интеллект станет ключевым элементом автоматизации.
! Например, компания «Нейротех» из Новосибирска разрабатывает системы машинного обучения, которые анализируют данные и прогнозируют выпуск продукции. Это решение уже тестируется на российских предприятиях.
Полная автономность заводов
Концепция полностью автономных заводов предусматривает минимальное участие человека в процессе.
! В рамках проекта «Цифровой завод» в Иннополисе создается экспериментальное производство, где роботы выполняют все функции: от обработки материалов до финальной сборки.
Широкое применение 3D-печати
3D-печать в микроэлектронике обещает стать революцией.
! На базе Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разрабатываются тонкопленочные материалы для создания сенсоров нового поколения. Технология позволяет производить уникальные компоненты с минимальными затратами.
! На предприятиях Ростеха активно внедряют аддитивные технологии для производства сложных компонентов микроэлектроники. Это позволяет сократить сроки производства и снизить затраты.
Новые технологии и материалы
В будущем мы увидим появление новых технологий и материалов, которые изменят лицо микроэлектроники. Например, квантовые компьютеры и новые полупроводниковые материалы могут значительно повысить производительность и эффективность электронных устройств.
! В МГУ и Сколково разрабатываются роботизированные системы для создания элементов квантовых компьютеров.
Исследовательский центр McKinsey прогнозирует, что к 2030 году до 40% операций в микроэлектронной промышленности будут выполняться полностью автономно.
Однако в текущих реалиях в России (по информации на начало 2024 года) И. Л. Ермоловым, заместителем директора по научной работе Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН, отмечено, что доля роботов, используемых в российской промышленности, не превышает 5 процентов на сегодняшний день.
Так что нас ждут грандиозные планы на ближайшие 5 лет.
А как вы относитесь к роботизации в микроэлектронике?
Используете ли вы роботов на своем предприятии или только планируете внедрение?
Делитесь своим опытом в комментариях!
Если вам интересны информационные технологии и последние новости из мира промышленности, то подписывайтесь на наши каналы — Дзен и Телеграм — чтобы быть в курсе всех событий и ничего не пропустить.
