Введение к работе
;-j,.-:.--!
0їС:лАктуальность проблемы. На современном этапе научно-технического, 'прогресса обеспечение я повышение качества изделий и устройств радиотехники и электронной техники (ИУРЭТ) и их конкурентоспособности рассматриваются как важнейший фактор национальной эконоиикк, как задача не только технико-экономического, но в политического значения. Рост степени интеграции компонентов и их функциональной сложности обуславливает появление новых острых проблем в области повышения качества и надежности ИУРЭТ. Так, например, аначительяое повышение выпуска интегральных микросхем (ШС) тормозится сравнительно низким процентом выхода годных. Причиной этого является несовершенство как самого уровня технологии изготовления ИКС, так и методов и средств контроля их параметров. Аналогичные проблемы встают и при изготовлении других ИУРЭТ.
Общими особенностями технологических процессов изготовления таких ИУРЭТ являются:
-
многономеяклатурность (для ШО - десятки типономиналов в пределах одной серии);
-
сравнительно низкий процент выхода годных, что требует управления технологическим процессом для достижения заданного уровня точности, стабильности и однородности, на основе нахождения математической модели конкретного процесса для конкретного типа ИУРЭТ с целью выявления неудовлетворительно работающих операций;
-
групповой характер производства, что требует учета иерархии обработки и корреляции параметров изг. лий;
-
длительность изготовления ИУРЭТ, что приводит к появлению множества влияющих производственных факторов, коррелированных с параметрами изделий {для ИМС - несколько сот наименований). В своп очередь это приводит л необходимости разработка процедура выявления информативных (конгсолепригодаых) параметров ТП ді/или изделий;
-
дрейф технологических условий, что приводит к необходимости периодического возобновления математического коделировання.
Наиболее порспективным ргвеиие вопроса о математическом моделирования выходных показателей качества ИУРЭТ (например, процента выхода годных), на ыаз взгляд, является использование для этой цолп пассивной контрольно-измерительной информации (КИИ), накопленной за длительный период (неделю, иесяц, квартал) по результатам пооперационного (или финишного) контроля параметров изделий. Однако.этому
препятствуют:
1) отсутствие достаточно простых и надежных методов получения
математических моделей по пассивным данным, которые учитывала бы:
а) малые изменения факторов (в пределах допуска);
б) неортогональность ноходного иассива дашшх;
в) гетероскедастичиость (неравенство дисперсий) контролируе
мых параметров ШТЭТ при различных технологических ситуациях;
г) неравномерность расположения точек факторного пространст
ва, в которых получены опытные данные;
д) неодинаковое число параллельных опытов в каждой точке;
-
малоэффективные методы межоперащюниого контроля при выборках малого объема;
-
отсутствие объективной системы выбора контролируемых параметров и методики комплексного анализа связей между шага.
Диссертация посвящена решению крупной научно-технической проблемы: разработке принципов оптимизации групповых технологических процессов на основе анализа их точности, стабильности и однородности, разработке методов выборочного контроля качества ИУРЭТ и методов их математического моделирования, зшзвдеЯ важное народнохозяйственное значение для повышения экономической еффекгивности производства па базе увеличения процента выхода годных изделий при заданном уровне их качества.
Состояние проблемы. Групповые технологические процессы характеризуются не только большим количеством контролируемых параметров, но и иерархией обработки (группа - партия - тираж), которая превращает их в сложные системы, для анализа которых широко применяется информационный подход, ставший возмогшим благодаря работам Р.Хартли, К.Шешюна, Г.Уабы, С.Рейнера, АЛІ.Колмогорова, А.А.Харкевича, Н.НЛенцова и др. Существенный вклад в разработку методов анализа и математического моделирования таких олсшшх систем внесли труда Я.Такахары, Д.Миллера, П.Минтоко, ДЛайлеада, А.А.Ляпунова, В.И.Ка-ташкина, Н.П.Бусленко, К.А.Балиева, Г.В.Друзшшна. Л.А.Растрипша, А.М.Талалая, В.А.Кощеева, В.П.Чулкова и др., однако важному для конкретных производств вопросу связи математических моделей с точность») и стабильностью технологического процесса уделялось значительно меньше внимания (В.И.Илеснунан, А.Н.Гаврилов и др.).
Большой вкпад в разработку методов планирования . коперимеита внесли ДжЛ'ОКо, Д« Льюки, КЛвртмаи, Б.Болч, О.Гейссер, П.Джоноон, B.!?n?Dp. 'і.И.Аалрр, Е.В.Маркове, С.Л.'йвазян. И.О.Еиїжов, Г.К.Круг,
Э.К.Лецкий, В.В.Налиыов, Ю.В.Лшшик, Н.В.Ванний, В.Г.Горский и др. Однако большинство работ посвящено методам активного эксперимента, непригодным для применения в цеховых условиях при массовом произвол-' стве. Методы пассивного эксперимента разработаны значительно слабее, а методов, учитывающих указанные особенности технологического процесса, не существует. Поэтому возникает необходимость разработки методов пассивного экспершэнта, учитывающих малый диапазон варьирования факторов и их яеортогональность, гетероскедастичность результатов, неравномерность располокепия точек а факторном пространстве и неодинаковость дублирования опытов.
В значительной мере все современные методы выборочного контроля опирается на работы Я.Б.Шора, Ю.К.Беляева, Л.Ноулера, Е.Коулмена, П.П.Пархоменко, Г.С.Пашковского, Л.Д.Грачина, Л.И.Карпова, Л.А.Не-достула и др. Однако применение этих методов к контролю, например, параметров пластан ЖС находится в противоречии с малым объемом контрольной внборки, результаты обработки которой получаются с неприемлемо большой ошибкой. Поэтому возникает необходимость в разработке методов выборочного контроля, прзшодяїднх к.устранению или существенному уменьшения влияния этого противоречия.
Выбор контролируемого параметра кз больного числа коррелирован
ных является творческой задачей, разрешаемой с помощью опытных спе
циалистов (технологов) Д"я конкретного ТП. Одаако методы экспертных
оценок, рекомендованные ГОСТами на осново теоретических разработок
Ш.Дя.Кендэл, К.Сдирмэи, С.Д.Ееиеяав, Ф.Г.Гурвпч, Ю.В.Ревич, М.В.
Шнайдврман и др.), опираются в основном на метод парного сравнения,
который шяет дать достаточно большую ошибку, а.некомпетентность
эксперта внявляется только в конце вычислительной процедуры. Возни
кает необходимость в создании-более аффективного метода, который к
тому se выявляя бы некомпетентного эксперта на ранних стадиях обра
ботки анкет. " .
Принимая во внимание вышеизлохошюе, можно 'сделать следующие
основные вывода: ..'-'
в настоящее время метода математического шдйшрования орпен-тпрозаны в основном иа лабораторный активный эксперимент, малопригодны в условиях массового производства и не могут служить эффективным средством анализа состояния ТП, особенно с учетом иерархии групповой технологии;
практически не реиены проблекы выявления необходимого а достаточного списка контрояепригодных параметров и тпяшзацпя ошибки
принятия решения при разбраковке партий изделий методами выборочного контроля по количественному признаку в условиях ограничения объема выборки;
разработку принципов оптимизации групповых технологических процессов на основе анализа их точности, стабильности и однородности, методов их математического моделирования и выборочного контроля качества ИУРЭТ можно квалифицировать как крупную научно-техническую прблему в теории технологии производства устройств радиотехники и связи с вааньм народнохозяйственным значением.
Цель и основные средства работы. Целью исследования является разработка методов повышения точности, стабильности и однородности групповых технологических процессов, методов математического моделирования и эффективного выборочного контроля ЙУРЭТ, ориентированных на повышение качества изделии, увеличение процента выхода годных и оптимизацию самих технологических процессов.
Цель достигается за счет решения следующих задач:
-
разработки и анализа методов оценки точности и стабильности технологических процессов и однородности параметров ИУРЗТ;
-
разработки и анализа методов математического моделирования по пассивной КИИ при малых флвктуациях производственных факторов ц с учетом технологических ограничений;
-
разработки а анализа метода выборочного коигроля по количественному признаку в условиях выборки малого объема с уменьшенной ошибкой решающего правила и пригодного для использования в автоматизированной информационной измерительной системе;
-
разработки и анализа методов сокращения списка контролепрц-годных параметров с минимальной потерей информации;
-
разработки метода общей, оценки донтролепрягодпоотн решающих правил контроля, а такие связанной с ним методики технико-зкоиоки-ческого анализа решающих права";
-
использования разработанных методов и алгоритмові для автоматизированной информационной измерительной системи контроля параметров, математического моделирования, управления и оптимизации технологического процесса изготовления ИУРЭТ.
Методы исследования базируются на теория математической статистики а теории планирования экспериментов, а такхе на некоторых изложениях теории вероятностей, теории информации, Tfiof и графов, теории рксирртилс сцрнок и математическом программировании. Мирокп
Научная новизна работы заключается в том, что:
-
Дня группового технологического процесса производства ИУРЗТ,. характеризующегося наличием иерархии обработки (например, формирование структуры кристаллов ИМС, металлизация печатных плат, групповая пайка и т.п.) предложены методы обобщенной оценки точности и стабильности технологических операции и всего технологического процесса в целом, а тагаге однородности параметров выпускаемых изделий. Метода позволяют интегрально оценивать качество технологического процеоса н принимать решения о его корректировке.
-
Вперше разработаны принципы и методы нахождения математических моделей, характеризующих состояние технологического процесса, путем обработки результатов пассивного эксперимента с учетом технологических ограничений (цеортогоналыюсти факторов,.гетероскедастич-ности, неравномерности точек факторного пространства, неодинаковости чпсла дублпруадих опытов и др.) п оценки адекватности полученных шделой. Это позволяет использовать в качестве исходных данных накопленную за определенный срок контрольно-измерительную информацию, которая раисе использовалась не d полной море..
-
Впервые разработан метод выборочного контроля повышенной точности по количественному признаку при выборке малого объема. Для получения такой яе точности классическими катодами объем выборки дол-sen быть втроо больше, ч.о в ряде случаев неприемлемо по конструктивнім, технологически или экономическим соображениям.
-
Впервые разработал котод технико-экономического анализа контролепригодности решающего правила контроля.
-
Теоретически обоснован и разработан экспортный метод ранжирования большого количества объектов сравнения (больше .15) и доказана его повішешіая информативность. Ь5етод позволяет оценить компетентность эксперта по последуейоцу вопросу, выделить отдельные факторы, ккеппя.по которым у экспертов разошлись,'п. оценить степень согласия экспертов в целом.
ІЕрвдтяческпл ценность разработанных методов, алгоритмов и програма заключается в той, что:
-
Наиболее скоростным способом находится список контролепри-годпше параметров ИУРЭТ, характеразувдих качество изделий.
-
Производится контроль и разбраковка ИУРЭТ в условиях выборки иалого объема (3-Ю) при повышении точности принятия решения (на 16-23 %) по сравнению о традиционными методами.
-
Определяются адекватные математические модели выходных по-
кавателей качества ИУРЭТ, которые в условиях реальных технологических ограничений (гетероскедастичность, неравномерное расположение экспериментальных точек в факторном пространстве и т.п.) имеют более высокую эффективность (меньшую остаточную дисперсию), чем модели, полученные любым другим способом; найденные модели позволяют выделить неоптимальные технологические операции (груши операции), однозначно связанные с параметрами ИУРЭТ, вошедшими в модель; оптимизация выделенных технологическпх операций в условиях конкретного производства увеличивает процент выхода годных ИУРЭТ (для формирования структур кристаллов ИМС па 10-20 %) и оптимизирует технологический процеос в целом.
-
Осуществляется автоматизированное статистическое регулирование технологических операций, однозначно связанных с контролируемыми параметрами.
-
Осуществляется автоматическое документирование результатов контроля по лвбоыу параметру, группе изделий и их динамики во времени (смена, месяц).
-
Обеспечивается повышение производительности оборудования (для гальванических ваші в 2-Ю pas) и экономической &Нактивности производства (себестоимость пластик ШС уменьшается на 10 %),
Решение перечисленных задач eosho п для других групповых технологических процессов, так как указанный особенности и ограничения характерны для производств в различных отраслях.
Достоверность и эффективность разработанных принципов, методов, методик и алгоритмов оптимизации технологических операции в процессов на основе оценки точности, стабильности и однородности, ыатсиа-тических моделей выходных показателей качества ИУРЭТ, виборочигго контроля повиаешюй точности по количественному признаку в условиях выборки малого объема, выделения списка шфошативнш (контролопрп-годных) параметров выпускаемых чзделии водтверадоны практической разработкой при непосредственном участии автора шести тохнопогичео-ких юіструкцші, четырех пакетов прикладних програм я стандарта предприятия, о такне их вксперикепталыюй проверкой в условиях массового производства (формирование структур кристаллов ШС, ызгалли-зация печатных плат).
Результаты диссертационной работы использованы в НИР, выполнявшихся по важнейшей тематике и комплексным целевым рограшшм 8I035579 MB и CG0 СССР "Автоматизированные системы проектирования, .контроля и оптимизации техиологич-зскіг» процессов я технических
объектов" в 01.86.0.922454 ГКНГ "Автоматизированные системы проектирования, контроля и диагностики микрозлектронной техники". Тема диссертации связана с плановыми темами Кишиневского политехнического института им. С.Лазо, выполненными по 4-м хоздоговорным (автор -научный руководитель) в 3-м госбюджетным НИР за период 1974-198Эгг. Значительпая честь работ выполнена по договорам о творческом сотрудничестве .
Внедрение результатов. Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в следующих разработках, выполненных при непосредственном участии автора:
комплекс средств, включающих математическое и программное обеспечение, мэтодичоскую п технологическую документацию и позволяющих производить обработку текущей ила накопленной КИИ, полученной с помощью автоматизированной информационной измерительной системы при контроле параметров кристаллов ИКС с цэлькз: а) производить эффективную разбраковку пластин, что позволило в среднем в 2 раза сократить гехнологичоокие потерн от ошибок принятия решения при разбра-ковао и уменьшить себестоимость пластин в среднем на 10 %\ б) получать математические модели выходных показателей качества кристаллов, что позволило повисить процент выхода годных кристаллов на пластине па 10-20 % для различных тяпов ИКС; в) виявлять минимальный список информативных (контролепсигодных) параметров; г) получать количественную оценку точности, стабильности и однородности технологической операции, соответствующей любому контролируемому параметру (ПО "Мезон", г.лшинвв; Элоктрокстапдарт, г.Ленинград);
стандарт предприятия по статистическому регулированию технологических процессов как серийной, так и впервые осваиваемой продукции (ПО '%ззон", г.Кпшпев);
методическая п технологически! документация по оптимизации:
а) малоконцентрированного раствора совмещенного активатора, кото
рый позволяет увеличить о 2-5 раз время работы одного раствора;
б) стабилизированного тартрагяого раствора химического меднения
многоразового применения, который позволяет увеличить в 2-3 раза
стабильность раствора п в 1,5-2 раза скорость осаздения меди (КФ
1ЩЭВТ, г.Кишинев);
методическая и технологическая документация по оптимизации: а) операции травления к регенерация травящего раствора, который позволяет в 3-5 раз увеличить продолжительность работы одного раствора с одновременной экономией 50 % травящего вещества; б) сое-
гава раствора и режимов осавдения сплава олово-кобальт, который позволяет увеличить межоперационное хранение печатных плат без потери паяемостн на срок до одного года (ПО "Сигнал", г.Кишинев);
комплексная оптимизация всего технологического процесса металлизации печатних плат теоретически доказала и аксперишиталыю подтвердила состави растворов и режими операцій, при которых вероятность получения металлизации отличного качества максимальна (№ НИЦЭБТ, г.Кишинев).
Суммарный экономический аф$ект, подтвержденный актами о внедрении, составляет 506 тысяч рублей в год.
Под руководством автора вштолпеїш и успепио защищены две кандидатские диссертации по рассматриваемой те«2. Научно-шзтодичесшш результати диссертации, изложенные в монографиях, статьях, отчетах о НИР, учебных пособиях, внедрены в учебный процесс кафедры "Конструирование и производство электронной аппаратуры", отдела аспирантуры Кишиневского политехнического института им, С.Лазо и кафедри экспериментальной физики Днепропетровского государственного университета имени 300-летия воссоединения Украины с Россией.
Апробация работы. Результаты исследований, составляете содержание диссертации, докладывались на 46 всесоюзных, республиканских и региональных конференциях, в том числе:
всесиюзных: II Всесоюзном семинаре "Структура л механические свойства электролитических покрытии"-(Тольятти, 1Э79 г.); I Всесоюзной конференции "Физические основы надежности и деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1382 г.); Всесоюзном семинаре "Контроль и диагностирование цифровых узлов на микросхемах" (М., 1983г.)} Всесоюзной научно-технической конференции "Измерительные информационные системы" (Куйбышев, 1983 г.; Винница, 1985 г.; Ульяновск, 1989 г.); У Всесоюзной конференции "Проблемы метрологического обеспечения систем обраоогяа измерит>льной информации" (Суздаль, 1984г.); Всесоюзной школе-сешпзре "Разработка в применение в народном хозяйстве ЕС ЭВМ" (Кишшев, 1365 г.); У! Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (Д., 1986 г.); конференции НТОРЭС иы. А.С.Попова и НТО Приборпрома віл. С.И.Вавилова "Опыт разработки ГПС печатных плат и применение микропроцессорных средотв в их системах управления* (И., 1986 г.)} XXX Всесоюзное ткояе-семинаре им. Ы.А.Гаврилова "Развитие горни дяо-кретных систем и проблей логического проектирования СБИС" (Кишинев, 1980 г.); ІІ! Псрсопзнов конференции "Мо-члироваияе отказов и ямита-
ция на ЭЕЧ статистических испытаний ИКС и их элементов" (Суздаль, 1989 г.); Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Интеграция снстєїш целевой подготовки кадров и автоматизированных технических систем различного назначения" (Алушта, 1989 г.);
республиканских: республиканском семинаре "Проблема создания и внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами" (Кишинев, 1981 г.); республиканском семінаре "Информацяон-но-язі;зрительіше системы для контроля и диагностики электронной аппаратуры" (Киаинев, 1983 г.); республиканской научно-технической конференции "Управлящио ишш- и микро-ЭВМ и их применение в народном хозяйстве" (Кишинев, 1984 г.); республиканском семинаре "Гибкие автоматические производства в радиоашюрато- и приборостроении" (Л.,1984 г.); республиканской научно-технической конференции."Системы автоматизированного прооктирования в датпно- п приборостроении"(Кишинев, 1985 г.); научно-тохничоскоа конференции "Применение вычислительной техники, глатоматіпесккх методов п коделярования в автоматизации экс-поряягкталышх исследований" (Торнополь, 1987 г.); научно-технической конференции "Применение вычислительной техники и математических методов а научных п экономических исследованиях" (Шацк, 1988 г.;Тер-пополь, 1989 г.); республиканской научно-технической конференции, гоэср.тцешгой 25-летиэ образования КПК игл. СЛазо (Кишинев, 1989 г.); республиканской яопфорешпш "Системы контроля параметров электронных устройств'н приборов" (Яремча, 1989 г.); республиканской научко-тех-галссноЗ понфорешст "Физические изтодц даагностнровапня в задачах управления качеством и надепюсть». Физика отказов" (Чернигов, 1989 г.); республиканской научно-технической конференция "Применение вы-числзтельной тахншш п ыатештичеслих методов в научных исследованиях" (Севастополь, I9S0 г.);
рогсонаїьгасс: научно-технической конференции. "Опыт повышения качества изделий в электронной прог>5Ш2ленностпп (.Л., 1977 г.); конференции "Конструктивно-технологические аспекты повышения эффективности шхапосборочяого производства в приборостроении".Севастополь, І9Й5 г,); научпо-гехпическшс конференциях ЛЗТИ им. В.И.Ульянова (Лепило) (Л., 1974 г., 1976-1980 гг.); научно-технических конференциях KEGf им. С.Лазо (Кишшов, 1975-1990 гв).
Публикации. Результаты днесертацин опубликованы в 76 печатных работах, в том числе 2-х монографиях, 32-х статьях, 1-а учебном пособии, 10-и отчетах о НИР и 30-и тезисах докладов на всесоюзных и республиканских конференциях и семинарах, получено авторское сви-
детельотво.
Положения, выносимые на защиту,
-
Разработанные принципы, методы и алгоритми приводят к адекватным математическим моделям с независимыми коэффициентами в условиях пассивной неортогональной измерительной информации, а также к оценке информационной емкости полученных моделей.
-
Разработанный метод межоперационного выборочного контро.л, основанный на эквивалентной оперативной характеристике, сокращает количество ложно принятых и ложно забракованных партий изделий.
S. Разработанный метод расчета параметров распределений выборок малого объема на осново теоретико-вероятностного подхода повышает точность их определения в условиях массового производства.
4. Разработанный комбинированный цзтод группирования сильно коррелированных параметров в сочегании с экспертный методом весовых коэффициентов важности выделяет в условиях ыиигопараштричоского технологического процесса группу информативных (контроленригодаих) параметров.
Структура и объем работы. Диссертация соотоит из ввздения.вбо-ти разделов, заключения и содераит 260 с. машинописного текста, 60 рисунков, 29 таблиц. Библиография содерааг 220 иашзнованпй. В приложении представлены документы о внедрении, диссертационной работы.
Похожие диссертации на Методы выборочного контроля и математического моделирования для управления групповыми технологическими процессами
