Введение к работе
Актуальность работы. Интерес к наноструктурам связан с возможностью существенной модификации свойств известных веществ, а также новыми возможностями, которые открываег папотехиология в создании материалов и изделий из структурных элементов напомегрогюго диапазона. Современное положение России на мировом рынке требует коренного совершенствования производственных процессов на отечественных предприятиях. На российский рынок постоянно увеличивается приток импортных товаров. Достойную конкуренцию им смогут составить только качественные российские товары. Данные процессы требуют изменений основных принципов управления процессами производства на отечественных предприятиях, создания систем управления качеством, аналогичных существующим в развитых зарубежных странах.
Особенно актуальны проблемы повышения качества продукции в отечественной электронной промышленности. Рынок изделий широкого потребления данной отрасли промышленности насыщен товарами из стран Юго-Восточной Азии, высокотехнологичные системы производят в США, Японии и некоторых странах Западной Нвропы. Когда в России будет практически организовано производство конкурентоспособных наукоемких изделий электронной техники, что непосредственно связано с внедрением современных систем управления качеством продукции, тогда отечественные электронные системы займут достойное место на мировом рынке.
Увеличение объема производства на российских предприятиях качественных электронных компонентов, стоимость которых будет существенно ниже зарубежных аналогов, позволит сэкономить крупные финансовые средства, а также обеспечить независимость ряда важнейших отраслей отечественной промышленности от зарубежных поставщиков. Изделия электронной техники, создаваемые на базе перспективных проводящих материалов, используются в настоящее время во многих важнейших производственных сферах: авиационной, космической, военной, атомной, энергетической. Также областью использования данных материалов в последнее время стала отрасль новых информационных и телекоммуникационных технологий, применение в которых высокотехнологичных проводящих материалов позволяет создавать высокопроизводительные кластерные информационно-управляющие системы. Развитие технологии изготовления приборов микроэлектроники связано, прежде всего, с уменьшением геометрических размеров микросхем, микрочипов, элементов электронной памяти и микродатчиков различного назначения. Современные средства традиционных технологических операций позволяют получать размеры элементов в субмикронной области: промышленно достигнутая технологическая норма 0,13 мкм позволяет создавать транзисторы размером порядка 1 мкм. Однако дальнейшее уменьшение геометрических размеров функциональных элементов па
подложке неизбежно приведет к физическому пределу, определяемому длиной волны ультрафиолетового излучения, применяемого в традиционной фотолитографии. С изобретением сканирующего туннельного микроскопа -СТМ (Рорер, Биннинг - 1981г.) появилась возможность не только наблюдать и исследовать поверхность различных веществ с атомарным разрешением, но и активно воздействовать на нее, то есть манипулировать веществом на уровне отдельных молекул и получать объекты из конечного их числа, удаляя, перемещая или замещая молекулы одного вещества другим. Появилась перспектива работать с отдельными атомами. Эта возможность, называемая в современных источниках информации напотехнологией, позволяет значительно расширить диапазон геометрических параметров искусственно созданных объектов применительно к микроэлектронике, которую в этом случае целесообразно называть наноэлектроникой.
Целесообразность выбора углерода в качестве подложки и объекта модификации определяется множественностью его аллотропных форм, соединений и широкого диапазона электрофизических свойств: от диэлектрических до полупроводниковых. Поэтому формирование электронных нанообъектов на основе модифицированных углеродных структур является задачей актуальной и современной, так как при использовании подобных наноструктур появляется возможность получать как изолирующие, полупроводниковые, так и электропроводящие объекты. Необходимо разработать технологические основы синтеза перспективных наноматериалов, являющихся составной частью системы управления качеством. В процессе производства необходимо достичь соответствующих значений физико-технических параметров производимых наноматериалов.
Контроль параметров производимых материалов в значительной степени определяется метрологическим обеспечением, которое должно удовлетворять уровню технологии. Необходимо строить систему контроля качссгва на неразрушающих методах, что позволит приблизить систему управления качеством к идеализированной схеме, подобной системе мониторинга. В этой системе управления метрологическое обеспечение выполняет функцию звена обратной связи.
Цель работы. Целью диссертационной работы является решение научной задачи, имеющей важное хозяйственное значение - повышение конкурентноспособности отечественных электронных приборов на мировом рынке посредством создания методологии системы управления качеством путем разработки математических моделей управления качеством производства наноматериалов на основе модифицированных углеродных структур, а также алгоритмов поиска оптимальных управленческих решений в области обеспечения качества электронных наноустройств на стадии проектирования, основанных на многокритериальной задаче принятия решений и отображенных структурной моделью IDEF0.
Задачи исследований. Для реализации поставленной цели необходимо выполнить следующий комплекс исследований:
анализ существующих экспериментальных работ в области формирования объектов панометрового диапазона;
- анализ предложенных теоретических моделей, обосновывающих
образование углеродных наноструктур;
разработка математических моделей повышения качества производимых электронных нанообъектов;
разработка алгоритмов поиска оптимальных управленческих решений в области качества в процессах производства электронных нанообъектов;
отображение структуры управления процессами п системе IDHF0;
практическая реализация разработанных математических моделей и алгоритмов управления качеством;
сравнение результатов экспериментальных исследований в области качества нанообъектов до и после применения разработанных математических моделей и алгоритмов системы менеджмента качества.
Методы исследования. В качестве методов исследования в работе используются положения теории систем, теории графов, теории множеств, теории принятия решений, дискриминационный метод оптимизации параметров, методы многокритериальной оптимизации, методы адаптивного управления качеством, методы системного анализа, методы нечеткой логики.
Научная новизна работы обусловлена:
Предложенными математическими моделями управления качеством производства наноматериалов и оптимизации параметров качества производимых нанообъектов.
Алгоритмами оценки параметров качества наноматериалов и выбора оптимальных управленческих решений в процессах производства.
Отображением структуры процессов оптимального управления в системе IDEF0.
Практическое значение работы.
Предложены математические модели управления качеством процесса производства наноматериалов, которые сокращают материальные затраты, связанные с различными доработками в процессе производства и устранением дефектов на финишных этапах производства.
Предложены алгоритмы управления качеством процесса производства, исключающие возможность пропуска необходимых мероприятий, приводящего к возникновению дефектов.
Созданы программные продукты по расчету статистической оценки уровня качества электронных нанообъектов.
Достоверность результатов. Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, а также сравнением с теоретическими данными, известными в научной литературе и полученными автором.
Реализация и внедрение результатов работы. Теоретические и практические результаты работы используются в учебном процессе МГИЭМ и практике системного конструирования для производства материалов и приборов электронной техники в НИИ микроэлектроники и информационно-измерительной техники, НИИ перспективных материалов и технологий.
Основные положения, выносимые на защиту:
Дискриминационная модель оптимизации обобщенного критерия качества производимых наноматериалов.
Адаптивная модель управления качеством и алгоритм выбора оптимального управленческого решения.
Математическая модель выбора оптимального управленческого решения из ряда недоминируемых альтернатив.
Алгоритм выбора оптимального недоминируемого решения и его программная реализация.
Структуры процессов оптимального управления качеством производства наноматериалов на основе методологии IDEF0.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: IX Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы»; Всероссийской конференции с международным Интернет-участием «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологии к наноиндустрии»; VI международной научно-технической конференции (МИРЭА); 15-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2008»; 5-й международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности»; VIII международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии».
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 2 научных статьи, 6 докладов научных конференций, 1 методическое указание для студентов вузов.
Объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложения.
Работа изложена на страницах, включая акты внедрения и
приложение.
Похожие диссертации на Математические модели и алгоритмы управления качеством производства материалов на основе углеродных структур
