3. ЗАКОНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕНЫХ
ПОГРЕШНОСТЕЙ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Измерительная информация и ее роль в технологическом
процессе. Основные компоненты информационно-
измерительных систем.
В процессе создания различных видов РЭА одной из основных задач
является обеспечение точности основных параметров создаваемой аппара-
туры. На стадии проектирования эта точность обеспечивается путем при-
нятия соответствующих правильных схемных и структурных решений, пра-
вильного выбора номенклатуры применяемых электрорадиоэлементов, кото-
рые должны обеспечить значения основных параметров в пределах, обус-
ловленных техническим заданием допусков. Однако, на этапе изготовления
имеют место отклонения параметров от нормы - производственные погреш-
ности, которые зачастую невозможно определить на стадии проектирова-
ния.
Точность производства - мера соответствия объекта установленному
образцу. Ее назначением является поддержание на заранее известном
уровне или в заданном диапазоне значений каких-либо параметров, в ка-
честве последних могут быть геометрические, электрические, механичес-
кие, химические, тепловые или любые физические параметры, характеризу-
ющие тот или иной объект, например, размеры, формы, токи, напряжения,
мощности и др. Точность задается допуском, т.е. предельно допустимым
отклонением от номинального значения параметра.
Точность бывает функциональная и технологическая. Под функцио-
нальной точностью понимают требования к точности, предъявляемые к вы-
ходным параметрам аппаратуры и обеспечивающие ее нормальное функциони-
рование в соответствии с техническими условиями.
Технологическая точность - это реально достижимая (не планируе-
мая) точность при производстве изделий по выбранной технологии. Она
определяется как качеством материалов и точностью процессов изготовле-
ния сборочных единиц, составляющих изделие, так и точностью используе-
мых комплектующих изделий и самого процесса сборки. Под анализом точ-
ности понимают процесс изучения причин возникновения погрешностей, их
методов исследования и количественных оценок, способов предупреждения
и устранения.
Контроль точности параметров проводится с помощью контрольно-из-
мерительной аппаратуры, составляющей вместе с микро-ЭВМ или микропро-
цессорами информационно-измерительные системы.
Производство РЭА является сложным, прецизионным, многокомпонент-
ным процессом, состоящим из огромного количества различных технологи-
ческих операций. Количество и качество продукции, получаемой после
каждой технологической операции, находятся в прямой зависимости от
степени охвата контролем и управлением физико-химических процессов,
участвующих в производстве компонентов РЭА. При этом одним из важней-
ших условий достижений успеха в производстве является чистота применя-
емых материалов и технологических сред. Совокупность перечисленных
факторов определяет как принципиальную возможность получения РЭА, так
и основные достижимые электрофизические параметры.
Трудоемкость контрольно-измерительных операций достигает 40-50 %
от общей трудоемкости изготовления компонентов РЭА, в частности, ин-
тегральных микросхем, и становится очевидным, что уровень качества и
объем производства во многом определяется уровнем развития средств из-
мерения и контроля. Применительно к производству компонент РЭА конт-
роль - это проверка соответствия параметров технологических процессов,
которые определяют качество готовой продукции, а также структур, крис-
таллов, техническим требованиям. В зависимости от стадий жизни компо-
- 86 -
нентов (производство, хранение, эксплуатация) различают производствен-
ный контроль (контроль производственного процесса и его результатов на
стадии изготовления) и эксплуатационный контроль (контроль на стадии
эксплуатации).
Производственный контроль включает в себя:
- контроль технологических процессов (технологических сред, режи-
мов, параметров процессов, в том числе входной контроль исходных мате-
риалов, используемых в производственном процессе);
- операционный контроль продукции или процесса во время выполне-
ния или после завершения определенной операции;
- приемочный контроль готовой продукции (так называемый финишный
контроль).
Учитывая, что производство компонентов является в большинстве
своем массовым, очевидно, что операции контроля их параметров должны
осуществляться с высоким быстродействием, что возможно только в случае
использования автоматических средств контроля.
Анализ технологического процесса позволяет представить реальный
объем и степень необходимости измерительной информации, необходимой
для его реализации.
Из многочисленных контрольно-измерительных операций значительная
их часть выполняется оператором визуально, с помощью микроскопа, что
приводит к субъективности полученной оценки результата контроля при
весьма низкой производительности труда. Решение проблемы автоматизации
визуального контроля является одной из актуальнейших задач во всем ми-
ре. Данный вид контрольно-измерительных операций является наиболее уз-
ким местом и не позволяет решить вопрос создания автоматизированного
производства компонентов РЭА, в частности интегральных схем.
Задача финишного контроля - проведение испытаний изготовленных
компонентов на их соответствие требованиям как по электрическим, так и
по эксплуатационным параметрам. Все виды испытаний можно разделить на
механические, климатические, электрические , испытания на герметич-
ность, на безотказность и долговечность (электротермотренировка). Из
всех операций финишного контроля наиболее сложной является задача
контроля электрических параметров интегральных схем. Проблема контроля
цифровых интегральных схем заключается в необходимости проведения ог-
ромного количества контрольных тестов, которое неимоверно возрастает с
повышением степени интеграции БИС. В настоящее время практически не-
возможно проверить БИС оперативных запоминающихся устройств и микроп-
роцессоров во всех возможных режимах работы. В связи с этим ведутся
активные поиски методов эффективного контроля цифровых БИС, в частнос-
ти, методов стохастического контроля, обеспечивающих достаточно высо-
кую достоверность контроля за приемлемый отрезок времени.
Другой проблемой контроля является контроль их динамических пара-
метров, так как в этом случае возникает необходимость измерения малых
временных отрезков при большой тактовой частоте. Контроль таких вели-
чин создает большие схемотехнические и конструктивные трудности.
Трудность контроля аналоговых ИС заключается в необходимости сов-
мещения высокочастотных измерений аналоговых величин с одновременно
высоким быстродействием (при контроле динамических параметров).
К технологическим средам относятся технологические газы (азот,
аргон, кислород, сжатый воздух), деионизированная вода. Контролируемы-
ми являются следующие примеси: кислород в восстановительной и нейт-
ральной средах, водород в окислительной и нейтральных средах, пары во-
ды во всех средах, частицы масла во всех средах, удельное сопротивле-
ние деионизированной воды.
Под микроклиматом как технологической средой, участвующей в изго-
товлении микросхем, подразумевается атмосферный воздух, в котором на-
ходятся пластины как в процессе проведения технологических операций
- 87 -
(например, операции контроля), так и между ними. Определяющими пара-
метрами микроклимата являются запыленность, температура, относительная
влажность воздушной среды, а также скорость ламинарных воздушных пото-
ков.
Структурные схемы информационно-измерительных систем (ИИС). Ин-
формационно-измерительные системы (ИИС) предназначены для автоматичес-
кого получения количественной информации непосредственно от изучаемого
объекта путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации
и выдачи ее в виде совокупности чисел, графиков и т.д. В ИИС объединя-
ются технические средства, начиная от датчиков и кончая устройствами
выдачи информации, а также программное обеспечение, необходимое для
управления работой собственно системы и позволяющее решать в ИИС изме-
рительные и вычислительные задачи.
В настоящее время ИИС - это в основном информационно-вычислитель-
ные комплексы, в которых осуществляется полный замкнутый цикл обраще-
ния информации - от получения измерительной информации об объекте до
ее обработки, принятия соответствующих решений и выдачи команд управ-
ления на объект без участия оператора. В состав таких систем входят
универсальные или специализированные ЭВМ. Их применение позволяет об-
рабатывать огромные массивы измерительной информации. Алгоритм работы
таких систем программно-управляемый, легко перестраивается при измене-
ниях режимов работы или условий эксплуатации объекта.
Качественно новые возможности при создании и эксплуатации ИИС бы-
ли получены при применении стандартных цифровых интерфейсов и промыш-
ленных функциональных блоков, совместимых между собой по информацион-
ным, метрологическим, энергетическим и конструктивным характеристикам.
Структура, характеристики и конструктивные особенности ИИС опре-
деляются областью ее применения. Так, например, ИИС для контроля и уп-
равления параметрами технологических сред и микроклимата характеризу-
ется большим количеством объектов контроля, расположенных на значи-
тельном расстоянии друг от друга. Это обстоятельство делает необходи-
мым реализацию ИИС по децентрализованному принципу, когда конструктив-
но ИИС рассредоточена, т.е. отдельные ее части (устройства согласова-
ния) максимально приближены к источникам информации (датчикам) с целью
минимизации потерь измерительной информации. С другой стороны, учиты-
вая сравнительно медленное изменение во времени контролируемых пара-
метров, к ИИС не предъявляют высоких требований по быстродействию. В
отличие от этого, ИИС для контроля электрических параметров должны об-
ладать максимально возможным быстродействием и конструктивно выполнены
по централизованному принципу.
Основные компоненты ИИС. Наиболее типовыми компонентами ИИС явля-
ются измерительные преобразователи (ИП), устройства согласования (ЦАП,
АЦП и др.), устройства сопряжения (интерфейсы), устройства обработки
измерительной информации (микроЭВМ и микропроцессоры), устройства ин-
дикации и регистрации.
Измерительные преобразователи. В соответствии с ГОСТ 16263 " Мет-
рология. Термины и определения", измерительным преобразователем назы-
вается средство для выработки сигнала измерительной информации в фор-
ме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и
(или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблю-
дателя. ИП имеет нормированные метрологические характеристики. Измери-
тельный преобразователь отличается от измерительного прибора тем, что
последний вырабатывает выходной сигнал в форме, доступной для непос-
редственного восприятия наблюдателем значения измеряемой физической
величины.
Совокупность ИП, обеспечивающих осуществление всех заданных пре-
образований измерительного сигнала с целью получения конечного резуль-
тата, составляет измерительную цепь (измерительный канал). В такую
- 88 -
цепь помимо ИП могут входить различные измерительные устройства для
проведения таких операций, как сравнение, масштабирование и др., не
имеющие отдельно нормированных метрологических характеристик.
Первый в измерительной цепи преобразователь, на который поступает
от объекта исследования первичный измерительный сигнал, получил назва-
ние первичного измерительного преобразователя (ПП). Ранее такой преоб-
разователь назывался датчиком. В данный момент под датчиком понимается
техническое средство, представляющее собой конструктивно завершенное
устройство, размещаемое в процессе измерения непосредственно в зоне
объекта исследования и выполняющее функцию одного или нескольких изме-
рительных преобразователей. В отличие от первичного преобразователя
все остальные ИП называются промежуточными или вторичными (ПрП). Пос-
ледний в измерительной цепи преобразователь называется выходным (ВП).
Выходной преобразователь в автономном измерительном приборе снабжен
отсчетным или регистрирующим устройством. В системах контроля и управ-
ления сигнал ВП используется для ввода информации в вычислительное или
управляющее устройство, поэтому в большинстве случаев он должен иметь
цифровую форму представления, что достигается, как правило, с помощью
аналого-цифровых преобразователей.
Аналого-цифровые, цифро-аналоговые преобразователи. Существует
три разновидности исполнения ЦАП, АЦП: модульное, гибридное и интег-
ральное; при этом доля производства интегральных схем ЦАП, АЦП в общем
объеме выпуска непрерывно возрастает, чему в значительной степени спо-
собствует распространение микропроцессорной техники и методов цифровой
обработки данных.
ЦАП - устройство, которое создает на выходе аналоговый сигнал
(напряжение или ток), пропорциональный входному цифровому сигналу. Ко-
личественная связь между входной числовой величиной N 4i 0 и ее аналоговым
эквивалентом A 4i 0, характеризующая алгоритм цифро-аналогового преобразо-
вания: N 4i 0=(A 4i 0+dA 4i 0)/ 7d 0A (79), где 7d 0A - аналоговый эквивалент единицы
младшего разряда кода; dA 4i 0 - погрешность преобразования при входном
цифровом сигнале N 4вх 0=N 4i 0.
АЦП представляет собой устройство для преобразования непрерывно
изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения
числовых кодов. Количественная связь между входной аналоговой величи-
ной A 4i 0 и соответствующей ей цифровой выходной величиной N 4i 0 имеет вид
A 4i 0=N 4i 0dA+dA 4i 0 (80), где dA - шаг квантования, т.е. аналоговый эквивалент
единицы младшего разряда кода; dA 4i 0- погрешность преобразования в дан-
ной точке характеристики.
Как правило, в ЦАП, АЦП используется двоичная система кодирова-
ния. При этом старший (1-й) разряд равен половине полной шкалы, 2-й
разряд - четверти полной шкалы и т.д.
ЦАП строятся в основном по принципу параллельного преобразования
на основе резистивных матриц различной конфигурации (матрицы R-2R,
матрицы с двоично-взвешенными резисторами R 4i 0=R*2 5i 0 (81) и др.) и перек-
лючателей тока, обладают более высокими быстродействием, точностью и
технологичностью изготовления в микроэлектронном исполнении.
При построении АЦП в настоящее время используется в основном один
из трех принципов: параллельного преобразования, последовательных
приближений, интегрирования входного сигнала с дискретными уровнями,
определяемыми выражением n=2 5b 0-1 (82), где b - число двоичных разрядов
АЦП.
АЦП последовательного приближения обладают сравнительно высоким
быстродействием и высокой разрядностью. Интегрирующие АЦП имеют низкое
быстродействие, но обеспечивают высокую помехозащищенность, поэтому
используются в ИИС и измерительных преобразователях, где требуется вы-
сокая точность при воздействии различного рода помех и шумов. В насто-
ящее время отечественная промышленность выпускает ЦАП и АЦП в интег-
- 89 -
ральном исполнении всех перечисленных выше типов.
Устройства сопряжения (интерфейсы). Устройства сопряжения (интер-
фейсы) обеспечивают совместное действие всех аналоговых, цифровых и
аналого-цифровых функциональных блоков. Под стандартным интерфейсом
подразумевается совокупность правил (протоколов) и программного обес-
печения процесса обмена информацией между функциональными блоками, а
также соответствующих технических средств сопряжения в системе. В нас-
тоящее время достаточно полно разработаны лишь цифровые интерфейсы,
обеспечивающие совместную работу цифровых функциональных блоков и циф-
ровых частей аналоговых и аналого-цифровых функциональных блоков.
В простых измерительных системах функциональные блоки, как прави-
ло, образуют каскадные соединения, характеризующиеся тем, что информа-
ционный поток проходит последовательно через все блоки. В таком вклю-
чении интерфейс получил название каскадного.
К устройству обработки измерительной информации - центральному
процессору можно подключать несколько функциональных блоков.
У нас в основном получили распространение интерфейсы МЭК и КАМАК.
Для первого из них соединение функциональных блоков между собой осу-
ществляется через многопроводный канал общего пользования общей длиной
не более 20 метров. Число функциональных блоков не должно превышать 15
при общем числе адресов приемников и передатчиков информации не более
... гарантійного ремонту). В конструкції кришки для цього передбачено пломбувальний "стакан", що під час складання виробу на виробництві заповнюється пломбувальною пастою перед загвинчуванням гвинта. 2.2 Технологічний аналіз елементної бази В своєму складі блок живлення БП-9/4 має таку елементну базу: мікросхема, транзистор, діоди, конденсатори, резистори постійні та змінні. Усі перелічені ЕРЕ ...
... выполнения норм времени, принимаем равным 1. Результаты расчета показателей поточной линии сборки приведены в таблице 1.2. Маршрутное описание технологического процесса производства модуля сопряжения цифрового мультиметра с компьютером представлено в приложении в виде маршрутных карт. Таблица 1.2 – Результаты расчета показателей поточной линии сборки Операция Оборудование Производит
... 0mil 0.0deg (0.0mil,0.0mil) Flash"* Выполнив сверление отверстий в ПП, робот выполняет установку ЭРЭ. После установки ЭРЭ, плату отправляют на пайку волной припоя. 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Моделирование – это метод исследования сложных систем, основанный на том, что рассматриваемая система заменяется на модель и проводится исследование модели с целью получения информации об ...
... приведен полный перечень и расчетные формулы используемых для оценки ТК РЭА количественных показателей. 3.2 Разработка информационного обеспечения системы показателей эффективной организации управленческого труда в организации и технологичности конструкции изделий и их составных частей Стандартами ЕСТПП введена система количественных оценок технологичности конструкций, охватывающая всю ...
0 комментариев