Методология системы управления качеством в процессе производства сверхпроводников на основе фуллеренсодержащих материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.23, доктор технических наук Бутузов, Станислав Юрьевич

• Бутузов, Станислав Юрьевич
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Бутузов, Станислав Юрьевич

Введение.

Глава 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ

ПРОДУКЦИИ.

§ 1.1. Проблемы создания и внедрения систем управления качеством в процессе производства сверхпроводников на российских предприятиях.

§ 1.2. Анализ исторических аспектов развития систем управления качеством зарубежных стран.

§ 1.3. Анализ современных мировых тенденций управления качеством.

§1.4. Анализ российских систем управления качеством продукции.

§ 1.5. Анализ российских систем стандартизации и сертификации продукции в системе управления качеством.

§ 1.6. Научное обоснование системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Выводы по главе 1.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ.

§2.1. Анализ теоретических основ явления сверхпроводимости для создания фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 2.2. Построение и исследование регрессионной математической функции, связывающей параметры фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 2.3. Исследование магнитных явлений в фуллеренсодержащих сверхпроводниках.

§ 2.4. Зависимость критической плотности тока от температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

§ 2.5. Критерий возникновения эффекта бездиссипативного переноса энергии в сверхпроводниках при высоких температурах.

§ 2.6. Физические основы синтеза фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 2.7. Система показателей качества фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ.

§ 3.1. Анализ технологических методов получения высокотемпературных сверхпроводников.

§ 3.2. Технологические основы системы управления качеством в процессе создания УВа2Ме£е7.х-образцов.

§ 3.3. Технологические основы системы управления качеством в процессе создания фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Выводы по главе 3.

Глава 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ.

§4.1. Анализ методов измерения физико-технических параметров высокотемпературных сверхпроводников.

§ 4.2. Бесконтактный неразрушающий экспрессный метод измерения критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

§ 4.3. Бесконтактный неразрушающий экспрессный метод измерения величины квазинезатухающих токов в фуллеренсодержащих сверхпроводниках.

§ 4.4. Бесконтактный способ определения удельного электрического сопротивления фуллеренсодержащих сверхпрово днико в.

§ 4.5. Автоматизированный интегральный измерительный комплекс физико-технических характеристик фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 4.6. Методологические основы проектирования микропроцессорных компьютерных составляющих метрологических систем управления качеством.

Выводы по главе 4.

Глава 5. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО

УПРАВЛЯЮЩАЯ КВАЛИМЕТРИЧЕСКАЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРОИЗВОДСТВА КАЧЕСТВЕННЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ.

§5.1. Обоснование требований к автоматизированным систем управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 5.2. Автоматизированная информационно-управляющая система производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

§ 5.3. Автоматизированная система управления взрывопожаробезопасностью технологических процессов.

§ 5.4. Подготовка специалистов для АСУКППС по системе дистанционного обучения.

§ 5.5. Использование фуллеренсодержащих сверхпроводников в системах передачи информации.

§ 5.6. Метод диагностирования технических модулей

АСУКППС.

§ 5.7. Обоснование организационной структуры предприятия электронной техники по выпуску фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология системы управления качеством в процессе производства сверхпроводников на основе фуллеренсодержащих материалов»

Актуальность диссертационной работы. Вступление Российской Федерации в члены Всемирной Торговой Организации (ВТО) требует коренного совершенствования производственных процессов на отечественных предприятиях. После вступления России в ВТО будут упразднены таможенные пошлины, защищающие многие отрасли промышленности (в частности, электронную). В этом случае на российский рынок увеличится количество импортных товаров. Достойную конкуренцию им смогут составить только качественные российские товары.

Данные процессы требуют измерений основных принципов управления процессами производства на отечественных предприятиях, создания систем управления качеством, аналогичных существующим в развитых зарубежных странах.

Введение в действие в июле 2003 г. Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании» существенно расширило полномочия российских предприятий за счёт большей самостоятельности в рамках своих отраслей промышленности осуществлять процесс производства продукции. При этом возросла ответственность руководителей предприятий за выпуск некачественной продукции, увеличилась значимость стандартизации и сертификации выпускаемой продукции, технологий и услуг.

В Концепции национальной политики России в области качества продукции и услуг отмечается, что завоевания Россией лидирующего положения в ряде секторов мирового рынка связано с решением проблемы производства конкурентоспособных отечественных товаров.

Особенно актуальны проблемы повышения качества продукции в отечественной электронной промышленности. Финансовый оборот мирового рынка изделий радиоэлектроники за последние несколько лет превысил триллион долларов США. Рынок изделий широкого потребления данной отрасли промышленности насыщен товарами из стран Юго-восточной Азии, высокотехнологические системы производят в США (примерно 40%), Японии (20%) и некоторых странах Западной Европы (25%). Когда в России будет практически организовано производство конкурентоспособных наукоёмких изделий электронной техники, что непосредственно связано с внедрением современных систем управления качеством продукции, то отечественные электронные системы займут достойное место на мировом рынке.

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.

Однако в России не производятся в достаточном объёме проводящие материалы, удовлетворяющие современным требованиям качества. Ежегодно государство тратит существенные (по оценке автора, свыше 75 миллионов долларов США) валютные средства для экспортирования из-за рубежа электронных систем, создаваемых на основе перспективных проводящих материалов.

Увеличение объёма производства на российских предприятиях качественных проводников, стоимость которых будет существенно ниже зарубежных аналогов (стоимость одного грамма экспортного материала превышает 1000 долларов США), позволит сэкономить крупные финансовые средства, а также обеспечить независимость ряда важнейших отраслей отечественной промышленности от зарубежных поставщиков.

Анализ требований, предъявляемых к проводникам, показывает, что наиболее перспективными являются материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление р менее 10~13 Ом-см в диапазоне рабочих температур электронных, информационных и телекоммуникационных систем (Т свыше 300 К). В настоящее время производятся сверхпроводящие материалы, в которых необходимое значение р достигается при температурах ниже 150 К. Исследования Центра структурных исследований при Российской академии наук [1] позволяют сделать заключение о том, что достичь необходимых характеристик можно в материалах, в которых эффект без-диссипативного переноса энергии осуществляют элементарные частицы, значения квантовых чисел которых отличаются от подобных значений для электрона. Необходимо решить ряд теоретических вопросов, связанных с возможностью синтеза этих перспективных материалов.

При выполнении исследований при авторском участии были получены керамические материалы YBa2Me3S7.x, YBa2Me3Se7.x, а также сверхпроводники, созданные на основе фуллеренсодержащих веществ, легированных Fe, Cr, Zn. Экспериментальные исследования физико-технических параметров данных материалов показали, что их удельное электрическое сопротивление р на 6-е-7 порядков меньше р проводящих материалов, используемых в электронной промышленности (например, меди, р которой при комнатной температуре составляет величину 1,72-10"6 Ом-см), но на 7т-8 л * порядков больше р классических сверхпроводников (примерно 10" Ом-см при температурах ниже температуры кипения жидкого азота). Также они обладают диамагнитными свойствами, и в них наблюдается фазовый переход «диамагнетик-парамагнетик» при высоких температурах (свыше 371 К). Таким образом, синтезированные материалы могут быть условно отнесены к классу сверхпроводников, у которых критическая температура перехода Тс превышает значения рабочих температур электронных систем, но при этом значение р существенно больше, чем у существующих. Таким образом, повышение значения Тс одновременно повышает р перспективных сверхпроводящих материалов.

Повышение производительности российских предприятий связано с совершенствованием на них систем управления качеством продукции.

Анализ существующих в настоящее время в России систем управления качеством показывает, что основными достижения в этой области представляют собой методы технологического обеспечения качества на стадии исследований и разработок по созданию новой продукции, статистическое регулирование качества с использованием контрольных карт, а также специализированные государственные и отраслевые стандарты. Однако при переходе к рыночным условиям исчезают директивные методы управления, появляется конкуренция товаропроизводителей, что требует разработки новой методологии управления качеством продукции на российских предприятиях.

Отечественная школа управления качеством продукции, товаров и услуг базируется на работах таких учёных, как Ю. П. Адлер, Б. В. Бойцов, В. Н. Бурков, В. А. Васильев, И. Г. Венецкий, А. В. Гличёв, А. М. Длин, Н. Д. Ильенкова, Д. В. Космачёв, Г. Д. Крылова, В. А. Лапидус, И. И. Мазур, В. П. Марин, В. В. Окрепилов, Т. М. Полховская, Ю. Т. Рубаник, В. В. Си-дорин, В. Л. Шпер, В. Д. Шапиро и других.

Отличие предлагаемой диссертации от работ названных авторов заключается в том, что в ней представлена методология система управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников в условиях децентрализации государственного управления, в то время как работы перечисленных специалистов посвящены в основном социально-экономическим вопросам создания качественной продукции, а также решению проблем квалиметрического обеспечения.

Создавать современные системы управления качеством отечественной продукции необходимо на принципах Всеобщего Менеджмента Качества (Total Quality Management) и в соответствии с требованиями международных стандартов ИСО серии 9000-2001.

Поэтому производство сверхпроводников необходимо начинать с этапа маркетинга и выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР). Определяются основные физико-технические параметры проводящих материалов, которые являются показателями качества, и которые должны быть реализованы на стадиях технологической подготовки производства и создания материалов. Проверка соответствия качества произведённого материала требуемым параметрам проводится на этапе производственного контроля.

Необходимо разработать технологические основы синтеза перспективных сверхпроводящих материалов, являющихся составной частью системы управления качеством в процессе производства сверхпроводников. В процессе производства необходимо достичь соответствующих значений физико-технических параметров производимых материалов.

Контроль параметров производимых материалов в значительной степени определяется метрологическим обеспечением, которое должно удовлетворять уровню технологии. Необходимо строить систему контроля качества на неразрушающих методах, что позволяет приблизить систему управления качеством к идеализированной схеме, подобной системе мониторинга. В этой системе управления метрологическое обеспечение выполняет функцию звена обратной связи.

Также современная система управления качеством на российских предприятиях должна строиться на основе высокопроизводительных автоматизированных информационно-управляющих систем, в которых комплексно решаются вопросы технологического и метрологического обеспечения производства сверхпроводников. В этом случае решается проблема социального характера, когда человеческий фактор не будет оказывать существенного влияния на производственный процесс. Применение для передачи информации специальных проводящих сред (создаваемых на основе сверхпроводящих материалов) в которых возможен бездиссипативный перенос энергии, позволит создавать автоматизированные информационно-управляющие комплексы производительностью свыше 1 Петафлопс (Пфлопс) (1015 FloPS - Floating point Operation Per Second). Существующие в настоящее время компьютерные кластерные системы имеют пиковую производительность на уровне Ю12 флопс.

Данную систему следует создавать на основе CAN (Controller Area Network) - сети, в которой предполагается наличие сети контроллеров и общего протокола взаимодействия всех элементов системы, соединённых воедино.

Производство на российских предприятиях конкурентоспособных сверхпроводящих материалов также требует внедрения в производственный процесс CALS-технологий (Computer Aided Life Support), т.е. компьютерных технологий, предназначенных в широком смысле для сопровождения всего жизненного цикла изделия.

Актуальными являются вопросы обеспечения комплексной безопасности функционирования промышленных предприятий, а также диагностирования технических модулей компьютерных систем на предмет выявления в них несанкционированных элементов, способных выполнять вредоносную функцию.

Объединение перечисленных составляющих в единую структуру, установление логических взаимосвязи между ними, направленные на совершенствование деятельности, обеспечат функционирование системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводящих материалов.

Целью диссертационной работы является решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение - повышение конкурентоспособности на мировом рынке отечественных сверхпроводников посредством создания методологии системы управления качеством в процессе производства сверхпроводящих фуллеренсодержащих материалов на базе автоматизированных комплексных информационно-управляющих квалиметрических и технологических систем.

Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи:

• проведён анализ систем управления качеством продукции ведущих отечественных и зарубежных производителей изделий электронных систем;

• проведён анализ существующих квалиметрических методов оценки качества сверхпроводников;

• исследован отечественный и зарубежный опыт создания высокопроизводительных компьютерных информационно-управляющих кластерных систем;

• проведено научное обоснование структуры системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, основанная на принципах Всеобщего Менеджмента Качества;

• проведено обобщение и развитие теоретических основ создания сверхпроводников, имеющих удельное электрическое сопротивление менее 10 '3 Ом •см в диапазоне рабочих температур (300ч-400 К);

• теоретически сформулированы и практически разработаны технологические основы синтеза фуллеренсодержащих сверхпроводящих материалов;

• разработаны бесконтактные неразрушающие методы оценки качества фуллеренсодержащих сверхпроводников;

• разработана структура высокопроизводительной автоматизированной информационно-управляющей квалиметрической и технологической системы с производительностью 1 Пфлопс;

• исследованы вопросы использования фуллеренсодержащих сверхпроводников для проектирования сверхбыстродействующих микропроцессорных систем;

• сформулированы основные положения проекта стандарта предприятия по выпуску фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• разработана методология системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, базирующаяся на принципах Всеобщего Менеджмента Качества;

• сформулированы научные основы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников при использовании САЬ8-технологий;

• научно обоснованы физические принципы бесконтактного измерения основных электрофизических параметров фуллеренсодержащих сверхпроводников;

• научно обоснованы основы стандартов предприятия электронной техники, производящего фуллеренсодержащие сверхпроводники, создаваемые на базе международных стандартов ИСО семейства 9000 и российского стандарта ГОСТ Р ИСО 9001-2001;

• научно обоснованы основы создания комплексных высокопроизводительных (производительностью до 1 Пфлопс) автоматизированных информационно-управляющих квалиметрических и технологических систем, предназначенных для управления качеством в процессе производства фул-леренсодержащих сверхпроводников.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы, основными из которых является разработанная автором система управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, позволяют решить проблему организации выпуска конкурентоспособных высокотехнологичных систем на основе стандартов предприятий по выпуску электронной техники. При этом разработана структура сверхбыстродействующей информационно-управляющей компьютерной системы на основе использования микропроцессорных устройств, создаваемых на основе перспективных сверхпроводящих материалов. Практическое применение данных результатов на отечественных предприятиях электронной промышленности позволит на стандартном имеющемся оборудовании осуществлять выпуск высокотехнологических систем электронной техники, размеры элементной базы будут меньше ОД мкм. Это обстоятельство в первую очередь будет способствовать развитию производства электронных систем на оборонных предприятиях России, которые в силу особых требований к применяемой элементной базе радиоэлектронных устройств оказались после 1991 г. в очень тяжелом экономическом положении.

Также результаты диссертации позволят осуществлять в новых экономических условиях подготовку современных специалистов в области управления качеством в Российской Федерации.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы:

• при проектировании сверхскоростных автоматизированных информационно-управляющих систем Главного управления кадров МВД России;

• при проектировании высокопроизводительных автоматизированных систем управления безопасностью промышленных предприятий г. Москвы;

• при проектировании высокоскоростных систем обработки информационных потоков автоматизированных систем поддержки принятия управленческих решений при чрезвычайных ситуациях МЧС России;

• в учебном процессе Московского Государственного института радиотехники, электроники и автоматики (Технического университета) при преподавании учебных дисциплин «Основы микроэлектроники», «Управление качеством и квалиметрия», «Методы и средства измерения, испытания и контроля», а также в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России в учебном курсе «Информационные технологии в системах безопасности».

На защиту выносятся: •

1. Система управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, основанная на принципах Всеобщего Менеджмента Качества, включающая в себя следующие этапы:

• исследование состояния и перспектив развития, оценку конкурентоспособности фуллеренсодержащих сверхпроводников;

• научное обоснование системы параметров фуллеренсодержащих сверхпроводников;

• разработка технологических основ получения сверхпроводящих материалов, а также технологических основ синтеза эпитаксиальных структур и многослойных токоведущих комплексов с учётом результатов научных исследований;

• разработка методов контроля качества фуллеренсодержащих сверхпроводников на этапах технологического производства, при исследовании их свойств, испытаниях, оценке экспериментальных характеристик и показателей надёжности;

• анализ системы управления качеством в процессе производства, направленный на повышение экономической эффективности;

• разработка стандартов предприятия электронной техники, регулирующих выпуск продукции, которые методологически объединены в единую структуру.

2. Система показателей качества фуллеренсодержащих сверхпроводников, предназначенная для создания стандартов предприятий, выпускающих данные материалы.

3. Бесконтактные неразрушающие методы метрологического обеспечения системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

4. Структура автоматизированной информационно-управляющей квалиметрической и технологической системы, создаваемой на основе САЫ-технологий, предназначенная для автоматизации процесса управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

5. Метод диагностирования технических модулей автоматизированной системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 49 научных работ [2-50], из них 3 монографии, 1 учебное пособие, а также статьи и доклады в Международных, Всероссийских и Межотраслевых издательствах, в научных изданиях которых должны быть опубликованы основные научные результаты, включаемые в докторские диссертации. Получен патент на изобретение.

Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежит: постановка и формализация задач исследования, разработка методов контроля, участие в технической реализации результатов, теоретические расчёты, а также проведение экспериментальных исследований синтезированных сверхпроводящих материалов.

В первой главе проведён анализ отечественных и зарубежных систем менеджмента качеством продукции, являющихся объектом исследования диссертационной работы.

Анализ исторического развития систем управления качеством показал, что решение проблем качества товаров оказывали положительное влияние на экономическое развитие государства, и наоборот, повышение экономического уровня развития в свою очередь оказывало позитивное воздействие на качество производимых товаров и услуг.

Проведен анализ систем управления качеством создания электронных систем в США, Японии, странах Западной Европы и Юго-Восточной Азии. Во всех странах системы менеджмента качества строятся с учётом требований стандартов ИСО серии 9001. Дня каждой системы были выявлены её характерная особенность формирования, связанные с особенностями национальной экономики каждой из стран.

В результате анализа научно обоснованы составляющие системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Во второй главе представлены результаты теоретического исследования эффекта бездиссипативного переноса энергии в сверхпроводниках при температурах свыше 300К, на основе которых проведено научное обоснование системы показателей качества сверхпроводников.

Проведено исследование построенной на основе данных таблицы Менделеева математической регрессионной зависимости, связывающей величину удельного электрического сопротивления р материалов, в которых наблюдается эффект сверхпроводимости, с их основными характеристиками: плотностью р, параметром кристаллической решётки с1 и его атомным номером п (р=/(р, с1, п)

Представлена физико-математическая модель, описывающая магнитные явления, протекающие в объёме сверхпроводящих сред. Показано, что величина магнитной индукции в объёме сверхпроводника достигает огромной величины (порядка 1025 Тл). Перенос энергии в среде осуществляется элементарными частицами, распространяющимися по межатомному пространству, причём максимальный поток распространяется в пространстве, равномерно удалённом от атомных плоскостей.

Получена аналитическая зависимость значения плотности тока от величины температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Показано, что значение данного параметра в производимых в настоящее время сверхпроводниках может быть увеличено при модернизации технологического процесса материалов.

Теоретически обоснованы кристаллографические особенности фуллеренсодержащих сверхпроводящих материалов. Показано, что достижение скорости, при которой происходит переход электрон-(кази)частица, возможно при условии, что в кристаллической решётке сформированы локализованные в пространстве «ответвления». В этом случае попадающий в него электрон испытывает необходимое ускорение, необходимое для его перехода в (квази)частицу.

На основании теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованы количественные значения системы показателей качества фуллеренсодержащих сверхпроводников.

В третьей главе проведён анализ существующих технологических методов синтеза сверхпроводящих материалов, разработанных к настоящему времени. Проведён анализ методов синтеза объёмных высокотемпературных сверхпроводящих материалов, эпитаксиальных плёнок и длинномерных токонесущих элементов, создаваемых на основе данных материалов.

Для технологического синтеза сверхпроводящих сред предложен модифицированный метод высокочастотного магнетронного распыления как один из наиболее перспективных для производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Определены основные параметры технологического процесса синтеза сверхпроводников, такие как состав газовой атмосферы и её давление в рабочей камере, состав и температура подложки, химический состав мишени, расстояние между мишенью и подложкой, время работы мишени, условия обработки поверхностей подложки и мишени. Формализованы процессы технологического производства, что позволяет автоматизировать процесс синтеза фуллеренсодержащих сверхпроводников.

В четвёртой главе для реализации правила Тагучи о сплошном пооперационном контроле в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников были разработаны бесконтактные неразрушающие экспрессные методы измерения следующих параметров, таких как: критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние, величины ква-зинезатухащего тока, удельного электрического сопротивления, в диапазоне рабочих температур систем (свыше 300 К). Разработан алгоритм технологического контроля параметров синтезируемых сверхпроводников, используемый при проектировании автоматизированного интегрального измерительного комплекса физико-технических характеристик материалов и эпитаксиальных структур.

Представлены методологические основы проектирования микропроцессорных компьютерных составляющих метрологических систем управления качеством.

В пятой главе представлена система, включающая автоматизированную систему управления качеством в процессе производства сверхпроводников, автоматизированную систему управления ресурсами предприятия, автоматизированную систему управления взрывопожаробезопасно-стью технологических процессов, автоматизированную систему обеспечению безопасности жизнедеятельности персонала, а также автоматизированную систему экологического мониторинга. Данная система базируется в техническом плане на высокопроизводительном производственном компьютерном комплексе. Совокупность данных составляющих образуют автоматизированную систему управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, соответствующая российскому стандарту ГОСТ Р ИСО серии 10303.

Представлена разработанная СЛЬ^-система управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, основанная на формировании баз данных параметров технологического процесса производства и значений метрологических величин синтезируемых изделий. Она позволяет осуществлять реинжиниринг качества выпускаемой продукции с целью повышения эффективности производства в целом.

Представлен метод диагностирования технических модулей автоматизированной системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников.

Предложено научно обоснованная организационная структура предприятия электронной техники по выпуску фуллеренсодержащих сверхпроводников и систем, производимых на их основе.

В заключении представлены основные результаты диссертационной работы - структурно-методологическое объединение системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, реализованное на базе автоматизированной информационно-управляющей квалиметрической и технологической системы.

В приложении представлены обзор существующих высокопроизводительных кластерных компьютерных систем в России и за рубежом, теоретические и практические результаты создания и использования фуллеренсодержащих сверхпроводников в автономных системах энергообеспечения систем безопасности, а также протоколы об использования результатов диссертации.

Заключение диссертации по теме «Стандартизация и управление качеством продукции», Бутузов, Станислав Юрьевич

Выводы

1. Научно обоснованы требования к автоматизированной системе управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников (АСУКППС).

2. Разработана структура автоматизированной информационно-управляющей системы производства фуллеренсодержащих сверхпроводников (АИУСПС), которая включает в себя автоматизированную информационно-управляющую квалиметрическую и технологическую систему (АИУКТС) производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, и в техническом плане базируется на высокопроизводительном производственном компьютерном комплексе. Автоматизированная система разработана в соответствии с ГОСТ Р ИСО серии 10303.

АИУКТС с учётом современных требований по организации производства должно включать в себя следующие составляющие:

• автоматизированную систему управления качеством в процессе производства сверхпроводников (АСУКППС);

• автоматизированную систему управления взрывопожаробезопасностью технологических процессов (АСУВПБТП);

• автоматизированную систему обеспечения безопасности жизнедеятельности персонала предприятия (АСОБЖ);

• автоматизированную систему управления ресурсами предприятия (АСУРП);

• автоматизированную систему экологического мониторинга предприятия (АСЭМ).

Определены функциональные связи между данными составляющими, разработаны алгоритмы информационно-управляющих воздействий на автоматизированную систему

3. Определены основные требования по функционированию АСУВПБТП в случае возникновения чрезвычайных ситуаций. Для повышения надёжности срабатывания системы в её структуре предусмотрено наличие автоматических систем детектирования избыточного давления и взрывоподавления.

4. Автоматизация процесса производства фуллеренсодержащих сверхпроводников позволяет установить соотношение Э. Деминта для данного технологического процесса на уровне 98%-2%.

5. Исследование возможности областей использования фуллеренсодержащих сверхпроводников позволяет сделать вывод о возможности применения их в системе дистанционного обучения в режиме передачи видеосигнала в условиях реального времени, когда требуется обеспечить скорость передачи информации свыше 5 Мбит/с. В работе представлена сеть, сформированная на основе мультимедийной сети А ТМ, созданная на основе оборудования фирмы General DataCom.

6. Исследована возможность применения фуллеренсодержащих сверхпроводников для систем передачи информации на основе эффекта фотолюминесценции. Показано, что её перспективно использовать в качестве модуляторов радиолокационных систем в случае необходимости детектирования объектов, трудно распознаваемых существующими радиолокационными станциями.

7. Представлен способ идентификации на стадии создания АСУ вредоносных микропроцессорных систем, основанный на сравнении теоретического и экспериментального значения функции у/(хь х^, характеризующей отклик составляющих компьютера. Данный метод позволяет повысить надёжность функционирования АСУ различного назначения.

8. Предложено научно обоснованная организационная структура предприятия электронной техники по выпуску фуллеренсодержащих сверхпроводников и систем, производимых на их основе.

-249-Заключение

В диссертации теоретическими и экспериментальными исследованиями осуществлено решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение - повышение конкурентоспособности отечественных сверхпроводников на основе разработки методологии системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводящих материалов на базе комплексных автоматизированных информационно-управляющих квалиметрических и технологических систем. Данная проблема обретает особую актуальность в преддверии вступления Российской Федерации в члены ВТО.

Результаты диссертации использовались в НИР, проводимых в НПО «Экспериментальное машиностроение» (1993 г.), НИИ «Сапфир» (1991-93 гг.), 22 ЦНИИИ МО РФ (1989 - 94 гг.), ОКБ «Горизонт» (1993-94 гг.), а также в ряде научно-производственных фирм.

Основные научные результаты сводятся к следующему. 1. Анализ систем управления качеством в процессе производства изделий позволил научно обосновать методологические основы системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, базирующиеся на принципах Всеобщего Менеджмента Качества. Система включает в себя следующие этапы:

• исследование состояния и перспектив использования и развития, оценку конкурентоспособности перспективных сверхпроводников;

• научное обоснование системы параметров фуллеренсодержащих сверхпроводников;

• разработка технологических основ производства сверхпроводников для высокопроизводительных информационных, телекоммуникационных, космических, военных, атомных и энергетических систем;

• разработка методов контроля качества сверхпроводников на этапах технологического производства, при исследовании их свойств, испытаниях, оценке экспериментальных характеристик и показателей надёжности;

• анализ системы управления качеством в процессе производства, направленный на повышение экономической эффективности;

• разработка стандартов, регулирующих выпуск продукции на предприятиях электронной техники, что соответствует в основе своей системам управления качеством развитых зарубежных стран. Определено методологическое наполнение и объединение этапов системы (рис. на стр. 242).

Данная система управления качеством также соответствует требованиям российского стандарта ГОСТ Р ИСО 9001-2001 и международных стандартов ИСО серии 9000. Внедрение её позволит наладить промышленный выпуск на отечественных предприятиях качественных современных микроэлектронных устройств, использующих фуллеренсодержащие сверхпроводниковые материалы, и отвечающие требованиям заказчиков.

Система управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников

Исследование Исследование и Разработка тех- Разработка ме- Анализ информа- Разработка состояния и пер- разработка фи- нологических тодов контроля ции по производст- стандартов, респектив исполь- зико- техниче- основ производ- качества венному процессу, гулирующих зования и разви- ских основ соз- ства сверхпро- сверхпровод- направленный на выпуск протия, оценку кон- дания фуллерен- водников для ников на раз- повышение качест- дукции на курентоспособ- содержащих высокопроизво- личных произ- ва фуллеренсодер- предприятии ности сверхпро- сверхпроводни- дительных сис- водственных жащих сверхпро- электронной водников ков тем этапах водников техники

Автоматизированная информационно-управляющая квалиметрическая и технологическая система I

Автоматизированный высокопроизводительный производственный компьютерный комплекс

Автоматизированная система управления качеством в процессе производства сверхпроводников

Автоматизированная система управления взры вопожаробезо-пасностью технологических процессов

Автоматизированная система обеспечения безопасности жизнедеятельности персонала предприятия

Автоматизированная система управления ресурсами предприятия

Автоматизированная система экологического мониторинга предприятия

Блок-схема системы управления качеством в процессе производства фуллеренсодержащих сверхпроводников на базе ком плексной автоматизированной информационно-управляющей квалиметрической и технологической системы

Определены основные направления совершенствования подготовки специалистов, участвующих в процессе управления качеством на данном предприятии.

2. На стадии НИОКР системы управления качеством на основе существующих теорий, описывающих эффект сверхпроводимости в материалах, сформулированы теоретические основы бездиссипативного переноса энергии в перспективных сверхпроводящих средах в диапазоне рабочих температур электронных систем (свыше 300 К).

Построена регрессионная математическая модель, связывающая удельное электрическое сопротивление сверхпроводников с основными параметрами материалов, исследование которой показало, что при беззди-сипативном переносе энергии в средах при данных температурах участвуют частицы, заряд которых равен одной трети заряда электрона. Определен тип кристаллической решётки материалов, в которых возможно их образование, скорость распространения частиц в проводящей среде, а также расчётная формула оценки величины эффективной массы частиц.

Проведена оценка величины магнитной индукции вихревых токов Абрикосова, возникающих в сверхпроводящей среде (Ю25 Тл).

Получена аналитическая зависимость плотности тока от величины критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние, позволяющая оценить предельные значения данного параметра.

Данные результаты являются частным случаем теоретического обобщения большого количества существующего эмпирического материла по вопросам бездиссипативного переноса энергии в средах.

3. На этапе разработки технологических основ производства сверхпроводников системы управления качеством определены промышленные основы синтеза материалов, а также эпитаксиальных структур и многослойных токоведущих комплексов на основе фуллеренсодержащих материалов.

Показано, что наиболее перспективным методом создания сверхпроводников является модифицированный метод высокочастотного магне-тронного распыления. Определён состав технологического оборудования, необходимого для синтеза высококачественных материалов. Экспериментально определены оптимальные параметры технологического процесса синтеза материалов. Проведена алгоритмизация технологического процесса, позволившая автоматизировать этапы производства материалов.

4. На этапе разработки методов контроля качества сверхпроводников для высокотемпературного диапазона разработаны бесконтактные не-разрушающие методы основных физико-технических параметров сверхпроводников.

На их базе разработан автоматизированный комплекс бесконтактного неразрушающего измерения данных параметров, позволяющий реализовать правило Тагучи системы управления качеством о сплошном операционном контроле изделий.

Данный результат развивает и дополняет такое важное научное направление как неразрушающие методы контроля сверхпроводников.

5. На основе полученных научных результатов разработаны проекты стандартов предприятия, выпускающего сверхпроводящие материалы. Они содержат научно обоснованные требования, предъявляемые к системе параметров сверхпроводников, а также требования по технологическому и метрологическому обеспечению производства и методам контроля качества.

Данные проекты стандартов могут являться составной частью технического регламента, регулирующего выпуск высококачественных микроэлектронных систем для различных отраслей промышленности.

6. На базе существующих компьютерных кластерных систем разработана структура быстродействующего (производительность 1015 флопс) автоматизированного информационно-управляющего комплекса, являющегося технической основой автоматизированной информационно-управляющей системы производства сверхпроводников (АИУСПС), созданной в соответствии с ГОСТ Р ИСО серии 10303. В её структуре предусмотрено наличие централизованной системы контроллеров, каждый из которых обеспечивает функционирование конкретного производственного модуля. Данная система построена по принципу открытой архитектуры, что позволяет при необходимости вносить в неё соответствующие изменения. Комплекс позволяет повысить качество выпускаемой продукцией за счёт автоматизации управления быстротекущими процессами производства изделий электронной техники.

На основе разработанных проектов стандартов предприятия электронной техники создана структура быстродействующей (быстродействие 0,1 мкс) АСУКППС. Быстродействие системы повышено за счёт применения перспективных сверхпроводников в компьютерных модулях системы, а также совершенствования элементной базы АСУ.

Разработана САЬ8-система обеспечения технологического производства и метрологического обеспечения сверхпроводников, построенная по принципу формирования баз данных (БД), содержащих информацию о значениях физико-технических параметрах материалов в производственном процессе, а также показателей технологических процессов. При выявлении бракованных изделий анализ компьютерных БД позволяет анализировать весь производственный процесс и выявлять те технологические этапы, на которых произошли отклонения от заданных значений параметров, и производить выработку необходимых корректирующих управленческих воздействий.

Теоретически и экспериментально отработан критерий распределения изделий на начальных стадиях производственного процесса по измеряемым значениям физико-технических параметров материалов. На основании его основано управление некондиционной продукцией, заключающееся в отбраковке негодной продукции и оперативной корректировке технологических операций, что позволяет существенно снизить общие затраты на производство изделий.

7. Разработана структура актуальной в настоящее время комплексной автоматизированной системы безопасности функционирования предприятия. Разработаны алгоритмы функционирования данной системы в условиях чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера.

8. Разработан метод диагностирования технических модулей компьютерных систем АСУКППС, повышающий надёжность функционирования системы.

9. Созданная АИУСПС позволяет максимально снизить влияние социального фактора в данном способе организации производства фуллеренсодержащих сверхпроводников, что позволяет установить соотношения Э. Деминга на уровне 98%-2%.

Сокращения

АИУСПС - автоматизированная информационно-управляющая система производства сверхпроводников АСОБЖ - автоматизированная система обеспечения безопасности жизнедеятельности

АСУКППС — автоматизированная система управления качеством в процессе производства сверхпроводников

АСУРП - автоматизированная система управления ресурсами предприятия

АСУВПБТП - автоматизированная система управления взрывопожаробезопасностью технологических процессов АСЭМ - автоматизированная система экологического мониторинга

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Бутузов, Станислав Юрьевич, 2004 год

1. Мир науки. М., Наука, №2, 1993.

2. Бутузов С. Ю. Физические основы сверхпроводимости и технологические аспекты производства сверхпроводящих материалов // Учебное пособие. М.: МИРЭА, 1998.

3. Топольский Н. Г., Бутузов С. Ю. Основы создания проводящих сред для сверхскоростных информационных модулей автоматизированных систем безопасности. М.: Академия ГТТС МВД России, 2001.

4. Бутузов С. Ю. Теоретические, технологические и метрологические основы повышения качества сверхпроводников. М.: Радио и связь, 2002.

5. Бутузов С. Ю. Методологические основы управления качеством в процессе производства сверхпроводников на основе фуллеренсодер-жащих материалов. М.: ИД Руда и металлы, 2003.

6. Топольский Н. Г., Бутузов С. Ю., Членов А. Н. Тепловой пожарный извещатель // Патент на изобретение №2181505 МПК7 С08В17/06. -М.: ФИПС, 2001.

7. Бутузов С. Ю. Измерительный комплекс электрофизических параметров сверхпроводящих материалов // Сборник трудов 22 Центрального научно-исследовательский испытательного института Министерства обороны России, вып. 43. М.: ЦНИИИ 22 МО РФ, 1994.

8. Бутузов С. Ю. Бесконтактный способ определения удельного электрического сопротивления ВТСП материалов. // Сборник трудов 22 Центрального научно-исследовательский испытательного института Министерства обороны России, вып. 43. М.: ЦНИИИ 22 МО РФ, 1994.

9. Бутузов С. Ю. Бесконтактный метод измерения величины квазинезатухающих токов в высокотемпературных сверхпроводниках // Заводская лаборатория, т. 60, №11. М.: Металлургия, 1994.

10. Shabetnik V. D., Butuzov S. Yu, Plaksij V. I. High-temperature superconducting compound YBaMeSe with Tc=371 К // Материалы Международной конференции «Materials and Mechanism of Superconductivity», 4-9 Yuly 1994, Grenoble, France.

11. Шабетник В. Д., Бутузов С. Ю., Плаксий В. И. Высокотемпературное сверхпроводящее соединение YBa2Cu3Se7 с Тс=371 К // Письма в ЖТФ, т. 21, вып. 10 С-Петербург, Наука, 1995.

12. Shabetnik V. D., Butuzov S. Yu, Plaksij V. I. High-temperature superconducting compound YBa2Cu3Se7 with Tc=371 К // Tech. Phys. Lett., 21(5), May, 1995.

13. Бутузов С. Ю. Устройство энергосбережения систем автономного электрообеспечения систем пожарной безопасности // Труды Всероссийской юбилейной конференций, посвящённой 60-летию ВНИИПО МВД России. М.: ВНИИПО МВД России, 1997.

14. Бутузов С. Ю. Технические аспекты создания проводящих материалов систем пожарной безопасности // Труды Международной конференции «Пожарная безопасность 97». - М.: МИНЬ МВД России, 1997.

15. Бутузов С. Ю. Квазифотоны в сверхпроводниках // Сборник научных трудов «Математические методы исследования сложных систем, процессов и структур», вып. 3. М.: МГОПУ, 1998.

16. Бутузов С. Ю. Эффект увеличения частоты сверхвысокочастотного излучения// Сборник научных трудов «Математические методы исследования сложных систем, процессов и структур», вып. 3. М.: МГОПУ, 1998.

17. Бутузов С. Ю. Образование квазифотонов в сверхпроводниках, имеющих Тс свыше J00K II Сборник научных трудов «Гармонический анализ на группах». М.: МГОПУ, 1998.

18. Бутузов С. Ю. Расчётный способ определения величины критической плотности тока в сверхпроводниках // Сборник научных трудов «Гармонический анализ на группах». М.: МГОПУ, 1998.

19. Бутузов С. Ю. Устройство очистки от угарного газа // Сборник научных трудов «Гармонический анализ на группах». М.: МГОПУ, 1998.

20. Бутузов С. Ю. Автоматизированная система прогнозирования морских землетрясений. // Сборник трудов VIII Международной конференции «Системы безопасности-99». М.: МИПБ МВД России, 1999.

21. Топольский Н. Г., Бутузов С. Ю., Членов А. Н. Тепловой пожарный извещатель на основе перспективных проводящих материалов. // Сборник трудов VIII Международной конференции «Системы безопасности-99». М.: МИПБ МВД России, 1999.

22. Бутузов С. Ю. Способ предупреждения пожаров технологических линий предприятий электронной промышленности // Материалы XV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков». М.: ВНИИПО МВД России, 1999.

23. Бутузов С. Ю. Автоматизированная система прогнозирования морских землетрясений // Материалы VII международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем». М.: ИПУ РАН, 1999.

24. Бутузов С. Ю. Бесконтактный способ определения удельного электрического сопротивления сверхпроводников // Известия вузов. Материалы электронной техники. М.: ИД Руда и металлы, вып. 2, 2000.

25. Бутузов С. Ю. Оценка величины магнитной индукции в сверхпроводниках // Сборник научных трудов «Математические методы исследования сложных систем, процессов и структур», вып. 4. М.: МГОПУ, 2000.

26. Бутузов С. Ю. Проблема обеспечения автоматизированных систем управления безопасными комплектующими интегральными микросхемами // Системы безопасности, вып. 6. М.: Гротек, 2000.

27. Топольский Н. Г., Бутузов С. Ю. Проблемы повышения быстродействия автоматизированных систем пожаровзрывобезопасности промышленных объектов // Материалы Всероссийской конференции, посвященной 30-летию ИФ Академии ГПС МВД России. Иваново, ИГУ, 2001.

28. Бутузов С. Ю. Датчики автоматизированной системы поддержки принятия решения при морских землетрясениях // Сборник трудов IX Международной конференции «Системы безопасности 2001». -М.: Академия ГПС МВД России, 2001.

29. Бутузов С. Ю. Проблемы подготовки специалистов по комплексным системам безопасности // Сборник трудов X Международной конференции «Системы безопасности 2002». - М.: Академия ГПС МЧС России, 2002.

30. Butuzov S. Yu. Quazyphotons in superconductors // Материалы Международной конференции «The Gordon Research Conference of Superconductivity». Oxford, England, 2001.

31. Бутузов С. Ю. Проблемы безопасного применения зарубежных комплектующих микросхем в компьютерных системах // Сборник трудов VIII Международного форума «Технологии безопасности -2003». М.: ВВЦ, 2003.

32. Бутузов С. Ю. Автоматизированная система бесконтактного нераз-рушающего контроля физико-технических параметров сверхпроводящих материалов // Наукоёмкие технологии, т.4, вып. 4. М.: ИПРЖР, 2003.

33. Бутузов С. Ю. Проблемы сертификации АСУ взрывопожаробезопас-ностью промышленных предприятий // Сборник трудов XI Международной конференции «Системы безопасности 2003». - М.: Академия ГПС МВД России, 2003.

34. Бутузов С. Ю. Неразрушающие методы оценки качества сверхпроводящих материалов // Материалы Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» Ьйегтайс 2003. - М.: МИРЭА, 2003.

35. Бутузов С. Ю. Проблемы менеджмента качества сверхпроводящих материалов // Материалы Международной научно-практической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» Мегшайс 2003. - М.: МИРЭА, 2003.

36. Бутузов С. Ю. Принципы совершенствования системы управления качеством перспективных сверхпроводящих материалов // Доклады 52-ой научно-практической конференции МИРЭА. — М.: МИРЭА, 2003.

37. Бутузов С. Ю. Методологические проблемы создания системы управления качеством сверхпроводников // Доклады 52-ой научно-практической конференции МИРЭА. М.: МИРЭА, 2003.

38. Управление качеством. Учебник // С. Д. Ильенкова, Н. Д. Ильенкова, С. Ю. Ягудин и др. Под ред. Доктора экономических наук, профессора Ильенковой. М.: ЮНИТИ, 1998.

39. Мазур И. И., Шапиро В. Д. Управление качеством / Учебное пособие М.: Высшая школа, 2003.

40. Окрепилов В. В. Управление качеством. СПб.: ОАО «Издательство Наука», 2000.

41. ГОСТ Р 1.0-92 Государственная система стандартизации Российской Федерации. Основные положения.

42. ГОСТ Р 1.2-92 Государственная система стандартизации Российской Федерации. Порядок разработки государственных стандартов.

43. ГОСТ Р 1.3-92 Государственная система Российской Федерации. Порядок согласования, утверждения и регистрации технических условий.

44. ГОСТ Р 1.4-92 Государственная система Российской Федерации. Стандарты предприятия. Общие положения.

45. ГОСТ Р 1.5-92 Государственная система Российской Федерации. Общее требование к построению, изложению, оформлению и содержанию стандартов.59.62,63,64