автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей контроля и методов его проектирования в радиотехническом производстве

государственный комитет российской федерации

по высшему образованию новосибирский государственный технически* университет

На правах руксдаср

СИНЕЛЬНИКОВ Андрей Владимирович

УДК 621.396.6.002.¿(075)

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ КОНТГОЛЯ И МЕТОДОВ ЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В РАДИОТЕХНИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.13.14 - Системы обработки т ¡формации и управле1шя

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1994

Работа выполнена в Новосибирской государственном технической университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор М.Я.Воронин.

Научный консультант - кандидат технических наук.

доцент А.Г-Вострецов.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Т.Б.Еорукаов,

кандидат технических наук С.И. Дятлов.

Ведущее предприятие - АООТ "Бердское специальное конотрукторское бюро".

Защита состоится и 2 н марта 1994г. в _ час,

___ мин. на заседании специализированного совета Д 063.34.06

в Новосибирском государственном техническом университете.

Адрес » 630092, г.Новосибирск-92, пр. К.Маркса 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_" _ 1994г.

Ученый секретарь специализированного м / /

совета Д 063.34.06 к.т.н., доцент А.Г.Востроцов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одной кз ванных задач технологии радиоэлектронной аппаратуры (ТРЭА) является разработка и оптимизация технологических процессов контроля сборочного производства. Это обусловлено ролью контроля в обеспечении качества продукции и значительными трудовыми затратами на проведение контрольно-регулировочных операций ( от зо до 10% общих затрат на сборку).

На сегодняшний день обозначились два подхода к решению подобных задач. Это, во-первых, эвристический подход, ис-пользуктдяй метода экспертных оценок я основанный на практичен ком опыте технологов, и во-вторых, формализация моделей технологических процессов (ТП) с последующим решением различными математическими методами. Недостатком первого подхода, . как и всякогб, связанного с эвристическими сообракениями, является отсутствие отчетливо выряженного критерия, по которому принимается решение, а соответственно и уверенности в качестве полученного результата. Что ке касается второй группы методов, то на сегодняшний день при проектировании технологии контроля они применяются достаточно редко, что объясняется слабой разработанностью моделей производства и методов проектирования контроля.

Особую остроту данная проблема приобрела с появлением автоматизированных методов проектирования и изготовления радиоэлектронной продукции.

Таким образом, создание эффективных Математических моделей (ММ) контроля, методов и алгоритмов его проектирования, является актуальной задачей, решение которой будет способствовать созданию систем, позволяющих разрабатывать технологию

контроля на основе неразрывности схемотехнического, конструктивного и технологического аспектов автоматизированного проектирования.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы является разработка моделей технологических процессов и создание на их основе методов автомати-вировшшого проектирования технологии контроля. При атом решались следующие задачи:

1. Разработка математических моделей ТП контроля РЭА.

2. Разработка и экспериментальная проверка моделей измеряемых параметров.

3. Выбор и обоснование критерия оптимизации контроля, учитывающего экономические потери производства.

4. Разработка на основе полученных моделей методов решения задач оптимизации контроля РЭА.

5. Разработка структур данных и алгоритмов автоматизированного проектирования технологии контроля с точки зрения выработанного критерия.

6. Разработка САПР контроля и ее апробация на реальных ТП изготовления РЭА.

Методы исследования

При решении поставленных задач в теоретической части диссертации использовался математический аппарат теории вероятностей, дифференциального и интегрального исчисления. При планировании и проведении экспериментальных исследований использовались метода математической статистики и вычислительной математики с реализацией соответствующих алгоритмов на ЭРЫ.

Научная новизна

1. Разработан« новые статистические модели ТП сборки и контроля РЭА, учитывающие взаимное влияние технологических и контрольных операций.

2. Разработаны оригинальные математические модели измеряемых элоктричвскнх параметров, учитывающие особенности: сборочного производства и свойств комплектующих.

3. На основе полученных моделей по критерию минимума средних потерь производства разработаны методики и. реализованы на ЭВМ алгоритмы решения следупцих задач:

- расстановки входного и операционного контролей;

- выбора средств контроля по точности и стоимости;

- оптимизации порогов измеряемых параметров с учетом конечной точности контрольно-измерительной аппаратуры.

Реализация и внедрение результатов

' научные результаты, полученные в диссертации, используются при проведении НИР на кафедре конструирования и технологии радиоэлектронных средств (КТРС) Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). Ряд результатов используется в учебном процессе и включены в программу дисциплины "Технология радиоэлектронных средств", подготовлены методические указания для студентов.

На основе полученных моделей разработан пакзт прикладных программ САПР "Контроль", используемый в Бердском ПО "Вега" для оценки необходимой точности разрабатываемого нестандартного контрольно-измерительного оборудования и в бюро радиотехнологии (БРТ) ПО "Вега" для оценки необходимости входного контроля коютлектувдих и оптимизации организационной структуры операционного контроля технологических процессов сборки изделий.

Апробация работа

Основныо положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на постоянно действующих научных семинарах кафедры конструирования и технологии радиоэлектронных средств НГТУ, на всесоюзных и международных научно-техличоских конференциях.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ, в том числе тезисы докладов на всесоюзных и международных конференциях. Результаты работы использованы в 6 отчетах о НИР.

На защиту-выносятся

1. Математические модем технологических процессов контроля РЭА.

2. Математические модели измеряемых электрических параметров РЭА.

3. Метод и алгоритм проектирования организационной структуры контроля, удовлетворяющий требованию минимума средних потерь производства.

4. Метод и алгоритм выбора средств контроля по точности и стоимости.

5. Метод оптимизации порогов-измеряемых параметров с учетом конечной точности контрольно-измерительного оборудования .

6. Разработка системы автоматизированного проектирования контроля и результаты, полученные при ее апробации.

Структура и объем работа

Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста, иллюстрируется 23-мя рисунками, содержит 10 таблиц и состоит из четырех глвв, заключения, списка используемой литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе показана актуальность темы диссертации,' сформулированы цель и основные задачи исследования, проведен анализ состояния проблемы оптимизации контроля РЭА. При этом отмечается, что на сегодняшний день не существует единого подхода к решению данных задач, а рассматриваемые модели и метода либо не доведены до практического использования, либо сложны в адаптации к условиям реального производства.

Далее рассмотрена статистическая модель ТП, представляющая собой набор соотношений, позволяющих по известным характеристикам ТП, оборудования контроля и ремонта определить вероятность годности технологических операций, воплощенных в. изделии на произвольном этапе сборки, а также вероятности годности изделия. Поскольку состояние ТП на каждом этапе проверяется путем контроля параметров собираемого изделия, т.е. через контроль воплощенных в изделии операций ТП, технологический процесс сборки и контроля можно представить в виде 1-рафа б (рис.1.), вершины которого соответствуют технологическим операциям, а ребра СУ^.У-р отражают дефекты, возникающие на 1-й операции и приводящие к браку на З-й.

Данный граф полностью определяется своей матрицей смежности Л - | <9^ ( размерностью N х N. где N - количество сборочных операций. Введя в рассмотрение матрицу контроля Н - | | размерностью N х N х М, можно показать, какие связи О контролируются постом й. Здесь М - общее количество постов контроля.

Для того, чтобы найти вероятность годности 1-й опора-цщз, состояний ТП описывается его вектором состоязшя

>*•» ....., где

зг

11, осли операция I выполнена качественно} о, если с браком.

Дййзо получены слодукдао соотношения для шчислокия ророятаастеЯ годности операция ■

При отсутствии контроля

>- Р^ц) . (1)

Здась - вероятность годноста 1-:; операции пр:: услать что ваз влшвдзэ на изо операции годные (надакаостъ техио-■погкчасиой операнда), - вектор

•Н-1 " <3П81'621е2.....е(1-1}12(1-1)1

соеуовдсщай из кенулесш компонентов ... )д .. лЧ-1 БЭКТОра Й^ю <3^, ... е Б«).,

Длл оппсищ довдскового коэдша параметров издашь*! с шпочаоа ючпоогья срздств изкзрзкая в модель ТП вьедзас «страна надеглост;: контроля В «=> 5 { размерностью и я м, гдо - вероятность пропуска деСзк-го спэрацзя 1 постои контроля и (аял р-к; вгиюзчиш). С учетов итого

♦ ..СтОгНС Ц..-0 ^-зА-И-Ч^сА:' •' • -''Ц-'« П5.'

- $ -

Где м

<Ptá - f¡ <Pte -ш . (3)

m=i

Таким образом, вычисляя величину р£3^> по соотнопенням' (1) - (3) мокно найти вэроятность годности совокупности параметров (а соответственно я операций), контролируем« Постом п:

' • . И

м

(4)

ы

Подобная модель учитывает лишь то дефекта, которые выявляются постом контроля. Как правило ез необходимо знать вероятности годности изделия на выхода ТП н В любом его сечекин, учитывающие надежности всех операций, а но только контролируемых. Будем понимать пол сечением учссто;: ТП, состощкй из соео- : кушости логически связанных операций. Тогда весь ТП-можно разбить на L сечений и описать эту ситуация матрицей сеченяй

Н * | ¡ размерностью (1 ж II х L. в которой влекентн. описывают полную глубину контроля на данном Сечении,

т.е.

$31

'1, о с ли связь U рринвдлеют

сочекию I ; О. ес.тл кот.

Подставляя теперь в соотношение (4) вместо

т|ут> получим вероятность годности изделия на любом интересующею нас сечении или выходе ТП:

Н

ы

Для аналитического расчета вероятностных характеристик Модели ТП разработана статистическая модель измеряемых параметров РЭА, продставлящая собой плотности вероятности ысх> параметра X для годных и негодных изделий, вид которой показан на рис.2. Для изделий, выполненных с браком, плотность вероятности представляет собой суперпозицию дельта-функции Дирака и равномерного распределения, а для годных изделий - нормальное расп- -ределение.

Здесь же рассмотрена возможность получения параметров такой модели как аналитическим путем с использованием систем схемотехнического проектирования, так и экспериментальным способом. В ходе экспериментальной проверки моделей набрана статистика по серийно выпускаемым на ПО "Bern" изделиям и показано хорошев совпадение разработанной модели и реальных параметров по критерию омега-квадрат с уровнем значимости а=о.1.

В заключительной части главы осуществлен выбор критерия оптимизации. Выбран экономический критерий, т.к. в условиях массового производства определяющим при анализе того или иного организационного решения является его экономическая' целесообразность. Для этого описанная ранее вероятностная модель контроля дополнена условными потерями соответственно каждому состоянию ТП и получен критерий оптимизации в виде байесовской функции минимума средних потерь производства.

Граф С.

Рис. 1.

Распределение плотности вероятности параметра

Рис 2.

М

п

£ с рс§1 -ю р<$4 -о вс^ -и ♦ м

«• у + РСЙ^^О ЯС^р.З^О . (6)

1=1

Здесь :

П - средние потери производства; И - событие, означающее, что все операции определяемые вектором выполнены верно,

то

есть - -1,8е -1, -1};

- событие, означающее,' что из I операций хотя бы одна выполнена неверно;

^ »1 - событие, означающее принятие решения о годности изделия на посту I , т.е.

^ * <1[1 2-1.....1 г»1>;

^ Л - забрековение изделия на посту I ;

=1> - вероятность того, что вое операции ТЩ описываемые вектором выполнены верно!

РС§| ?Ф - вероятность события, когда хотя бы одна операция выполнена неверно? ) - условная вероятность, принятия решения , когда истинное состояние ТП - Й^ ;

.ЁЦ ) - условные потер!, связанные с ситуацией, описываемой вероятностью рс^ /ё^ ) % Ск^ - стоимость контроле.

Вторая глава посвящена разработке методик решения задач оптимизации контроля сборки РЭА. Показано, что решение задач расстановки контроля ц внбора оборудования мокно разделять. При зтом сначала для условий ©исарсаггкоЗ точности решать задачу расстановки, а затем в раш<ах ггр'ШЯтоЛ расстановки выбрать средства контроля. В отдельную задачу шделена оптимизация входного контроля комплекту щих. Сунзшэ задачи расстановки до локальной оптимизации входного контроля позволило значительно упростить модель и уменьшись необходима количество исхода« данных, что особенно заию как на этзпо проектирования, так и для оперативного управления процессам ксдисро контроля упо дойствуэдих ТП. Показано, что целевая функция критерия минкмума сродиа потерь производства применительно к входному контролю представляет собой сумму неотрицательных слагали, связанных с зюитролом отдельных ко?тлектупднх. Позтому для оптимизации достаточно решить вопрос о входном контроле для кахдого комплекту-:*:цбго з отдельности. Разработана методика оптимизации и получе-*?! соотвэтствувдаз соотношения для упрощенной нодеда ТП.

На основе полученной в первсй главе ¡.юдоли ' предложена методика принятия решзния о расстановке постов операционного ¡контроля внутри ТП сборки. Полученные соотношения учитньают на-;о :аюсть контрольно-измерительного оборудования н возможность шбсрочяого контроля на постах.

После разработки организационной структур! контроля рзсаотся задача выбора контрольного оборудовать по точности п стоимости. Кек и в предыдущем случае используется критерий t-.ni-.гз«ума средних потерь производства. Пржэнятелыго к данной ао-гаче наличииа этих потерь состоит из двух слаггемнх - потерь, лзусдовлошнх погреганостыэ контрольного оборудования, и потерь 1 стат, его стоимости. Иа оспопо рйзрейотвшгк з кзрвсЗ гланл . Tti.j.-'jii ус.чзряэ^их пврк*.а1ров по^учонп cooí;:c;"o:r:3 длл пгаста-

• л р:;ш;сз оьказчкка и изготойгат, что погтояаяо р?ссчкти£а''ь

• »••r.-уп потерь д.гч разотт?.к ксптрплъглга -сс-з-

уп-лнр&п его рзпхьнугз тонкость. "

Кроме того, решена задача оптимизации порогов измерения. Пороги на измерения варьируются в пределах от значения установленного техническим заданием до начала экспериментально полученного распределения, рассчитываются риски заказчика и изготовителя и определяются средние потери производства. Выбираются те пороги, при которых потери минимальны.

Третья глава посвящена разработке системы автоматизированного проектирования (САПР) технологии контроля. Рассмотрены информационные модели задач, которые решаются в рамках данной системы, приведен полный перечень и состав используемых информационных массивов. Сформулированы основные требования, предъявляемые к данной САПР, определена ее общая структура и сценарий диалога управляющей программы пакета (УПП). Разработаны логическая структура и физическая организация базы данных (БД).

Рассмотрены физические ограничения, возникающие при программной реализации процедур проектирования, что привело к необходимости гадания разумной области для решения задач, исходя из ресурсов конкретной вычислительной техники.

Для каждой задачи оптимизации приведен сценарий диалога и даны указания по интерпретации получаемых результатов.

Рассмотрен пример реализации системы автоматизированного проектирования в среде НБХ-ИЁ. При атом были приняты следующие ограничения:

1. Количество рассматриваемых комплектующих на входном контроле ограничено десятью.

2. Для задачи расстановки было решено ограничиться пятнадцатью типовыми сечениями, на которых.физически возможна организация контроля.

3. В процессе диалогового проектирования рассчитывается десять вариантов расстановки контроля, которые в последствии можно корректировать.

4. Количество дефектов ограничено десятью осноишми, которые могут быть обнаружены в любом типовом сечении.

5. При выборе средств контроля по точности и стоимости количество измеряемых параметров принято пе превышающим десяти.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной апробации методик оптимизации контроля с помощью разработанной САПР на примерах ТП Бердского ПО "Вага".

Для апробации расстановки входного контроля были подготовлены базы данных по 6 серийно выпускаемым изделиям. При анализе результатов оптимизации показано, что для 150 проанализированных комплектующих, организацию входного контроля 89 можно улучшить. Суммарный годовой эффект от внедрения новых вариантов составил 2 937 050 руб. по ценам конца 1991г.

Оптимизация расстановки операционного контроля проводилась на примере ТП изделия "Вега-РМ-250С". При этом сравнивались заводской вариант расстановки контроля и оптимальный. Годовой экономический эффект от внедрения оптимального варианта -181 303 руб. по ценам конца 1991г.

При решении задачи выбора средств контроля по точности для изделия "Вега-300" была выполнена проверка оптимальности применяемого оборудования' и сделан вывод о том, что обпдае потери мокно уменьшить, применив менее точное (а следовательно и менее дорогое) контрольное оборудование.

Оптимизация порогов измеряемых параметров для изделия "Вега-300" показала, что при решении этой задачи возможны два варианта :

1. Пост контроля находится внутри ТП и затем контролируется выходным контролем. Здесь показано, что меньшие потери возникают в случае, когда порог на измеряемый параметр равен порогу, заданному в техническом задании.

2. Пост контроля осуществляет выходной контроль. От первого случая этот отличается наличием потерь, связанных со штрафами за поставку некачественных изделий. Вследствие этого порсг

следует сместить в сторону реального распределения параметра, визически это означает, что в данном случае предприятию выгоднее ужесточить контроль.

Далее рассмотрены результаты вксперимента по выбору контрольного оборудования для проектируемого ТП. В качестве объекта вксперимента был выбран процесс контроля УНЧ изделия И0рбита-Рм-Э01" московского ПО "Орбита". Рассматривались три варианта контроля: с помощью стандартного оборудования, автоматизированной системы технического контроля АСТК-зМ и нестандартного оборудования, изготовляемого на ПО "Бега". В результате было показано, что лучшей системой для данного ТП является АСТК-ЗМ.

В заключении подведены итоги диссертационной работы, сформулированы основные полученные результаты.

В приложениях приведет гистограммы экспериментальных распределений параметров изделий "Вэга-зоо!' . и "Вега-У-120", расчетные формулы для технико-экономических показателей процессов измерения и контроля, структур« информационных массивов и исходные данные для решения задач расстановки контроля и выбора оборудования по точности и стоимости, акты, подтверадаициэ внедрение диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложен системный подход к решению задач проектирования контроля.

2. Разработаны математические модели.ТП контроля РЗА.

3. Разработаны и вкспериментально проверены модели измеряемых параметров изделий.

А. Бнбран и обоснован критерий оптимизации контроля, учитывающий средние экономические тотери производстве.

5. Разработаны структуры данных, и-алгоритмы автоматизированного проектирования контроля по критерию минимума средних потерь производства.

6. Разработано программное обеспечение для СМ ЭВМ и ПЭВМ 1ВЫ-РС, реализующее решение задач выбора организационной структуры и средств контроля.

7. Проведена апробация на реальных ТП изготовления РЭА, где показана целесообразность дальнейшего проведения работ по созданию на основе полученных моделей и разработанных алгоритмов промышленных систем автоматизированного проектирования контроля.

Основные положения диссертации опубликованы в работах ;

1. Оптимизация контроля технологического процесса производства аппаратуры передачи и обработки информации. Отчет о НИР (итоговый), том 1. Инв.ы 02В5.0076223. н гос.регистрации 01840052030.- Новосибирск,НЭТИ,1985.

2. исследование методов цифровой обработки сигналов при построении систем технологического контроля. Отчет о НИР N гос. регистрации 01840052030. Новосибирск, НЭТИ, 1986.

3. Синельников A.B. О необходимости выходного контроля восстанавливаемых изделий микроэлектроники. // Тезисы Всесоюзной НТК "Проблема экономии энергии, материальных и трудовых ресурсов". Новосибирск 1986.

4. Исследование методов автоматизации и оптимизации контроля при производстве аппаратуры передачи и обработки информации. Отчет о НИР (итоговый ТЗ, часть 2), том 1. н roe.регистрации Х86194.- Новосибирск, НЭТИ, 1987.

- rs -

5. Разработка подсистемы САПР контроля технологических процессов сборки аппаратура передачи и обработки информации. Отчет о НИР (Итоговый.Тэ часть 2) N гос.регистрации Г-09280. Новосибирск. НЭТИ. 1988.

6. Вострецов А.Г.,Синельников A.B. Применение статистической модели РЭА для автоматизированных систем технологического контроля. // В сбг "Микроэлектронные устройства. Проектирование и технология".- Красноярск, КПЙ, 1988, с.71-80.

7. Исследование вопросов создания автоматизированного контрольно-измерительного оборудования и оптимизации технологического процесса регулировки и контроля в условиях массового производства БРЗА. Отчет о НИР (итоговый) н гос. регистрации 01870038705. Новосибирск, НЭТИ, 1989.

8. Вострецов А.Г.,Козлов П.В.,Кушнир В.И..Синельников A.B. Диалоговая система автоматизированного проектирования технологических процессов контроля сборочного производства РЭА "САПР Контроля". / Информационный листок N 124 - 90, -Новосибирск, ЦНТИ, 1990.

9. Вострецов А.Г., КуинирВ.И., Синельников A.B. Диалоговая САПР "Контроль", обладающая экспертными свойствами. // В сб: "Конструирование и технология радиоэлектронных средств".- Новосибирск, НЭТИ, 1990, с.12-15. ,

10. Козлов П.В., Синельников A.B. База данных для САПР Контроля. // В сб: "Конструирование и технология радиоэлектронных средств".- Новосибирск, НЭТИ, 1990, с.16-21.

11. Вострецов А.Г., Кушнир В.И., Синельников A.B. САПР "Конт-

роль"- система автоматизированного проектирования контроля технологических процессов производства РЭС. // Тез. Всесоюзной школы-семинара "Диагностирование, надежность, нераз-рушающий контроль электронных устройств и систем".- Владивосток. ДЕЛИ, 1990. с,187.

12. A.G.Vostretzov, V.i.Kushnlr, A.V.Slnelnikov. "CONTROL" interactive CAD with expert properties // Annual School. 14-th International spring seminar on electronic technology.- May 13-17, 1991, Sozopol. Bulgaria, s.61-56.

13. P.W.Kozlov, A.V.Slnelnikov. Database for control CAD system.// Annual School. 14-th international spring seminar on electronic technology.- May 13-17, 1991, Sozopol. Bulgaria, s.26-34.

14. Исследование и разработка методов автоматизированного контроля и управления ТП производства РЗА. Отчет о НИР. инв. N 029.10020138. Новосибирск, НЭТИ, 1991.

15. Вострецов А.Г.. Кушнир В.И., Синельников А.В. Размещение постов контроля в технологических процессах изготовления РЗА. // В сб: Актуальные проблемы раввития радиотехники, электроники, связи. Материалы 47-й НТК. - СПБ: 0-во "Знание" России, ДНТП, 1992. '

Подписано в печать 29.12. Формат 84 х 60 х 1/16

Бумага оберточная. Тирах 100 зкз. Усл.печ.л. 1,2. Заказ N

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Новосибирского государственного технического университета 630092, г.Новосибирск, пр. К.Маркса, 20