Обзор основных инструментов контроля качества

Обзор основных инструментов контроля качества

Министерство образования и науки РФ

Рязанский Государственный Радиотехнический Университет

Кафедра управление качеством и сертификации

Курсовая работа

по дисциплине: «Статистические методы контроля и управления качеством»

Выполнила: ст. гр. 874

Молоткова А.М.

Проверил: доцент кафедры УКС

Сырмолотнов И.Е.

Рязань 2011

Содержание

Введение

1) Причинно-следственная диаграмма

) Личный бюджет времени

3) Гистограммы

) Диаграмма Парето

) Контрольные карты

) Корреляционный анализ

) Дисперсионный анализ

Заключение

Библиографический список

Приложение А. Обзор периодической научно-технической литературы и статистический анализ результатов по теме «Микроэлектронные сенсоры»

Приложение Б. Доклад «Анализ научной периодической печати по разделу

«Микроэлектронные сенсоры»»

Приложение В. ОСТ1 90013-81 «Сплавы титановые. Марки»

Приложение Г. Таблица кодовых значений

Введение

Важнейшим условием успешного развития экономики сегодня является производство конкурентоспособной продукции. Основой конкурентоспособности я является качество. Опросы потребителей показывают, что среди всех показателей конкурентоспособности (цена, сроки, поставки, сервис и др.) качество на 70% определяет решение о выборе продукции.[10]

Качество - понятие многоплановое, обеспечение его требует объединения творческого потенциала и практического опыта многих специалистов. Проблема повышения качества может быть решена только при совместных усилиях государства, федеральных органов управления, руководителей и членов трудовых коллективов предприятий. Большую роль в решении проблемы качества играют потребители, диктующие свои требования и запросы производителям товаров и услуг.[5]

Высокое качество продукции, удовлетворяющее ожидания потребителя, соизмеряется современным потребителем со стоимостью (ценой) этой продукции.[6]

Современные подходы к управлению качеством предполагают внедрение системы контроля показателей качества продукта на всех этапах его жизненного цикла, начиная от проектирования, и заканчивая послепродажным обслуживанием. Основная задача контроля качества - не допустить появления брака. Поэтому в ходе контроля проводится постоянный анализ заданных отклонений параметров продукции от установленных требований. В том случае, если параметры продукции не соответствуют заданным показателям качества, система контроля качества поможет оперативно выявить наиболее вероятные причины несоответствия и устранить их.

Контроль качества осуществляется путем сравнения запланированного показателя качества с действительным его значением, а если качество можно контролировать, то, следовательно, им можно управлять. Собственно контроль качества например процессы производства, и состоит в том, чтобы, проверяя нужным образом подобранные выборочные данные (показатели качества), обнаружить отклонения показателей качества от запланированных их значений. В случай обнаружения такого отклонения производитель ищет причину его появления и после корректировки процесса вновь проверяет соответствие скорректированных показателей качества запланированным их значениям (стандарту или норме). Именно по такому непрерывному циклу осуществляется управление и обеспечение требуемого качества, и дальнейшее его улучшение.

Исходя из всего сказанного, можно выделить следующие основные задачи методов статистического контроля и регулирования качества:

) обобщение и прогнозирование тенденций развития как отдельных сфер, так и всего народного хозяйства;

) разработка и внедрение современных методов исследования экономических и социальных процессов, происходящих в обществе;

) определение и выявление имеющихся резервов эффективности как для отдельных сфер деятельности, так и всего общественного производства;

) постоянное обеспечение достоверной информацией, необходимой для принятия правильных решений [7].

В данной курсовой работе мы ознакомимся с основными инструментами контроля и управления качеством, проведем с их помощью статистический анализ и на основании полученных результатов сделаем выводы.

1. Причинно-следственная диаграмма

Теоретические сведения о диаграмме Исикавы. Результат процесса зависит от многочисленных факторов, между которыми существуют отношения типа причина-следствие (результат). Мы можем определить структуру или характер этих многофакторных отношений благодаря систематическим наблюдениям. Трудно решить сложные проблемы, не зная этой структуры, которая представляет собой цепь причин и результатов. Диаграмма причин и следствий - средство, позволяющее выразить эти отношения в доступной форме.

Причинно-следственная диаграмма - это инструмент, позволяющий выявить наиболее существенные факторы (причины), влияющие на конечный результат (следствие).

Они были предложены профессором Токийского университета Каору Исикава в 1953 при анализе различных мнений инженеров. Диаграмма состоит из показателя качества, характеризующего результат, и факторных показателей. Исследуемый вопрос изображается в виде прямой горизонтальной линии, а причинные факторы, влияющие на исследуемую характеристику, - наклонными прямыми линиями (стрелками). На диаграмме причинные факторы первого порядка изображаются большими наклонными линиями, а второго, третьего и т.д. - малыми наклонными линиями.

Принцип построения диаграммы Исикавы показан на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Принцип построения диаграммы Исикавы

Этапы построения диаграммы:

1) Определите показатель качества, т.е. тот результат, который вы хотели бы достичь.

2) Напишите выбранный показатель качества в середине правого края чистого листа бумаги. Слева направо проведите прямую линию («хребет»), а записанный показатель заключите в прямоугольник. Далее напишите главные причины, которые влияют на показатель качества, заключите их в прямоугольники и соедините с «хребтом» стрелками в виде «больших костей хребта» (главных причин).

3) Напишите (вторичные) причины, влияющие на главные причины («большие кости») и расположите их в виде «средних костей», примыкающих к «большим» Напишите причины третичного порядка, которые влияют на вторичные причины, и расположите их в виде «мелких костей», примыкающих к «средним».

) Проранжируйте причины (факторы) по их значимости и выделите особо важные, которые предположительно оказывают наибольшее влияние на показатель качества.

) Нанесите на диаграмму всю необходимую информацию: её название; наименование изделия, процесса или группы процессов; имена участников процесса; дату и т. д.

Для облегчения построения причинно-следственной диаграммы следует начинать с определения основных причин, а затем переходить к более детальному построению причинно-следственной диаграммы. В обоих случаях необходимо обеспечить наиболее возможное число причин.

Для поиска причин проведите в случае необходимости активное обсуждение. Эффективным методом, применяемым в таком случае, будет «мозговой штурм», придуманный в США А.Ф.Осборном.[6]

Установите важность каждой причины на основе объективных значений или данных. Анализ факторов с помощью собственного опыта или знаний возможен, но устанавливать их важность только на основе субъективных представлений или впечатлений опасно. Объективное установление важности факторов с помощью данных - более научный и логический подход.

Пытайтесь постоянно совершенствовать причинно-следственную диаграмму.[14]

На основе результатов анализа диаграммы вырабатываются соответствующие корректирующие (управляющие) воздействия. Причинно-следственную диаграмму можно применять в любых организациях, начиная от производства и кончая сферой обслуживания. Диаграмма в учебном процессе помогает наглядно представить причины конкретной проблемы или результата. Выявление и устранение негативного воздействия причин будет способствовать повышению качества [6].

Построим причинно-следственную диаграмму для показателей качества подготовки инженера по специальности 200503 (рисунок 1.2).

Составляя диаграмму Исикавы, я выделила следующие факторы, оказывающие, по-моему, наибольшее влияние на качество подготовки инженера по специальности 200503: студент (его личные качества, желание учиться), преподаватель (квалификация, увлечённость профессией, здоровье), метод обучения, объём знаний, материально-техническое и информационное обеспечение.

Таким образом, если студент имеет желание учиться, трудолюбив, неленив, если в университете преподаватели высокой квалификации и подобраны хорошие учебные приёмы, а также хороший контроль знаний и контроль посещаемости, если хорошее и современное материально-техническое и информационное обеспечение, применяются компьютеры в обучении и нет нехватки в учебно-методической литературе, то это способствует повышению качества подготовки инженера по специальности 200503.

диаграмма исикава парето корреляционный дисперсионный

Рисунок 1.2 - Причинно-следственная диаграмма качества подготовки инженера по специальности 200503

2. Научная организация учебного труда студента

Научная организация труда (НОТ) студента вуза - это система научно обоснованных мероприятий, направленных на непрерывное, систематическое исследование и оптимизацию организации учебного труда и его условий в целях обеспечения наибольшей эффективности обучения при рациональном использовании времени, сил и средств в интересах всестороннего развития личности.

Связь профессиональной подготовки будущих специалистов и научная организация образовательной деятельности студентов должна осуществляться по следующим направлениям:

. Создание благоприятных условий умственного труда и отдыха, т.е. оптимальный для конкретных условий режим труда и отдыха студента.

. Рационализация приемов и методов самообразования, сокращение энергозатрат в процессе обучения за счет формирования навыков и умений планирования самообразования; ориентировки в научной и учебной информации; рационального и правильного слушания и записи лекций; навыков и умений работы с книгой, библиографическими пособиями, ресурсами интернет.

. Организация активного отдыха, физкультурно-спортивных и оздоровительных внеучебных мероприятий, что повысит уровень общей дееспособности и специфической работоспособности человека.

. Развитие творческой инициативы и дисциплины.

Понятие «индивидуальный фонд времени» позволяет описать «производительные» и «непроизводительные» траты времени каждого человека. Ниже приводится схема, отображающая индивидуальный фонд времени:

Рисунок 2.1 - Индивидуальный фонд времени

Хороший менеджер, для того чтобы эффективно управлять своими подчиненными, должен иметь достаточно полное представление об индивидуальном фонде времени каждого сотрудника, в особенности - о реальной картине его рабочего времени.

Индивидуальный фонд времени состоит из рабочего и внерабочего времени. Рабочее время можно поделить на фактическое время работы; регламентированные (плановые, нормальные) перерывы в работе; нерегламентированные (случайные) перерывы в работе. Понятно, что любой управленец заинтересован в сокращении прежде всего нерегламентированных перерывов в работе, которые могут случаться как по вине сотрудника, так и по вине внутренних организационных обстоятельств либо из-за вмешательства каких-либо помех из внешней среды.

Внерабочее время условно может быть поделено на четыре подвида:

) связанное с работой - дорога до места работы; подготовка к работе (включая подготовку инструментов, оборудования, места работы и т. п.); доделывание или переделывание ранее завершенной работы;

) домашний труд - уборка квартиры; покупки; ремонт (плановый, либо неплановый); забота, уход, воспитание о беспомощных членах семьи (дети, старики, больные), включая, например, приготовление пищи; прочие разовые виды работ, например, вскапывание огорода на дачном участке и др.;

) самообслуживание - уход за собой (личная гигиена, оформление внешности и т. п.); питание; пассивный отдых (в том числе сон);

) свободное время - общение с родственниками и друзьями, все виды активного отдыха, а также разного рода непрофессиональные занятия для души.

Чтобы отобразить примерное соотношение рабочего и внерабочего времени, в социологии труда используется так называемая структурная схема индивидуального фонда времени (см. рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Схема индивидуального фонда времени

При рассмотрении структуры индивидуального фонда времени важно обратить внимание на то, что все время жизни можно поделить на время труда, то есть расходования умственных и физических сил, и на время отдыха, то есть восстановления умственных и физических сил. Представленные на схеме пропорции (размеры секторов круга) также условны, поскольку они могут очень сильно варьировать у представителей различных социальных групп.

Время труда, как правило, складывается из рабочего времени, из внерабочего времени, связанного с работой, и частично из временидомашнего труда. Время отдыха преимущественно складывается из свободного времени и времени самообслуживания. Отчасти некоторые виды домашнего труда могут быть отнесены к отдыху. Следует также отметить, что в некоторых случаях бывает довольно сложно выделить время труда и время отдыха в чистом виде. Сложность заключается в том, что разные виды деятельности имеют для различных людей различную субъективную ценность. То, что для одного человека является тяжелым трудом, для другого может оказаться настоящим качественным отдыхом.[9]

В данной курсовой работе необходимо оценить личный бюджет времени с учётом рекомендаций по научной организации учебного труда студента.

Общее время (количество часов в неделе): 7*24=168 часов (10080 минут).

1. Учёба.

Учебное время (аудиторские занятия): ≈21,5 часов.

Регламентированные перерывы: ≈1,5 часа.

Самостоятельная работа: ≈16 часов.

2. Внеучебное время.

2.1 Связанное с учёбой.

Подготовка: ≈1час.

Дорога: ≈3 часа.

2.2 Домашний труд.

Покупки: ≈4,5 часа.

Уборка квартиры: ≈3 часа.

2.3 Самообслуживание.

Пассивный отдых (сон): ≈60 часов.

Питание: ≈7 часов.

Уход за собой: ≈7часов.

2.4 Свободное время.

Общение: ≈14 часов.

Активный отдых (спорт): ≈5 часов.

Пассивный отдых (телевизор, чтение, компьютер): ≈14 часов.

Прогулка: 4 часа.

Прочее (например поход в гости, кино, театр, выезд на природу и т. д.): 6,5часов.

По полученным данным построим диаграмму Парето.

Рисунок 2.3 - Диаграмма Парето по личному бюджету времени

Данная диаграмма показывает, что больше всего времени затрачивается на самообслуживание (74 часа или 44%). Это естественно, т.к. на один только сон уходит 60 часов. Затем идёт учебное время (39 часов или 23,2%). Немного меньше времени затрачивается на свободное время (37 часов или 22%). Меньше всего приходится на домашний труд (7,5 часов или 4,5%), прочее (6,5 часов или 3,8%) и связанное с учёбой время (4 часа или 2,4%).

Таким образом, не выполняется рекомендуемая недельная учебная нагрузка - 46 часов. Моя недельная нагрузка составляет всего 39 часов.

Теперь перечислю помехи («воры времени»), которые вызывают у меня непродуктивные потери времени:

- плохое планирование дня;

- недостаток мотивации, лень;

- случайные телефонные звонки;

- незапланированные посетители;

- запоздалая информация;

- не всегда хорошая самодисциплина;

- отвлечение;

- привычка откладывать дела на потом;

- спешка и чрезмерная суетливость;

- неусидчивость.

. Гистограммы

Для наглядного представления тенденции изменения наблюдаемых значений применяют графическое изображение статистического материала. Наиболее распространенными графиками, к которым прибегают при анализе распределения случайной величины, являются полигон, гистограмма и кумулятивная кривая. Однако когда говорят о втором инструменте контроля качества, то упоминают только гистограмму, как наиболее часто применяемое на практике графическое изображение распределения.

Гистограмма - это инструмент, позволяющий зрительно оценить закон распределения величины разброса данных, а также принять решение о том, на чем следует сфокусировать внимание для целей улучшения процесса.

Гистограмма отображается серией столбиков одинаковой ширины, но разной высоты. Ширина столбика представляет интервал в диапазоне наблюдений, высота - количество наблюдений (измерений), попавших в данный интервал. При нормальном законе распределения данных существует тенденция расположения большинства результатов наблюдений ближе к центру распределения (к центральному значению) с постепенным уменьшением при удалении от центра.[6]

Гистограмма применяется главным образом для анализа значений измеренных параметров, но может использоваться и для расчетных значений. Благодаря простоте и наглядности гистограммы нашли применение в различных областях:

для анализа сроков получения заказа (за контрольный норматив принимается срок поставки согласно договору);

для анализа времени реагирования группы обслуживания от момента получения заявки от клиента, времени обработки рекламации от момента ее получения и т.д.;

для анализа значений показателей качества, таких как размеры, масса, механические характеристики, химический состав, выход продукции и т.д. при контроле готовой продукции, при приемочном контроле, при контроле процесса в самых разных сферах деятельности;

для анализа чистого времени операций, времени износа режущей поверхности и т.д.;

для анализа числа бракованных изделий, числа дефектов, числа поломок и т.д.[17]

Распределение единиц совокупности на группы по количественному признаку, по степени возрастания или убывания числового значения признака называется вариационным рядом. Составными элементами каждого вариационного ряда являются два ряда чисел: ряд вариантов и ряд частот или частостей.

Варианты - отдельные числовые значения варьирующего признака.

Частоты - абсолютные числа, показывающие, сколько раз встречается та или иная варианта в данной совокупности. Частоты, выраженные в долях единицы или в процентах к итогу, называются частостями.

Вариационный ряд графически обычно изображается при помощи гистограммы распределения или полигона распределения.[7]

Полигоном частот называется ломаная, состоящая из отрезков прямых, соединяющих последовательно точки (хi, ni) или (хi, wi), i = 1, 2,…, m.

Для иллюстрации рядов распределения используются также кумуляты и огивы. Для построения кумуляты на оси абсцисс отмечаются значения признака (концы интервалов), а на оси ординат - отрезки, длины которых пропорциональны накопленным частотам или частостям. А для построения огивы на оси абсцисс отмечаются частоты или частости, а на оси ординат - значения признака.

Определение числа интервалов на гистограмме часто осуществляют по формуле Старджесса:

, (3.1)

где n - число наблюдений, а величина интервала:

, (3.2)

где (xmax - xmin) - разность между наибольшим и наименьшим значениями признака.

Следующий после группировки этап обработки данных наблюдений представляет собой расчет статистических характеристик:

1) средняя арифметическая: , (3.3)

где xi - варианты дискретного ряда или середины интервалов;

) медианой () называется серединная варианта упорядоченного вариационного ряда, расположенного в возрастающем или убывающем порядке. Она является центральным членом и делит вариационный ряд пополам в тех случаях, если этот ряд нечетный;

) мода () - вариант, которому соответствует наибольшая частота, т.е. значение во множестве наблюдений, встречающееся наиболее часто;[15]

4) вариационный размах - разность между наибольшей и наименьшей вариантой:

 (3.4)

) дисперсия: ; (3.5)

) среднее квадратическое отклонение: ; (3.6)

) коэффициент вариации: ; (3.7)

) начальный момент k-го порядка: ; (3.8)

) центральный момент k-го порядка: ; (3.9)

) асимметрия: ; (3.10)

) эксцесс: . (3.11)

Таблица 3.1 - Исходные данные

Расчётная часть.

) Рассмотрим ТС-2010, русский, нечётные.

Количество наблюдений n=541, максимальное и минимальное значения:

xmax =94; xmin =36. Количество интервалов:

Длина интервалов: .

Таблица 3.2 - Описательные статистики результатов измерений

В этой таблице:

MEAN - выборочное среднее;

MEDIAN - медиана выборки. Значение, которое разбивает выборку на две равные части. Половина наблюдений лежит ниже медианы, и половина наблюдений лежит выше медианы (если наблюдения отсортированы по возрастанию);

SD - среднеквадратическое отклонение;

VALID_N - количество наблюдений (оббьем выборки);

SUM - сумма всех результатов наблюдений;

MIN - минимальное наблюдение в выборке;

MAX - максимальное наблюдение в выборке;

_25th% - значение, ниже которого располагается 25% выборочных данных (если наблюдения отсортированы по возрастанию);

_75th% - значение, ниже которого располагается 75% выборочных данных (если наблюдения отсортированы по возрастанию).

Таблица 3.3− Результаты вычисления описательных статистик

Таблица 3.4− Результаты группировки

В этой таблице:

Count - количество значений, попавших в данный интервал;

Cumulative Count - количество значений с накоплением;

Percent of Valid - процент попавших в интервал значений;

Cumul % of Valid - процент попавших в интервал значений с накоплением;

% of all Cases - процент значений, попавших в интервал от общего количества;

Cumulative % of All - процент значений, попавших в интервал от общего количества с накоплением;

Expected Count - ожидаемое количество значений, попавших в интервал;

Cumulative Expected - ожидаемое количество значений, попавших в интервал с накоплением;

Percent Expected - ожидаемый процент попавших в интервал значений;

Cumulative % Expected - ожидаемый процент попавших в интервал значений с накоплением.

Рисунок 3.1- Гистограмма распределения результатов измерений

Из гистограммы видно, что малая часть учащихся -246человек (меньше половины) набрали баллы по ЕГЭ по русскому языку в интервале от 60 до 70, т.е. показали средний уровень подготовки.

Вычислим статистические характеристики качества процесса:

Медиана: =65

Мода : =67

Вариационный размах:

Дисперсия:

С.К.О.:

Коэффициент вариации:

Рисунок 3.2 - Кумулята

Коэффициент вариации не высок (<50%), следовательно значения признака близки к однородности.

Проверка нормальности распределения

Необходимо провести проверку соответствия распределения результатов измерения контролируемого параметра нормальному закону распределения.

В этой таблице:

1 Observed Frequency - частота наблюдений, попавших в интервал;

Cumulative Frequency - частота наблюдений, попавших в интервал с накоплением;

Percent Observed - процент наблюдений, попавших в интервал;

Cumul. % Observed - процент наблюдений, попавших в интервал с накоплением;

Expected Frequency - предсказанная частота наблюдений, попавших в интервал в соответствии с нормальным законом распределения;

Таблица 3.5 - Результаты аппроксимации распределения

6 Cumulative Expected - предсказанная частота наблюдений, попавших в интервал с накоплением, в соответствии с нормальным законом распределения;

Percent Expected - предсказанный процент наблюдений, попавших в интервал в соответствии с нормальным законом распределения;

Cumul. % Expected - предсказанный процент наблюдений, попавших в интервал с накоплением, в соответствии с нормальным законом распределения;

Observed- Expected - разность между частотой наблюдений, попавших в интервал и предсказанной частотой наблюдений, в соответствии с нормальным законом распределения.

Рисунок 3.3 - Графические результаты аппроксимации распределения

) Рассмотрим специальность 210106, русский.

Таблица 3.6- Исходные данные

Количество наблюдений n=35, максимальное и минимальное значения:

xmax =76; xmin =36. Количество интервалов:

Длина интервалов: .

Таблица 3.7 - Описательные статистики результатов измерений

В этой таблице:

MEAN - выборочное среднее;

MEDIAN - медиана выборки. Значение, которое разбивает выборку на две равные части. Половина наблюдений лежит ниже медианы, и половина наблюдений лежит выше медианы (если наблюдения отсортированы по возрастанию);

SD - среднеквадратическое отклонение;

VALID_N - количество наблюдений (оббьем выборки);

SUM - сумма всех результатов наблюдений;

MIN - минимальное наблюдение в выборке;

MAX - максимальное наблюдение в выборке;

_25th% - значение, ниже которого располагается 25% выборочных данных (если наблюдения отсортированы по возрастанию);

_75th% - значение, ниже которого располагается 75% выборочных данных (если наблюдения отсортированы по возрастанию).

Таблица 3.8− Результаты вычисления описательных статистик

Таблица 3.9− Результаты группировки

Рисунок 3.4 - Гистограмма распределения результатов измерений

В этой таблице:

Count - количество значений, попавших в данный интервал;

Cumulative Count - количество значений с накоплением;

Percent of Valid - процент попавших в интервал значений;

Cumul % of Valid - процент попавших в интервал значений с накоплением;

% of all Cases - процент значений, попавших в интервал от общего количества;

Cumulative % of All - процент значений, попавших в интервал от общего количества с накоплением;

Expected Count - ожидаемое количество значений, попавших в интервал;

Cumulative Expected - ожидаемое количество значений, попавших в интервал с накоплением;

Percent Expected - ожидаемый процент попавших в интервал значений;

Cumulative % Expected - ожидаемый процент попавших в интервал значений с накоплением.

Из гистограммы видно, что большая часть учащихся -22 человека (больше половины) набрали баллы по ЕГЭ по русскому языку в интервале от 60 до 70, т.е. показали средний уровень подготовки.

Рисунок 3.5 - Кумулята

Вычислим статистические характеристики качества процесса:

Медиана: =64

Мода : =64

Вариационный размах:

Дисперсия:

С.К.О.:

Коэффициент вариации:

Коэффициент вариации не высок (<50%), следовательно значения признака близки к однородности.

Проверка нормальности распределения

Необходимо провести проверку соответствия распределения результатов измерения контролируемого параметра нормальному закону распределения.

В этой таблице:

Observed Frequency - частота наблюдений, попавших в интервал;

Cumulative Frequency - частота наблюдений, попавших в интервал с накоплением;

Percent Observed - процент наблюдений, попавших в интервал;

Cumul. % Observed - процент наблюдений, попавших в интервал с накоплением;

Expected Frequency - предсказанная частота наблюдений, попавших в интервал в соответствии с нормальным законом распределения;

Cumulative Expected - предсказанная частота наблюдений, попавших в интервал с накоплением, в соответствии с нормальным законом распределения;

7 Percent Expected - предсказанный процент наблюдений, попавших в интервал в соответствии с нормальным законом распределения;Таблица 3.10 - Результаты аппроксимации распределения

Cumul. % Expected - предсказанный процент наблюдений, попавших в интервал с накоплением, в соответствии с нормальным законом распределения;

Observed- Expected - разность между частотой наблюдений, попавших в интервал и предсказанной частотой наблюдений, в соответствии с нормальным законом распределения.

Рисунок 3.6 - Графические результаты аппроксимации распределения

) Сравнение и анализ полученных результатов.

По результатам расчета и построенным гистограммам видно, что большинство абитуриентов 2010 года показало средний уровень подготовки, т.е. набрали 60-70 баллов. Из гистограмм видно, что распределение результатов достаточно близко к нормальному.

Таким образом, сравнивая баллы по русскому языку у всего потока ТС-2010 (нечётные номера) и у специальности 210106 можно сказать, что специальность 210106 показала более высокий результат, т.к. больше половины её студентов набрали от 60 до 70 баллов.

4. Диаграмма Парето

Диаграмма Парето - это разновидность столбчатой диаграммы, применяемой для наглядного отображения рассматриваемых факторов в порядке уменьшения их значимости. Диаграмма Парето является наглядным изображением информации, чтобы из многочисленных факторов, оказывающих влияние, выбрать те факторы, которые имеют наибольшее значение.

В повседневной деятельности по контролю и управлению качеством постоянно возникают всевозможные проблемы, связанные, например, с появлением брака, неполадками оборудования, увеличением времени от выпуска партии изделий до её сбыта, наличием на складе нереализованной продукции, поступлением рекламаций.

Диаграмма Парето позволяет распределить усилия для разрешения возникающих проблем и установить основные факторы, с которых нужно начинать действовать с целью преодоления возникающих проблем. Различают два вида диаграмм Парето.

. Диаграмма Парето по результатам деятельности.

Эта диаграмма предназначена для выявления главной проблемы и отражает следующие нежелательные результаты деятельности:

качество: дефекты, поломки, ошибки, отказы, рекламации, ремонты, возвраты продукции;

себестоимость: объём потерь, затраты;

сроки поставок: нехватка запасов, ошибки в составлении счётов, срыв сроков поставок;

безопасность: несчастные случаи, трагические ошибки, аварии.

. Диаграмма Парето по причинам.

Эта диаграмма отражает причины проблем, возникающих в ходе производства, и используется для выявления главной из них:

исполнитель работы: смена, бригада, возраст, опыт работы,

квалификация, индивидуальные характеристики;

оборудование: станки, агрегаты, инструменты, оснастка, организация использования, модели, штампы;

сырьё: изготовитель, вид сырья, завод-поставщик, партия;

метод работы: условия производства, заказы-наряды, приёмы работы, последовательность операций;

измерения: точность (указаний, чтения, приборная), верность и повторяемость (умение дать одинаковое указание в последующих измерениях одного и того же значения), стабильность ( повторяемость в течение длительного периода), совместная точность, т.е. вместе с приборной точностью и тарированием прибора, тип измерительного прибора (аналоговый или цифровой).[6]

Количественная характеристика свойств продукции, составляющих ее качество, называется показателем качества продукции. В настоящее время признана классификация следующих десяти групп свойств и соответственно показателей: назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, эргономические, эстетические, транспортабельности, патентно-правовые, экологические, безопасности.

Показатели назначения характеризуют основную функциональную величину полезного эффекта от эксплуатации изделия. Для продукции производственно-технического назначения таким показателем может служить ее производительность.

Показатели надежности характеризуют свойства объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров и требуемых функций. Надежность объекта включает четыре показателя: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность - это свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до разрушения или другого предельного состояния.

Ремонтопригодность - это свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - это способность объекта сохранять свои свойства в определенных условиях.

Показатели технологичности характеризуют эффективность конструкторско-технологических решений для обеспечения высокой производительности труда при изготовлении и ремонте изделий. Именно с помощью технологичности обеспечивается массовость выпуска продукции, рациональное распределение затрат материалов, средств, труда и времени при технологической подготовке производства, изготовлении и эксплуатации изделий.

Показатели стандартизации и унификации характеризуют насыщенность продукции стандартными, унифицированными и оригинальными составными частями, а также уровень унификации по сравнению с другими изделиями. Все детали изделия делятся на стандартные, унифицированные и оригинальные. Чем больше стандартных и унифицированных деталей в изделии, тем лучше как для производителя, так и для ее потребителя.

Эргономические показатели отражают удобство эксплуатации изделия человеком.

Эстетические показатели характеризуют композиционное совершенство изделия. Это рациональность формы, сочетание цветов, стабильность товарного вида изделия, стиль и т.д.

Показатели транспортабельности выражают приспособленность изделия для транспортировки различным транспортом без нарушения его свойств.

Патентно-правовые показатели характеризуют патентную защиту и патентную чистоту продукции и являются существенным фактором при определении конкурентоспособности.

Экологические показатели отражают степень влияния вредных воздействий на окружающую среду, которые возникают при хранении, эксплуатации или потреблении продукции, например, содержание вредных примесей, вероятность выбросов вредных частиц, газов, излучений при хранении, транспортировании и эксплуатации продукции.

Показатели безопасности определяют степень безопасности эксплуатации и хранения изделий, т.е. обеспечивают безопасность при монтаже, обслуживании, ремонте, хранении, транспортировании, потреблении продукции.[18]

Построение диаграммы Парето начинают с классификации возникающих проблем по отдельным факторам (например, проблемы, относящиеся к браку; проблемы, относящиеся к работе оборудования или исполнителей, и т.д.). Затем следуют сбор и анализ статистического материала по каждому фактору, чтобы выяснить, какие из этих факторов являются превалирующими при решении проблем.

В прямоугольной системе координат по оси абсцисс откладывают равные отрезки, соответствующие рассматриваемым факторам, а по оси ординат - величину их вклада в решаемую проблему. При этом порядок расположения факторов таков, что влияние каждого последующего фактора, расположенного по оси абсцисс, уменьшается по сравнению с предыдущим фактором (или группой факторов). В результате получается диаграмма, столбики которой соответствуют отдельным факторам, являющимся причинами возникновения проблемы, и высота столбиков уменьшается слева направо. Затем на основе этой диаграммы строят кумулятивную кривую.

Построение диаграммы Парето состоит из следующих этапов.

Этап 1. Сначала следует решить:

. какие проблемы необходимо исследовать (например, дефектные изделия, потери в деньгах, несчастные случаи);

. какие данные нужно собрать и как их классифицировать (например, по видам дефектов, по месту их появления, по процессам, по станкам, по рабочим, по технологическим причинам, по оборудованию, по методам измерения и применяемым измерительным средствам; нечасто встречающиеся признаки объединяют под общим заголовком «прочие»);

. определить метод и период сбора данных.

Этап 2. Разработка контрольного листка для регистрации данных с перечнем видов собираемой информации. В нем надо предусмотреть место для графической регистрации данных проверок.

Этап 3. Заполнение листка регистрации данных и подсчет итогов.

Этап 4. Разработка таблицы для проверок данных с графами для итогов по каждому проверяемому признаку в отдельности, накопленной суммы числа дефектов, процентов к общему итогу и накопленных процентов.

Этап 5. Расположение данных, полученных по каждому проверяемому признаку, в порядке значимости и заполнение таблицы.

Группу «прочие» следует размещать в последней строке независимо от ее числовых значений, поскольку ее составляет совокупность признаков, числовой результат по каждому из которых меньше, чем самое маленькое значение, полученное для признака, выделенного в отдельную строку.

Этап 6. Нанесение горизонтальной и вертикальной осей.

Вертикальная ось содержит проценты, а горизонтальная - интервалы в соответствии с числом контролируемых признаков.

Горизонтальную ось разбивают на интервалы в соответствии с количеством контролируемых признаков.

Этап 7. Построение столбиковой диаграммы.

Этап 8. Проведение на диаграмме кумулятивной кривой (кривой Парето).

Этап 9. Нанесение на диаграмму всех обозначений и надписей, касающихся диаграммы (название, разметка числовых значений на осях, наименование контролируемого изделия, имя составителя диаграммы), и данных (период сбора информации, объект исследования и место его проведения, общее число объектов контроля).[13]

В отношении построения и использования диаграммы Парето можно порекомендовать следующее:

желательно использовать разные классификации и составлять много диаграмм Парето. Суть проблемы можно уловить, наблюдая явление с разных точек зрения, поэтому важно опробовать различные пути классификации данных, пока не будут определены немногочисленные существенно важные факторы, что, собственно, и является целью анализа Парето;

группа факторов «прочие» не должна составлять большой процент. Большой процент этой группы указывает на то, что объекты наблюдения классифицированы неправильно и слишком много объектов попало в одну группу, а значит, следует использовать другой принцип классификации;

если данные можно представить в денежном выражении, лучше всего показать это на вертикальных осях диаграммы Парето. Если существующую проблему нельзя оценить в денежном выражении, само исследование может оказаться неэффективным, поскольку затраты - важный критерий измерений в управлении;

если нежелательный фактор можно устранить с помощью простого решения, это надо сделать незамедлительно, каким бы незначительным он ни был. Поскольку диаграмма Парето расценивается как эффективное средство решения проблем, следует рассматривать только немногочисленные существенно важные причины. Однако устранение относительно неважной причины простым путем может послужить примером эффективного решения проблемы, а приобретенный опыт, информация и моральное удовлетворение - оказать благотворное воздействие на дальнейшую процедуру решения проблем;

не следует упускать возможности составить диаграмму Парето по причинам.[6]

В данной курсовой работе необходимо построить диаграмму Парето и дать рекомендации на примере детали, изготовленной из сплава ВТ18.

Сплав ВТ18 системы Ti-Al-Zr-Mo-Nb-Si - титановый, деформируемый сплав - относится к высокопрочным псевдо а-сплавам. Большое содержание алюминия и циркония обеспечивает высокое сопротивление ползучести и высокую длительную прочность до температур 550 - 600°С. Это один из наиболее жаропрочных титановых сплавов. Пластические свойства и технологичность при обработке давлением у сплава ВТ 18 ниже, чем у сплавов типа ОТ4. Поэтому он предназначен в основном для производства прутков, поковок и штамповок.

Оптимальное сочетание свойств сплава обеспечивает отжиг при температурах 900 - 950 °С, выдержка 1 - 4 ч, охлаждение на воздухе. Помимо этого применяют двойной отжиг: при 900 - 980 °С 1 - 4 ч + при 550 - 680 °С 2 - 8 ч, что позволяет получить более высокое сопротивление разрыву сплава при 600 °С (770 МПа вместо 670 МПа).

Сплав ВТ 18 рекомендуется для деталей, работающих длительно (до 500 ч) при 550 - 600 °С и кратковременно (детали разового действия) - до 800 °С.[19]

Сплавы с а-структурой обладают отличной свариваемостью. Прочность сварного шва составляет 90% прочности основного сплава. Обрабатываемость резанием удовлетворительная.[3]

В соответствии с ОСТ1 90013-81 «Сплавы титановые. Марки» в сплаве марки BT18 суммарное содержание молибдена и ниобия должно находиться в пределах 0,9-2,1%. [7]

Недостатки деформируемых сплавов: неупрочняемость термической обработкой, низкая технологическая пластичность, склонность к водородной хрупкости. Псевдо а-сплавы, сохраняя достоинства а-сплавов, благодаря наличию β-фазы (1-5%) , обладают высокой технологической пластичностью. [3]

Для построения диаграммы Парето проанализируем дефекты, наиболее часто встречающиеся в данном сплаве, и причины, приводящие к ним.

Наиболее распространёнными дефектами данного сплава являются поры и холодные трещины (1 и 2 дефекты).[4] Рассмотрим причины, вследствие которых появляются эти дефекты.

Поры в сварных соединениях чаще всего располагаются в виде цепочки по зоне сплавления. Они снижают статическую и динамическую прочность соединений. Образование пор может быть связано с попаданием водорода в шов вместе с адсорбированной влагой на присадочной проволоке, флюсе, кромках свариваемых изделий или из атмосферы при нарушении защиты. Причины образования пор: масло, краска, окалина, ржавчина, всякие другие загрязнения. Причиной может быть и использование сырых непросушенных электродов. Это же относится и к сырым флюсам и к примесям в защитных газах. Излишне большая скорость сварки нарушает газовую защиту сварочной ванны, что тоже ведет к появлению пор. Поры появляются и при неверном выборе сварочной проволоки, особенно в том случае, если сварка осуществляется в углекислом газе. Для получения беспористых швов необходимо обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов, сварку выполнять на оптимальных режимах с соблюдением всех требований технологических процессов.

Холодные трещины возникают в результате повышенного содержания водорода в сварном соединении в сочетании с растягивающими напряжениями первого рода (остаточными сварочными и от внешней нагрузки). Трещины такого типа могут возникнуть сразу же после сварки, а также после вылеживания сварных изделий до нескольких лет (процесс замедленного разрушения).

Радикальными мерами борьбы с холодными трещинами являются:

а) снижение газов в основном и присадочном металле: Н2<0,008%, О2<0,1-0,12%; N2<0,04%;

б) соблюдение технологии сварки для предотвращения попадания паров воды и вредных газов в зону сварки;

в) снятие остаточных сварочных напряжений;

г) предотвращение возможности наводороживания сварных соединений при эксплуатации.[4]

Следующим дефектом сплава можно назвать склонность к водородной хрупкости (3 дефект). Водород мало растворим в а-фазе и присутствует в

структуре в виде гидридной фазы, снижающей пластичность, особенно при медленном нагружении, и вязкость сплавов. Допустимое содержание водорода находится в пределах 0,01-0,005% .[2]

Если перед сваркой с поверхности титана не убрали газонасыщенную плёнку, то на поверхности может остаться альфированный слой (4 дефект ). Сохранение такого слоя недопустимо, так как переход газов из слоя в шов вызывает его охрупчивание.

Так как титан имеет низкую теплопроводность, при сварке может произойти перегрев шва и околошовной зоны (5 дефект). Устранить это можно применением оптимальных режимов сварки, которые выражаются в снижении погонной энергии.[4]

Сначала построим диаграмму Парето по дефектам.

Таблица 4.1 - Исходные данные

Рисунок 4.1 - Диаграмма Парето по дефектам

Данная диаграмма показывает, что наибольшую группу составляет дефект 1- поры - 45%. Следовательно, устранение причин появления данного вида дефектов позволит существенно снизить долю бракованных изделий.

Следующий этап анализа - построение диаграммы Парето по причинам, оказывающим влияние на дефект 1.

Таблица 4.2 - Исходные данные

Рисунок 4.2 - Диаграмма Парето по причинам

Данная диаграмма показывает, что наибольшую группу составляют причины 1,2,3 и 4, т.е. различные виды загрязнения. Следуя рекомендациям по устранению данного вида причин, можно снизить долю бракованных изделий.

Рисунок 4.3 - Перестроенная диаграмма Парето по дефектам

Теперь дадим рекомендации для снижения числа дефектов и затем перестроим полученные диаграммы.

Для того, чтобы уменьшить число пор в сварных соединениях необходимо:

) Обеспечить требуемую чистоту основного металла и сварочных материалов;

) Сварку выполнять на оптимальных режимах с соблюдением всех требований технологических процессов.

) Не допускать использование сырых непросушенных электродов и сырых флюсов;

) Не допускать излишне большой скорости сварки;

) Стараться правильно выбирать сварочную проволоку.

На рисунке 3 представлена перестроенная диаграмма Парето по дефектам с учетом выше указанных рекомендаций.

На рисунке 4 представлена перестроенная диаграмма Парето по причинам, влияющим на дефект 1, с учетом выше указанных рекомендаций.

Рисунок 4.4 - Перестроенная диаграмма Парето по причинам

Вывод: по перестроенным диаграммам видно, что, применяя рекомендации для снижения числа дефектов, снижается количество бракованных изделий. Но, как видно из жизненной практики, устранение одного дефекта приводит к появлению или увеличению количества других.

5. Контрольные карты

Впервые контрольные карты были предложены в 1924 году У.Шухартом (США) с намерением исключить необычную вариацию, отделяя вариации, которые обусловлены определёнными причинами, от тех, что обусловлены случайными причинами.[13] Первоначально они использовались для регистрации результатов измерений требуемых свойств продукции. Выход параметра за границы поля допуска свидетельствовал о необходимости остановки производства и проведении корректировки процесса в соответствии со знаниями специалиста, управляющего производством.

Контрольные карты - это инструмент, позволяющий отслеживать ход протекания процесса и воздействовать на него (с помощью соответствующей обратной связи), предупреждая его отклонения от предъявляемых к процессу требований.[6]

Контрольная карта состоит из центральной линии, двух контрольных пределов (над и под центральной линией) и значений характеристики (показателя качества), нанесенных на карту для представления состояния процесса.[8] Если все эти значения оказываются внутри контрольных пределов, не проявляя каких бы то ни было тенденций, то процесс рассматривается как находящийся в контролируемом состоянии. Если же, напротив, они попадут за контрольные пределы или примут какую-нибудь необычную форму, то процесс считается вышедшим из-под контроля. Примеры приведены на рисунке 4.1.

Рисунок 5.1 - Примеры контрольных карт

Находится ли процесс в контролируемом состоянии или нет, определяется по контрольной карте на основании следующих критериев.

) Выход точки за контрольные пределы.

) Серия - это проявление такого состояния, когда точки неизменно оказываются по одну сторону от средней линии; число таких точек называется длиной серии. Серия длиной в 7 точек рассматривается как ненормальная. Даже если длина серии оказывается менее 6, в ряде случаев ситуацию следует рассматривать как ненормальную, когда:

а) не менее 10 из 11 точек оказываются по одну сторону от центральной линии;

б) не менее 12 из 14 точек оказываются по одну сторону от центральной линии;

в) не менее 16 из 20 точек оказываются по одну сторону от центральной линии;

Рисунок 5.2 - Примеры серий

) Тренд (дрейф). Если точки образуют непрерывно повышающуюся или понижающуюся кривую, говорят, что имеет место тренд.

Рисунок 5.3 - Примеры тренда

) Приближение к контрольным пределам. Рассматриваются точки, которые приближаются к 3-сигмовым контрольным пределам, причём если 2 или 3 точки оказываются за 2-сигмовыми линиями, то такой случай надо рассматривать как ненормальный.

Рисунок 5.4 - Пример приближения к контрольным пределам (2 из 3 точек)

) Приближение к центральной линии. Когда большинство точек концентрируется внутри центральных полуторасигмовых линий, делящих пополам расстояние между центральной линией и каждой из контрольных линий, это обусловлено неподходящим способом разбиения на подгруппы. Приближение к центральной линии вовсе не означает, что достигнуто контролируемое состояние, напротив, это означает, что в подгруппах смешиваются данные из различных распределений, что делает размах контрольных пределов слишком широким. В таком случае надо изменить способ разбиения на подгруппы.

Рисунок 5.5 - Пример приближения к центральной линии

) Периодичность. Когда кривая повторяет структуру «то подъём, то спад» с примерно одинаковыми интервалами времени, это тоже ненормально.[13]

Рисунок 5.6 - Пример периодичности

Контрольная карта может указать на наличие потенциальных проблем до того, как начнется выпуск дефектной продукции [8].

Существует большое количество различных типов контрольных карт. В данной курсовой работе мы уделяем внимание контрольным картам средних - размахов (). Эта карта используется для анализа и управления процессами, показатели качества которых представляют собой непрерывные величины и несут наибольшее количество информации о процессе. Величина  - есть среднее арифметическое значение для подгруппы, a R - выборочный размах для той же подгруппы. Обычно R-карту используют для контроля и управления разбросом (размахом) внутри подгруппы [12].

Для построения контрольных карт используем программу Statistica.

Рассмотрим построение контрольной карты для ТС-2010 №1-100 и №400-500, физика. Расслоение сделаем по 20 группам. Необходимо построить карты средних-размахов и найти:

1) среднее значение: , (5.1)

где  - суммарное значение баллов учащихся в i-ой группе;

n -объём выборки для группы;

) размах: , (5.2)

где  - наибольшее и наименьшее значения результатов в выборке.

Далее необходимо вычислить значения, характеризующие положение каждой контрольной линии для - карты и для R-карты по следующим формулам:

а) для  - карты:

верхний контрольный предел: , (5.3)

где  (m - количество групп), (5.4)

 (5.5)

нижний контрольный предел: , (5.6)

центральная линия: ; (5.7)

б) для R-карты:

верхний контрольный предел: UCL = D4·; (5.8)

нижний контрольный предел: LCL = D3·; (5.9)

центральная линия: CL = . (5.10)

Нижний предел не рассматривается, когда n < 7. Константы А2 , D4 , D3 - коэффициенты, определяемые объемом подгрупп n.

Расчётная часть.

) Рассмотрим ТС-2010: №1-100, физика.

Таблица 5.1 - Статистика баллов учащихся №1-100

№ группы               № выборки        Среднее значение iРазмах

μ=

При n=5, d2=2,33.

σ=

Контрольные границы для -карты:

=69,57;

Контрольные границы для -карты: UCL = D4·

LCL - не определена, т.к. нижний предел не рассматривается, когда n < 7, CL=12.

Рисунок 5.7 - X-R-контрольные карты

Из анализа данной контрольной карты видно, что имеется не значительный разброс значений относительно средней линии. Три точки выходят за контрольные пределы. Это свидетельствует о том, что в 1,6 и 19 группах учащихся наблюдается разброс баллов по физике. Причиной может служить различная подготовка к экзамену учащихся. Необходимо улучшить уровень подготовки школьников. Также наблюдается серия из 9 точек, лежащих по одну сторону от средней линии. Такое состояние является ненормальным.

2) Рассмотрим ТС-2010: №400-500, физика.

Таблица 5.2 - Статистика баллов учащихся №400-500

№ группы               № выборки        Среднее значение iРазмах

μ=

При n=5, d2=2,33.

σ=

Контрольные границы для -карты:

=54,35;

Контрольные границы для -карты: UCL = D4·

LCL - не определена, т.к. нижний предел не рассматривается, когда n < 7, CL=11,1.

Рисунок 5.8 - X-R-контрольные карты

Из анализа данной контрольной карты видно, что имеется не значительный разброс значений относительно средней линии, но они не выходят за границы. Это свидетельствует о том, что баллы учащихся примерно одинаковы, т.е. примерно одинаковый их уровень подготовки.

Сравнивая построенные контрольные карты можно сказать, что во втором случае (учащиеся №400-500 ) процесс протекает намного лучше, чем в первом случае.

6. Корреляционный анализ статистических данных

Понятие корреляции и регрессии появились в середине XIX века благодаря работам английских статистиков Ф. Гальтона и К. Пирсона. Первый термин произошел от латинского «corelatio» - соотношение, взаимосвязь. Второй термин от латинского «regression» - движение назад, введён Ф. Гальтоном. Статистические связи между переменными можно изучать методом корреляционного и регрессионного анализа. Основной задачей корреляционного анализа является выявление связей между случайными переменными и оценка её тесноты.

В статистических исследованиях для исследования зависимости между двумя видами данных (например, для анализа зависимости суммы выручки от числа обращений к продавцу; расхода сырья на единицу готовой продукции от степени чистоты сырья (стандарты на сырье); выхода реакции от температуры реакции; толщины плакировки от плотности тока; сопротивления удару от давления, при котором производилась обработка, и т. д.) применяется диаграмма разброса.[10]

Диаграмма разброса, так же как и метод расслоения, используется для выявления причинно-следственных связей показателей качества и влияющих факторов при анализе причинно-следственной диаграммы.

Диаграмма разброса строится как график зависимости между двумя параметрами. Если на этом графике провести линию медианы. То он позволяет легко определить имеется ли между этими двумя параметрами корреляционная зависимость. [5]

Построение диаграммы разброса выполняется в следующей последовательности.

1. Соберите парные данные (х, у), между которыми вы хотите исследовать зависимость, и расположите их в таблицу. Было бы хорошо иметь по меньшей мере 30 пар данных.

. Найдите максимальные и минимальные значения для х и у . Выберите шкалы на горизонтальной и вертикальной осях так, чтобы обе длины рабочих частей осей х и у получились приблизительно одинаковыми (чтобы они уместились на экране компьютера или на стандартном листе бумаги), тогда диаграмму будет легче читать. При определении масштабов возьмите на каждой оси от 3 до 10 градационных делений и при обозначении этих делений используйте (для облегчения чтения) круглые числа. Если одна переменная - фактор, а вторая - характеристика качества, то выберите для фактора горизонтальную ось х, а для характеристики качества - вертикальную ось у.

3. На экране компьютера (на отдельном листе бумаги) начертите график и нанесите на него данные. Если в разных наблюдениях получаются одинаковые значения, покажите эти точки, либо рисуя концентрические кружки, либо нанося вторую точку рядом с первой.

. Нанесите на диаграмму все необходимые обозначения, например:

а) название диаграммы;

б) интервал времени сбора данных;

в) число пар данных;

г) названия и единицы измерения для каждой оси;

д) дата составления диаграммы;

е) имя (и прочие данные) человека, который составлял эту диаграмму.

Убедитесь, что перечисленные выше данные, отраженные на диаграмме, понятны любому человеку, а не только тому, кто строил диаграмму.

Типичные виды диаграмм разброса (рассеивания) приведены на рис. 5.1.

Рис. 6.1. Типичные виды диаграмм разброса (рассеивания):

а - сильная положительная корреляция;

б - сильная отрицательная корреляция;

в - слабая положительная корреляция;

г - слабая отрицательная корреляция;

д - криволинейная корреляция;

е - отсутствие корреляции.[14]

В случае прямолинейной корреляции на практике можно применять более простой метод оценки степени корреляционной связи - метод медиан, особенно удобный при исследовании технологического процесса с использованием данных, полученных на рабочем месте. Рассмотрим действие этого метода.

1. На диаграмме разброса проводятся вертикальная и горизонтальная линии медиан. Выше и ниже горизонтальной медианы, справа и слева от вертикальной медианы будет равное число точек. Если число точек окажется нечётным, следует провести линию через центральную точку.

2. В каждом из четырёх квадратов, получившихся в результате разделения диаграммы разброса вертикальной и горизонтальной медианами, подсчитывают число точек и обозначают их n1, n2, n3, n4 соответственно. Точки, через которые прошла медиана, не учитывают.

. Отдельно складывают точки в положительных и точки в отрицательных квадратах по формулам:

 (6.1)

 (6.2)

 (6.3)

4. Для определения наличия и степени корреляции по методу медианы используются специальная таблица (приложение Г) кодовых значений, соответствующих различным k при двух значениях коэффициента риска α (0.01 и 0.05). Если меньше из чисел  или  оказывается равным или меньше табличного кодового значения, то корреляционная зависимость имеет место. При  >  существует прямая корреляция; при  <  - обратная.[6]

Для установления формы зависимости между переменными используют уравнения в виде:

yx = b0 + b1x (6.4)

Коэффициент b1 - выборочный коэффициент регрессии Y по X (будем обозначать символом byx). Этот коэффициент показывает, на сколько единиц в среднем изменяется переменная Y при увеличении переменной X на одну единицу.

, (6.5)

где  - выборочная ковариация;

 (6.6)

где (n - число пар), (6.7)

, (6.8)

 (6.9)

Sx2 - выборочная дисперсия переменной x:

 (6.10)

где  (6.11)

 (6.12)

Тогда уравнение регрессии Y и X:

 (6.13)

а уравнение регрессии X и Y:

 (6.14)

где bxy - выборочный коэффициент регрессии X по Y, показывающий на сколько единиц в среднем изменяется переменная X при увеличении переменной Y на одну единицу:

 (6.15)

Sy2 - выборочная дисперсия переменной x:

 (6.16)

где  (6.17)

 (6.18)

Для оценки тесноты корреляционной зависимости используется

 (6.19)

Т.е. коэффициент корреляции r переменных X и Y есть средняя геометрическая коэффициентов регрессии, имеющая их знак. В зависимости от того, насколько |r| приближается к 1, различают связь слабую, умеренную, заметную, достаточно тесную, тесную и весьма тесную. При r = 0 корреляционная связь отсутствует.[12]

В данной курсовой работе необходимо сделать корреляционный анализ статистических данных ТС-2010, № 400-450, математика и физика.

Таблица 6.1 - Исходные данные

Расчётная часть.

1) Рассмотрим ТС-2010, № 400-450, математика и физика.

Количество наблюдений n=51.

Min (X;Y)=(52;45)

Max (X;Y)=(71;70)

) Построим диаграмму разброса.

Рисунок 6.2 - Диаграмма разброса

Некоторые точки повторяются: (66;46) - 2 раза; (56;55) - 3 раза; (60;49) - 3 раза; (60;57) - 2 раза; (60;54) -2 раза; (56;56) - 3 раза; (52;63) - 2 раза; (52;62) - 2 раза; (63;54) - 2 раза.

) Определим число точек:

n1=6 n(+) = n1+n3 = 6+3 = 9

n2=16 n(-) = n2+n4 = 16+12 = 28=3 n(-)>n(+)=12 k = n(+)+n(-) = 37

При k=37 и коэффициенте риска α=0,01 кодовое число 10.

При k=37 и коэффициенте риска α=0,05 кодовое число 12.

n(+)=9<10, n(+)=9<12 => корреляционная зависимость имеет место.

Так как n(-)>n(+), корреляция обратная.

Таблица 6.2 - Статистика баллов учащихся за 2010 год (математика и физика)

4)

=3580,667- 59,60784312 =27,572041.

=3085,686 - 55,29411762 =28,246559.

;

b01 =87,7855; b02 = 86,4138

Уравнения регрессии будут выглядеть следующим образом:

Y=86,4138-0,5221*x;

X=87,7855-0,5096*y.

) Вычислим выборочный коэффициент корреляции:

6) Построим диаграммы по каждому предмету отдельно.Математика

Рисунок 6.3 - Математика

Рисунок 6.4 - Физика

'(+)=9; n'(-)=28; n'0=14;(+)=n'(+)+n'0/2=9+7=16;(-)=n'(-)+n'0/2=28+7=35;=16+35=51.

При k=51 и коэффициенте риска α=0,01 кодовое число 15.

При k=37 и коэффициенте риска α=0,05 кодовое число 18.

n(+)=16>15 => корреляция отсутствует;

n(+)=16<18 => корреляционная зависимость имеет место.

Так как n(-)>n(+) => корреляция обратная.

7. Дисперсионный анализ статистических данных

При применении t-критерия рассматриваются две группы наблюдений. Но часто перед исследователем возникает задача оценить результаты испытаний, которые разделены более чем на две группы. Например, в случае, если изделие изготавливается на нескольких однотипных станках или на шестишпиндельном автомате, то можно результаты наблюдений сгруппировать по отдельным станкам или шпинделям. Другим примером может служить оценка различных измерительных установок с помощью измерений на низ одного и того же испытательного образца. В этом случае результаты испытаний объединяются в одну группу по каждой установке.

Затем ставится вопрос , является ли работа станков (шпинделей) или отдельных измерительных установок идентичной. Можно было бы для ответа на этот вопрос применить t-критерий для попарного сравнения средних всех групп, но это значительно усложнит вычисления. Лучшим методом является разложение дисперсий, или дисперсионный анализ. Он основан на том , что при различии в работе станков или измерительных установок частные средние, вычисленные по группам, отличаются друг от друга более чем это можно было бы ожидать на основе случайных колебаний отдельных значений.[16]

В настоящее время дисперсионный анализ определяется как статистический метод, предназначенный для оценки влияния различных факторов на результат эксперимента, а также для последующего планирования аналогичных экспериментов.

Однофакторная дисперсионная модель имеет вид :

, (7.1)

 - значение исследуемой переменной; полученной на i-м уровне фактора

(i = 1, 2,…, m) с j-м порядковым номером (j = 1, 2,…, n);

 - общая средняя;

Fi - эффект, обусловленный влиянием i-ого уровня фактора;

εij - случайная компонента, или возмущение, вызванное влиянием неконтролируемых факторов, то есть вариацией переменной внутри отдельного уровня.

Под уровнем фактора понимается некоторая его мера или состояние , например, количество вносимых удобрений , вид плавки металла или номер партии деталей и т. п.

Представим значение исследуемой переменной в виде матрицы наблюдения:

= (), (i = 1, 2,…, m; j = 1, 2,…, n);

групповая средняя для i-го уровня фактора, примет вид:

, (7.2)

а общая средняя:

, (7.3)

Рассмотрим сумму квадратов отклонений:

Q = Q1 + Q2 , (7.4)

где Q - общая (полная) сумма квадратов отклонений;

 (7.5)

Q1 - сумма квадратов отклонений групповых средних от общей средней или межгрупповая (факторная) сумма квадратов отклонений; находится по формулам :

 (7.6)

 (7.7)

Q2 - сумма квадратов отклонений наблюдения от групповых средних или внутри групповая (остаточная) сумма квадратов отклонений; находится по формулам

 (7.8)

В разложении (4) заключена основная идея дисперсионного анализа.

В дисперсионном анализе анализируются не сами суммы квадратов отклонений, а так называемые средние квадраты, являющиеся несмещёнными оценками соответствующих дисперсий, которая получается делением сумм квадратов отклонений на соответствующее число степеней свободы «определяются как общее число наблюдений минус число связывающих их уравнений». Для среднего квадрата S12, являющегося несмещённой оценкой межгрупповой дисперсией, справедлива формула:

 (7.9)

где k1 - число степеней свободы.

Для среднего квадрата S22, являющегося несмещённой оценкой внутри групповой дисперсии, имеет место формула

 (7.10)

где k2 - число степеней свободы.

Проверка нулевой гипотезы H0 сводится к проверке существенности различия несмещённых выборочных оценок S12 и S22. гипотеза H0 отвергается, если фактически вычисленные значения статистики

F = S12/ S22 , (7.11)

которая имеет распределение Фишера - Снедекора с k1 и k2 степенями свободы, окажется больше критического Fα; k1; k2, определённого на уровне значимости α; и принимается, если F ≤ Fα; k1; k2.[11]

Пример. Имеются четыре партии сырья для текстильной промышленности. Из каждой партии отобрано по пять образцов и проведены испытания на определение величины разрывной нагрузки. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица 7.1 - Результаты испытаний

Необходимо выяснить, существенно ли влияние различных партий сырья на величину разрывной нагрузки.

Решение.

Имеем m=4, n=5. Найдём средние значения разрывной нагрузки для каждой партии по формуле (2):

и аналогично:

Среднее значение разрывной нагрузки всех отобранных образцов по

формуле (3):

(или, иначе, через групповые средние,

Вычислим суммы квадратов отклонений:

Соответствующее число степеней свободы для этих сумм m-1=3;

mn-m=5*4-4-16; mn-1=5*4-1=19.

Результаты расчёта сведём в таблицу.

Таблица 7.2 - Результаты расчёта

Фактически наблюдаемое значение статистики F=S12/S22=1660/454,4=3,65.

По таблице критическое значение F-критерия Фишера-Снедекора на уровне значимости α=0,05 при k1=3 и k2=16 степенях свободы F0,05;3;16=3,24. Так как F> F0,05;3;16, то нулевая гипотеза отвергается, т. е. на уровне значимости α=0,05 (с надёжностью 0,95) различие между партиями сырья оказывает существенное влияние на величину разрывной нагрузки.[11]

Учебный пример:

Пусть имеется две группы студентов. Студенты первой группы более целеустремленны, чем студенты второй группы, состоящей из более ленивых студентов. Разобьем каждую группу случайным образом пополам и предложим одной половине в каждой группе сложное задание, а другой - легкое. После этого измерим, насколько напряженно студенты работают над этими заданиями. Средние значения для этого исследования показаны в таблице.

Таблица 7.3 - Средние значения для исследования

Вывод: над сложными заданиями работают упорнее только честолюбивые студенты, в то время как над легкими заданиями только ленивые работают упорнее. Другими словами характер студентов и сложность задания взаимодействуя между собой влияют на затрачиваемое усилие. Это является примером попарного взаимодействия между характером студентов и сложностью задания.

Заключение

В данной курсовой работе мы ознакомились с основными инструментами контроля качества, провели с их помощью статистический анализ и на основании полученных результатов, делаем вывод о том, что данные методы позволяют вовремя выявить и отобразить проблемы, установить основные факторы, с которых нужно начинать действовать, и распределить усилия с целью эффективного разрешения этих проблем. Каждый метод может находить свое самостоятельное применение в зависимости от того, к какому классу относится задача. Целью методов статистического контроля является исключение случайных изменений качества продукции. Такие изменения вызываются конкретными причинами, которые нужно установить и устранить.

Мы рассматривали несколько статистических методов контроля качества.

Дисперсионный анализ определяется как статистический метод, предназначенный для оценки влияния различных факторов на результат эксперимента, а также для последующего планирования аналогичных экспериментов.

Гистограмма - инструмент, позволяющий зрительно оценить распределение статистических данных, сгруппированных по частоте попадания данных в определенный (заранее заданный) интервал.

Диаграмма Парето - инструмент, позволяющий объективно представить и выявить основные факторы, влияющие на исследуемую проблему, и распределить усилия для ее эффективного разрешения.

Диаграмма разброса (рассеивания) - инструмент, позволяющий определить вид и тесноту связи между парами соответствующих переменных.

Диаграмма Исикавы (причинно-следственная диаграмма) - инструмент, который позволяет выявить наиболее существенные факторы (причины), влияющие на конечный результат (следствие).

Контрольная карта - инструмент, позволяющий отслеживать ход протекания процесса и воздействовать на него (с помощью соответствующей обратной связи), предупреждая его отклонения от предъявленных к процессу требований.

Статистические методы - это средство, которое необходимо изучать, чтобы внедрить управление качеством. Они - наиболее важная составляющая комплексной системы контроля Всеобщего Управления Качеством.

Статистические методы контроля качества в настоящее время применяются не только в производстве, но и в планировании, проектировании, маркетинге, материально-техническом снабжении и т.д. Вне всякого сомнения, статистические методы служат мощным средством не только получения объективной информации, но и познания, в том числе реальных естественных законов. Если естественные науки ограничиваются только пониманием законов, то с помощью статистических методов делается попытка применить эти законы для создания новых материальных ценностей для потребителя наиболее экономичным путём.

И в заключении можно отметить, что производитель должен контролировать качество продукции с помощью различных методов и по результатам выборочного контроля судить о состоянии соответствующего технологического процесса. Только в этом случае он своевременно обнаружит разладку процесса и сможет принять меры для его корректировки.

Библиографический список

. ОСТ1 90013-81. Сплавы титановые. Марки.

. Арзамасов Б. Н., Брострем В. А. и др. Конструкционные материалы: Справочник. - Москва: Машиностроение, 1990, с. 688.

. Арзамасов Б. Н., Сидорин И. И. и др. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. - Москва: Машиностроение, 1986. - 384 с.

. Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы: Справочник в 3-х томах.

Т. 1. Свариваемость материалов: Справ. Изд./Под ред. Макарова Э. Л. - Москва: Металлургия, 1991, 528 c.

. Гиссин В. И. Управление качеством (2-е издание). - Москва: ИКЦ «МарТ»,

Ростов-н/Д: Издательский центр «МарТ», 2003. - 400 с.

6. Глудкин О.П. и др. Всеобщее управление качеством. - М.: Радио и связь,1999. - 600 с.

7. Годин А.М. Статистика: Учебник. - 2-е изд., перераб. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2003. - 472 с.

. Жулинский С.Ф., Новиков Е.С., Поспелов В.Я. Статистические методы в

современном менеджменте качества. - М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2001. - 208 с.

. Калинин С. И. Тайм - менеджмент: Практикум по управлению временем. - Спб.: Речь, 2006. - 371 с.

. Кане М. М., Иванов Б. В., и др. Системы, методы и инструменты менеджмента качества: Учебное пособие. - СПб.: Питер, 2008. - 560 с.

11. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов.-М.: ЮНИТИ-ДАТА, 2003.-543с.

. Кудрявцев А.С., Клочков А.Я. Статистические методы управления качеством: Методические указания к лаб. раб. - Рязань: РГРТУ, 2006. - 60с.

13. Кумэ Хитоси. Статистические методы повышения качества. - Москва:

Финансы и статистика, 1990. - 304 с.

. Пономарёв С. В., Мищенко С. В. и др. Управление качеством продукции.

Инструменты и методы менеджмента качества: учебное пособие. - Москва:

РИА «Стандарты и качество», - 2005. - 248 с.

. Харченко Л.П., Долженкова В.Г., Ионин В.Г. и др. Статистика: Курс лекций. -

Новосибирск: Изд-во НГАЭиУ; М.: ИНФРА-М, 2000. - 310с.

. Шиндовский Э., Шюрц О. Статистические методы управления качеством.

Издательство «Мир», Москва, 1976, 598 с.

17. <#"666035.files/image149.gif">800 мкм, во внутренней полости которой располагается консольная балочка с размерами 100200 мкм, изготавливаемая за одно целое с рамкой. На рабочую поверхность балочки наносятся пленка из двуокиси кремния, плена из PbTiO[3] (PT), обеспечивающая хорошую адгезию с осаждаемой на нее пленкой из цирконата титаната свинца (ЦТС). На поверхности пленки из ЦТС располагается пара встречно-штыревых золотых электродов, на которые наносится тонкая титановая пленка. Кроме измерений ускорений прибор обеспечивает накопление в пленке из ЦТС (пьезоэлементе) электрической энергии, значение которой зависит от измеряемого ускорения и частоты собственных колебаний балочки с пьезоэлементом. Измеряемое ускорение, направленное перпендикулярно плоскости рамки и балочки, вызывает изгибную деформацию балочки, при которой между электродами появляется электрическое напряжение V, пропорциональное ускорению.

20 08.03-32.302 Жидкоподвижный плавучий конвективный микроакселерометр. A liquid-filled buoyancy-driven convective micromachined accelerometer / Lin Lin, Jones John // J. Microelectromech. Syst.: A Joint IEEE and ASME Publication on Microstructures, Microactuators, Microsensors, and Microsystems. - 2005. - 14, № 5. - с. 1061-1069.

Разработан новый класс акселерометров на основе плавучести нагретой текучей среды в пределах микрополости. На основе теории подобия и компьютерного моделирования при выборе соответствующей жидкости в качестве рабочей среды прогнозируется увеличение чувствительности микроакселерометров нового типа на несколько порядков. Изготовлен заполненный жидкостью акселерометр, измерены его чувствительность и инерционность. Результаты теор. прогнозирования совпадают с данными анализа на основе метода конечных элементов. Моделирование в среде FLOTRAN показало, что при заполнении акселерометра изопропанолом чувствительность повышается в 700 раз по сравнению с чувствительностью акселерометра, заполненного воздухом, но при этом его скорость отклика увеличивается примерно в 40 раз.

21 07.09-32.45 Некоторые сведения о сенсорах, основанных на использовании микроэлектромеханических систем. MEMS sensors: Some issues for consideration Gibson John, Burnett Roy, Ronen Shuki, Watt Howard (Veritas DGC, Houston, USA) Leading Edge - 2005 24. - № 8. - с. 786-790

Компаниями Sercel и VectorSeis разработана технология многокомпонентной записи сейсмических волн, основой которой служит микроэлектромеханическая система (МЭМС). Последняя предназначена для ее использования в качестве цифровых акселерометров, обеспечивающих повышение качества полевого сейсморазведочного материала, оптимизацию техники проведения работ и снижение стоимости сейсморазведочных исследований. Все это в сочетании с последними достижениями в обработке и интерпретации обменных волн типа PS, как показали авторы работы, позволяет ставить задачи, решение которых не может быть получено путем анализа только продольных сейсмических волн. Кроме того, предлагаемая система допускает одновременную регистрацию сейсмических волн, осуществляемую с помощью МЭМС и традиционных сейсмоприемников. В статье приводится детальное описание сенсоров МЭМС и результаты их опробования, проведенного в процессе трехкомпонентной 8000-канальной регистрации сейсмических волн.

08.02-32.283 Энерго-информационный метод моделирования микроэлектронных емкостных датчиков давления / Шикульская О. М., Шикульский М. И. // 18 Международная научная конференция " Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-18), Казань, 31 мая-2 июня, 2005: Сборник трудов. Т. 4. Секц. 4, 9. - Казань, 2005. - с. 114-116.

В последнее время интенсивно развиваются датчики на основе микроэлектроники. Причем, ведущее место в мире по производству и количеству выданных патентов занимают принцип действия микроэлектронных преобразователей давления (датчиков) основан на преобразовании возникающей под воздействием давления деформации мембраны в эл. сигнал. Одним из конструктивных решений этой задачи является микроэлектронный емкостный датчик давления, который выполнен монолитно из кристалла полупроводника. Он состоит из мембраны и неподвижной пластины, взаимодействующих через пружину. Мембрана и неподвижная пластина являются электродами емкостного датчика. Под воздействием давления мембрана прогибается. В результате этого изменяется расстояние между пластинами и эл. емкость датчика. Следовательно, электрическая емкость датчика зависит от прогиба мембраны. Целью работы является построение модели микроэлектронного емкостного датчика давления для определения его выходных характеристик с учетом анизотропности свойств полупроводниковых материалов.

08.02-32.205 Влияние силы Казимира на характеристики микроакселерометра / Feng Qian, Guo Wan-lin // Nanjing hangkong hangtian daxue xuebao = J. Nanjing Univ. Aeron. and Astronaut. - 2005. - 37, № 4. - с. 499-503.

06.07-32.196 Исследование базового средства проектирования пьезорезистивного микроэлекромеханического акселерометра. Study of piezoresistive micro-electro-mechanical accelerometer design platform / Zhang Jing-hua, Shi Geng-chen, J. Beijing // Inst. Technol.- 2005 14. - №3. - с. 289-292.

Приведено описание базового средства проектирования пьезорезистивного микроэлектромеханического акселерометра в соответствие с уровнем технологии обработки микроэлектромеханической системы (МЭМС).

07.09-32.45 Некоторые сведения о сенсорах, основанных на использовании микроэлектромеханических систем. MEMS sensors: Some issues for consideration. / Gibson John, Burnett Roy, Ronen Shuki, Watt Howard // (Veritas DGS, Houston, USA) Leading Edge - 2005 24. - № 8. - с.786-790.

Компаниями Sercel и VectorSeis разработана технология многокомпонентной записи сейсмических волн, основой которой служит микроэлектромех. система (МЭМС). Последняя предназначена для ее использования в качестве цифровых акселерометров, обеспечивающих повышение качества полевого сейсморазведочного материала, оптимизацию техники проведения работ и снижение стоимости сейсморазведочных исследований.

Обратные преобразователи микроэлектронных датчиков. /Цибизов П. Н., Михайлов П. Г., Михайлов А. П. // Датчики и системы - 2006. - № 1. - с. 48-51.

Рассмотрены конструкции обратных преобразователей (ОП) для микроэлектронных датчиков с обратными связями на уровне чувствительного элемента. Дано описание методов управления электрофизическими параметрами элементов и структур датчиков.

Микродатчик на основе тонкой пленки нитрида хрома для измерения давления при высокой температуре. Micromachined chromium nitride thin-film pressure sensor for high temperature applications. / Chung G. S. // Electron. Lett. 2006. 42. - № 13. - с. 754-755.

Разработан микродатчик давления из основе тонкой пленки нитрида кремния для измерения давления при высокой температуре, доказано, что датчик позволяет существенно повысить, точность измерения. Принцип измерения основан на использовании моста Вистона. Разработана технология напыления кремниевых мембран на поверхности чувствительного слоя Сг-N. Рассмотрены основные этапы формирования кремниевой микросхемы.

Интегральные датчики давления на основе структур КНС. Бушуев Н., Васьков Ю., Мартынов Д. // Электронные компоненты - 2006. - № 11. - с. 87-88.

В статье описываются малогабаритные датчики давления МИДА-13П-КН и МИДА-12П-К на основе тензочувствительных элементов "кремний-на-сапфире" разработки и производства ПГ МИДА.

29 МЭМС-датчики давления Freescale Semiconductor. /Маргелов А. // Новости электроники - 2006. - № 14. - с. 13-14

Полупроводниковые датчики давления отличаются более высокой точностью, компактностью, надежностью и простотой эксплуатации, чем манометрические трубки пьезоэлектрические кремниевые датчики. Стоимость их - также значительно ниже. Именно таким датчикам производства Freescale Semiconductor посвящен материал статьи.

30 MLH - новая серия датчиков давления Honeywell / Маргелов А. // CHIP NEWS : Инженерная микроэлектроника. - 2006. - № 2. - с. 53-54

Мы продолжаем знакомство с продукцией компании Honeywell - полупроводниковыми датчиками. Данная статья знакомит разработчиков с новейшей серией датчиков Honeywell, предназначенной для измерения абсолютного и избыточного давления газов и жидкостей (в том числе агрессивных).

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

08.01-32.146 Пассивные схемы температурной компенсации микроэлектронных датчиков давления МИДА / Мартынов Д. Б. // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности : Материалы 5 Российской научно-технической конференции, Ульяновск, 20-21 апр., 2006. Т. 1. Разд. 1. Общие вопросы энергосбережения. Учет энергоресурсов, энергоаудит, управление энергосбережением. Разд. 2. Энергосбережение в электроэнергетических установках. Разд. 3. Энергосбережение в городском хозяйстве и строительстве. Разд. 4. Энергосбережение в промышленной энергетике. - 2006. - с. 109-112.

Анализируются схемы коррекции температурного дрейфа полупроводниковых тензопреобразователей давления на основе гетероэпиксиальных структур "кремний-на-сапфире".

08.05-32.204 Экспериментальное определение собственных частот двухмембранных тензопреобразователей давления / Пирогов А. В., Стучебников В. М. // Датчики и системы. - 2006. - № 4. - с. 29-33.

Экспериментально определены динамические характеристики механоэлектрического преобразователя тензорезисторного датчика давления МИДА - модуля преобразователя давления.

09.01-32.268 Датчики давления для любых приложений. Решение компании Honeywell / Маргелов А. // Электроника: Наука, технология, бизнес. -2006. - № 8. - с. 34-37.

Портфель полупроводниковых датчиков давления Honeywell в настоящий момент включает несколько тысяч приборов. Разнообразие конструктивных исполнений, широкий диапазон измерения (от нескольких сот паскаль до сотен мегапаскаль), способность работать в различных средах, в том числе агрессивных, все варианты стандартных выходных сигналов, наличие прецизионных моделей и гибкая ценовая политика компании позволяют разработчику выбрать датчик практически для любой области применения. Компания Honeywell производит датчики для измерения всех существующих типов давления: абсолютного, дифференциального, избыточного и вакуумного.

09.01-32.93 МЭМС-датчики: нанотехнологии наступают / Юдинцев В. // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2006. - № 8. - с. 26-30.

Развитие микроэлектроники приводит к появлению все более сложных и быстродействующих схем, размеры элементов которых уже меньше 100 нм. Созданы лабораторные образцы транзисторов с длиной затвора 10 нм. По своим размерам их элементы уже сопоставимы с молекулами и даже атомами. И принцип их действия основан на квантовых эффектах и эффектах межмолекулярных взаимодействий. Нанотехнологии находятся в начальной стадии развития. Разработаны разнообразные наноразмерные приборы и системы, свойства которых позволяют создавать хим. и биологические датчики, новые фотонные устройства, биотехнику. Созданы углеродные нанотрубки (Carbon Nanotubes, CNT), нанопровода на основе полупроводниковых материалов, металлов, диэлектриков, высокотемпературных оксидов, нитридов и т. п. CNT обладают уникальными эл. и мех. свойствами.

08.07-32.670 Воздействие рентгеновского излучения на характеристики датчиков давления на основе КНС-структуры с применением линзы Кумахова /Романов А. Ю. // Инж. физ. - 2006. - № 3. - с. 23-26

Проведено экспериментальное исследование воздействия рентгеновского излучения, сфокусированного линзой Кумахова, на тензорезисторный чувствительный элемент на основе структуры "кремний на сапфире" (КНС) в составе датчиков давления МИДА (микроэлектронные датчики). Применялись различные варианты воздействия с применением оптики - пучок в различных сечениях: от максимального до минимального. Обнаружена высокая радиационная стойкость исследованных структур. Для возможного применения рентгеновского излучения в целях модификации в технологии данных и других подобных структур целесообразно опробовать более высокие плотности излучения.

36 09.09-32.5. Международная конференция "MEMS". International MEMS Conference, Singaporo, 9-12 May, 2006. J. Phys. Con!. Ser. 2006, 34, с. I - XI, 1-1147.

Международная конференция "MEMS" проходила в Сингапуре в мае 2006 г. Были рассмотрены новые технологии изготовления MEMS-систем. Показаны перспективы развития нейросетевого анализа. Приведены результаты модельного анализа новых сенсорных структур. Описаны датчики на основе тонких пленок фосфидов. Разработаны системы контроля технологических процессов на микро- и наноуровнях.

06.11-32.155 Промышленный датчик вибраций с применением МЭМС-акселерометра. Design of industrial vibration transmitter using MEMS accelerometer: Докл [International MEMS Conference, Singapore, 9-12 May, 2006] Pandiyan Jagadeesh, Umapathy M., Balachandar S., Arumugam M., Ramasamy S., Gajjar Nilesh C. J. Phys. Conf. Ser. - 2006. 34. - с. 442-447.

Представлено описание конструкции промышленного датчика вибрации, в котором используют емкостный акселерометр, изготовленный по МЭМС-технологии, описание цепей преобразования сигнала акселерометра, процедуры калибровки и способы установки.

07.06-32.193 Беспроводная измерительная система с МЭМС для акселерометра. Mao Yao-hui, Yuan Wei-zheng, Yu Yi-ting. Weinadianzi jishu = Micronanoelectron. Technol. 2006, 43. - № 5. - с. 254-257.

07.03-32.200 Методика разработки объёмного микрообработанного одноосного кремниевого емкостного акселерометра с оптимизированными размерами прибора. Desing steps for bulk micro machined single axis silicon capacitin accelerometer with optimised device dimensions.Докл. [ International MEMS Conference, Singapore, 9-12 May, 2006] Agarval Vivek, Bhattacharayya Tarun K., Banik Subhadeep. I. Phys. Conf. Ser. 2006. 34 c.722-727.

07.09-32.204 MEMS-акселерометры. / Николайчук О. // Схемотехника. - 2006. - №3. - с.12-14.

Компания MEMSIC специализируется в области разработки MEMS-приборов различного назначения. Ей первой удалось создать акселерометр, выполненных полностью по КМОП-технологии и не содержащий никаких движущихся частей, что значительно повысило точность, надежность и долговечность, также значительно снизило его стоимость.

08.07-32.200 Автомобильные акселерометры. 4.5. Перспективная элементная база поверхностных кремневых емкостных MEMS-акселерометров. / Сысоева С. // Компоненты и технологии - 2006. - №4. - с.28-39.

Данная часть статьи завершает начатый в предыдущей публикации обзор кремневых емкостных MEMS-акселерометров, которые, благодаря их малому размеру, высокой степени интеграции, низкому энергопотреблению, высокой надежности и доступной цене, превалируют на современном автомобильном рынков датчиков и характеризуются непрерывным повышением их технологического уровня.

09.07-32.53 MEMS-датчики и преобразователи на основе полимеров с функцией самоорганизации. Self-assembled polymer MEMS sensor and actuators: Докл. [Conference on Smart Structrures and Materials 2006 “Smart Electronics, MEMS, BioMEMS, and NanoTechnology”, San Diego, Calif., 26 Febr - 1 March, 2006] .Hill Andrea J., Claus Richard O., Lalli Jennifer H., Homer Mechelle: Proc. SPIE, 2006. 6172, c. 61720U/1-61720U/8.

Рассмотрены перспективы применения нанокомпозитного материала Metal Rubber (MR) в MEMS-датчиках и преобразователях с функцией самоорганизации.

10.02-32.365 Изготовление трехмерных микро- и наноструктур для МЭМС и МОЭМС: принцип сочетания литографий. Fabrication of 3D micro and nanostructures for MEMS and MOEMS: an approach based on combined lithographies : Докл. _[International MEMS Conference, Singapore, 9-12 May, 2006_] / Romanato F., Businaro L., Tormen M., Perennes F., Matteucci M., Marmiroli B., Balslev S., Di Fabrizio E. // J. Phys. Conf. Ser. - 2006 34, с. 904-911.

Известно, что рентгеновская литография относится к стабильной технологии изготовления МЭМС и МОЭМС с низким уровнем шероховатости боковых стенок, критическим субмикрометровым размером и высоким аспектным отношением. Рассматривается технология рентгеновской литографии с многомерным наклоном в сочетании с электронно-лучевой литографией для создания субмикрометровых рисунков произвольной формы, углубленных в трехмерной структуре.

08.03-32.204 Современные возможности емкостных МЭМС акселерометров при жестких условиях эксплуатации. Current capabilities of MEMS capacitive accelerometers in a harsh environment / Stauffer Jean-Michel // IEEE Aerosp. and Electron. Syst. Mag. - 2006 21. - № 11. - с. 29-32

Рассмотрена общая тенденция к применению технологии изготовления МЭМС датчиков, отвечающих требованиям эксплуатации в жестких условиях окружающей среды (при низких отрицательных и высоких температурах, ударах, вибрациях). Приведены сведения о МЭМС датчиках с противоударной стойкостью более 20 000 g и рабочим диапазоном температур от -120 до 180°C. Представлены результаты экономического анализа международного рынка МЭМС, прогнозируется его состояния до 2008 г. включительно. Особое внимание уделено применению новых материалов и новых технологий.

08.01-32.177 Высокочувствительный микроакселерометр МАС (Разработка и применение): Докл. [13 Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам, Санкт-Петербург, 29-31 мая, 2006_] / Хвойка М., Федоссов В. // Гироскопия и навигация. - 2006. - № 3. - с. 108.

Описывается метод неконсервативного измерения ускорения в реальном масштабе времени на борту космического корабля. Представлена разработка специального инструмента измерения - микроакселерометра - его блок-схема, концепция управления и применение в космических исследовательских программах. 

Микроэлектронные датчики. Разработка и проектирование / Михайлов П.Г., Варламов А.В. // Датчики и системы - 2007. - № 8. - с.23-26

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектронных датчиков (МЭД), определены возможные сферы применения. Предложена декомпозиция структуры МЭД, позволяющая рассматривать датчик как сложную систему. Определены основные этапы проектирования и их особенности.

Управление электрофизическими характеристиками микроэлектронных датчиков. Цибизов П. Н. Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов. Пенз. гос. ун-т. Пенза: ПГУ. 2007, с. 155-160

Рассматриваются вопросы применения полевых компенсирующих преобразователей при создании стабилизированных структур твердотельных микроэлектронных датчиков.

Микромеханика в информационных системах. Михайлов П. Г., Харлан А. А., Михайлова В. П. Труды Международной научно-технической конференции (Computer-Based Conference) "Современные информационные технологии"', Пенза, 2007. Вып. 6. Пенза: ПГТА. 2007, с. 52-56.

Одним из самых перспективных и динамических направлений приборостроения является создание микромех. устройств и систем (ММУС). Как показали исследования и практика создания микроэлектронных датчиков (МЭД), наведенные в узлах и элементах ММУ при их изготовлении механические напряжения, оказывают существенное влияние на метрологические и эксплуатационные характеристики МЭД. Это проявляется: в значительном и не прогнозируемом временном и температурном дрейфе характеристик, снижении механической прочности и уменьшении информативности выходных сигналов. Для минимизации механических напряжений в структурах и элементах МЭД разработаны и апробированы на практике различные конструктивно-технологические решения: автокомпенсация тепловых напряжений в кристаллах чувствительных элементов МЭД топологическими методами; многостадийная диффузия; ионное легирование; использование стоп-травления.

Разработка технологических процессов изготовления микромеханического датчика (ММД) давления ёмкостного типа. Бритков О. М., Бойко А. Н.., Золотов Р. В. Элементы микросистемной техники, оборудование и технология их производства: Сборник научных трудов. Моск. гос. ин-т электрон. техн. (техн. ун-т). М.: МИЭТ 2007, с. 37-41.

Рассмотрены вопросы проектирования и изготовления микромеханических датчиков давления. По измеряемой величине датчики давления делятся на датчики избыточного давления, вакуума, дифференциального, абсолютного давления.

Минимизация влияния нестационарных температур на МЭМС-структуры тонкопленочных тензорезисторных датчиков. Белозубов Е. М., Косоротов Г. Н., Белазубова Я. Е. Труды Международной научно-технической конференции (Computer- Basted Conference) "Современные информационные технологии", Пенза, 2007. Вып. 6. Пенза: ПГТА. 2007, с. 70-74.

Разработаны компенсационный метод и средства минимизации влияния, оказываемого нестационарными полями температур термодеформацией на определенность измерения давления с помощью мостового тензометрического датчика. Предложена МЭМС структура тонкопленочного датчика давления, содержащая терморезисторы, которые частично расположены между мембранной и сформированными на мембране тензорезисторами мостовой схемы, а частично - вне соответствующих тензорезисторов. При такой структуре температура терморезисторов с высокой точностью отслеживает температуру тензорезисторов вследствие малого термического сопротивления между тензорезисторами и терморезисторами. Изменение сопротивления терморезисторов oт температуры совместно с выходным сигналом тензомоста подается на вход микропроцессора, в котором запрограммирована индивидуальная корреляционная характеристика выходного сигнала тензомоста и сопротивлений терморезисторов.

Минимизация влияния повышенных температур и виброускорений на МЭМС-структуры тонкоплёночных датчиков давления. Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. A. INTERMATIC - 2007: Материалы Международной научно-практической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения", Москва, 23-27 окт., 2007. Ч. 2. М.: МИРЭА. 2007, с. 73-77.

Экспериментальные исследования МЭМС-структур, выполненных в соответствии с предлагаемыми решениями, показали, что виброустойчивость таких МЭМС-структур, выше возможностей имеющихся вибростендов (20000 м/с2). МЭМС-структуры емкостных тонкоплёночных датчиков давления при использовании молибден-никелевых контактных площадок и выводных проводников из сплава 79НМ, работоспособны до температуры 1000°С. Возможно увеличение рабочей температуры при использовании более тугоплавких материалов. Традиционные методы построения МЭМС-структур обеспечивают работоспособность при температурах не более 350°С. В соответствии с предложенными методами и средствами построения МЭМС-структур тонкопленочных датчиков можно присоединять выводные проводники к тонкоплёночным контактным площадкам практически любой реальной толщины. Кроме того, преимуществом предлагаемых решений, по сравнению с известными методами построения МЭМС-структур, является возможность присоединения к контактным площадкам выводных проводников существенно большей толщины, что позволяет использовать их непосредственно в качестве гермовыводов. Причём все соединения осуществляются из материалов, не содержащих драгметаллы.

Малогабаритные датчики давления жидкости / Еманов Андрей // Новости электрон. - 2007. - № 4. - с. 20-21.

Малогабаритные пьезорезистивные датчики давления жидкости в индустриальном исполнении производства подразделения компании Honeywell-SenSym, применяются во многих высокотехнологичных отраслях производства. Их отличают широкий диапазон измеряемых величин и рабочих температур, прецизионная точность измерения, разнообразие корпусных исполнений и возможность работы в агрессивных средах.

Новейшие датчики : Пер. с англ. / Джексон Р. Г. - М. : Техносфера, 2007. - 381 с.

Стремительный рост разработок и применения датчиков на основе ранее не использовавшихся физ. принципов и внедрения новых технологий для реализации известных эффектов стимулирует появление современных руководств. В учебнике-монографии изложены многие недавно сформировавшиеся или обновившиеся направления сенсорики, включая измерительную микромеханику, датчики на ПАВах, оптические, ионизационные и магнитные, хим. микросенсоры, оптико-волоконные и интеллектуальные измерительные системы, расходометрию для нестационарных потоков и ряд других.

Микроэлектронные датчики. Разработка и проектирование / Михайлов П.Г., Варламов А.В. // Датчики и системы - 2007. - № 8. - с.23-26

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектронных датчиков (МЭД), определены возможные сферы применения. Предложена декомпозиция структуры МЭД, позволяющая рассматривать датчик как сложную систему. Определены основные этапы проектирования и их особенности.

МЭМС - здесь, там, везде. Большие рынки малых устройств /Гольцова М., Юдинцев В. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2007. - № 1. - с.114-119

Рассмотрены крупнейшие фирмы-производители МЭМС-приборов. Указываются области применения микроэлектромеханических систем. Изделия на базе МЭМС становятся предметами повседневной жизни.

Состояние, проблемы и пути развития датчикостроения на 2006-2015 гг. / Мокров Е. // Электронные компоненты - 2007. - № 3. - с.64-71

Проведен анализ тенденций развития датчико-преобразующей аппаратуры. С учетом результатов исследований и рекомендаций институтов РАН определены приоритетные направления разработок ДПА нового поколения, в том числе в рамках Федеральной космической программы и программы «Датчики ВВТ».

Микромеханические приборы: учебное пособие / Распопов В.Я. - М.: Машиностроение, 2007. - 400с.

В книге рассмотрены микродатчики давления, микроакселерометры и др. Приведена их конструкция, фирмы-изготовители. Рассмотрены чувствительные элементы микродатчиков.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

09.02-32.57 Контроль и диагностика микроэлектронных датчиков / Михайлов П. Г., Михайлова В. П. // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : Труды Международной научно-технической конференции, Пенза, 17-19 апр., 2007. - Пенза, 2007, с. 107-111.

Рассмотрены методы диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков (МЭД). Предложены средства диагностики, предназначенные для контроля электрофизических характеристик МЭД. Дано описание устройства для испытания полупроводниковых чувствительных элементов (ПЧЭ) и измерительных модулей МЭД. Показано, что диагностическая информация при исследовании ПЧЭ на таком устройстве снимается с контактных площадок кристалла с помощью зондов установки Зонд-А4, на которую монтируется испытательное устройство с широкими функциональными возможностями. Приведены примеры комплексных испытаний унифицированного измерительного модуля МЭД относительного давления и профилированных кристаллов ПЧЭ МЭД давлений.

09.01-32.261 Совершенствование датчиков давления методом идентичных тензоэлементов / Мокров Е. А., Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е. // Мир измерений. - 2007. - № 8. - с. 6-10.

Разработан метод синтеза МЭМС-структур тонкопленочных тензорезисторных датчиков давления (ТТДД) с минимизированным влиянием нестационарных температур, заключающийся в выполнении тензирезисторов в виде равномерно распределенных идентичных тензоэлементов, соединенных низкоомными перемычками, и размещении тензоэлементов в зонах одинаковых температур на упругом элементе. Рассмотрена модель МЭМС-структуры ТТДД с идентичными тензоэлементами в виде квадратов. Показано, что разработанный метод помимо минимизации влияния нестационарных температур обеспечивает повышение чувствительности (или перегрузочной способности к измеряемому давлению) вследствие размещения тензоэлементов в зоне макс. деформаций, а также повышение рассеиваемой мощности и стабильности ТТДД.

09.06-32.47 MEMS/MST в современной технике на примере автомобильной и авиастроительной индустрии. MEMS/MST in moderner Technik am Beispiel von Automobil- und Luftfahrtindustrie / Belaev W. // Galvanotechnik. - 2007. - 98. - № 5. - с. 1260-1268.

Отмечено, что рынок MST (микросистемная техника)/MEMS (микромашины и микроэлектромеханич. системы) растет начиная с 2002 г. на 18% ежегодно. В основном, системы MTS/MEMS используются в системах управления и безопасности автомобиля. С их помощью изготавливаются следующие (наиболее перспективные) изделия: ускорительный сенсор для динамич. управления автомобилем или самолетом, сенсор давления для трансмиссий, тормозов, вскрыскавающих систем, сенсор наклона для динамич. управления автомобилем, сенсор регистрации положения коленчатого вала и педалей, сенсор влажности в автомобильных климатич. установках, сенсор, определяющий удаление от препятствия, и др.

07.08-32.165П Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр: Пат. 229338 Россия, МПК7 G 01 P15/14, G01 C19/56. ГОУ ВПО “Таганрогский гос. радиотехн. ун-т” (ТРТУ), Лысенко И.Е. №2005128680/28; Заявл. 14.09.2005; Опубл. 10.02.2007

Изобретение относится к микросистемной технике, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин угловой скорости и ускорения.

07.08-32.166П Микромеханический акселерометр прямого преобразования: Пат 2297008 Россия, МПК8. гос. ун-т. Малютин Д.М., Располов В.Я., Грязев Б.В., Малютина М.Д. № 2006100854/28; Заявл. 10.01.2006; Опубл. 10.04.2007

Изобретение предназначено для использования чувствительного элемента в системах ориентации, стабилизации, наведения навигации.

08.10-32.110 Особенности разработки микроэлектромеханических систем. Polymer MEMS processing for multi-user applications. Sameoto Dan, Tsang See-Ho, Parameswaran M. Sens. And Actuators. A. 2007 134. - №2. - c. 457-464.

Предложен способ разработки микроэлектромех. систем с элементами из полимерных материалов.

08.10-32.245 Проектирование электростатического левитационного микромеханического акселерометра. Liu Yunfeng, Ding Henggao, Dong Jingxin. Qinghua daxue xuebao, Ziran kexue ban=J. Tsinghua Univ. Sci. And Technol. 2007. 47. - №2. - с.181-185.

Представлен микромеханический акселерометр (ММА), действующий по принципу электростатической левитации. Акселерометр, содержащий слоистый датчик, функционирует на основе емкостного позиционного детектирования и управления электростатической левитацией.

08.11-32.245 Инерционный измерительный модуль на микромеханических чувствительных элементах. Боронахин А.М., Бохман Е.Д., Грунский А.О., Лукьянов Д.П., Филипеня Н.С. Навигация и управление движением : Материалы 8 Конференции молодых учёных: 1 этап, Санкт-Петербург,14-16 марта,2006; 2 этап, Санкт-Петербург (в Интернете), 1 июня - 31 окт.,2006; 3 этап, Санкт-Петербург,25-29 сент.,2006. Спб: ЦНИИ «Электроприбор»,2007, с. 118-124.

Приводится описание инерциального измерительного модуля на базе микрогироскопов и микроакселерометров фирмы Analog Devices, результаты калибровки, алгоритм функционирования, а также описание схемы построения интегрированной сист. на базе оптимального фильтра Калмана.

09.12-32.228 Точная модель МЭМС-акселерометра на основе использования зависимостей нелинейной регрессии. Nonlinear regresion model of a low-g MEMS accelerometer. Ang Wei Tech, Khosla Pradeep K., Reviere Cameron N. IEEE Sens. J. 2007. 7. - №1-2. - c. 81-88.

Предложена точная модель для двухосного акселерометра с малыми пределами измерения на основе использования техники нелинейной регрессии.

67 09.12-32.262 Разработка микроакселерометра. A 2-DOF convectives micro accelerometer with a low thernal stress sensing element. Dao Van Thanh, Dao Dzung Viet, Sigiyama Susumu. Smart Mater. and Struct. 2007.16. - № 6. - с. 2308-2314.

Университетом Рицумейкан (Япония) разработан микроакселерометр конвекционного типа с двумя степенями свободы.

Уменьшение влияния термоэлектрических явлений в МЭМС-структурах на выходной сигнал тонкоплёночных тензорезисторных датчиков давления. /Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. А. // Приборы и системы: Упр., контроль, диагност. 2008. - № 1. - с. 27-30.

Рассмотрены термоэлектрические явления, возникающие в МЭМС-струк-турах тонкоплёночных тензорезисторных датчиков давления (ТТДД). Построена модель неинформативного преобразования термо-ЭДС в выходной сигнал МЭМС-структур ТТД с идентичными тензоэлементами. Описаны методы уменьшения влияния термоэлектрических явлений на выходной сигнал ТТДД. Разработаны рекомендации по совершенствованию МЭМС-структур ТТДД, работающих в условиях воздействия нестационарных температур (термоудара).

69 Повышение точности микроэлектронных преобразователей давления на основе структур КНС. /Козлов А.И., Мартынов Д.Б., Пирогов А.В., Стучебников В.М. // Материалы X Международной научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение. Диагностика", Димитровград, 2008, с.159-168

Проблема повышения точности измерительных преобразователей физических величин постоянно сопутствует развитию науки, промышленности, транспорта и других отраслей экономики. В последнее время требования к точности преобразователей давления особенно возросли. Промышленная группа "Микроэлектронные датчики "(ПГ МИДА) специализируется на разработке и производстве преобразователей и датчиков давления на основе структур "Кремний на сапфире" (КНС). За 17 лет своей деятельности она прошла путь от датчиков давления МИДА-01П класса 1,0 и 0,5 до датчиков МИДА-13П класса 0,15-0,5 и преобразователей давления с точностью 0,05-0,1% и в настоящее время работает над преобразователями с точностью 0,01%.

70 Микроэлектронные датчики абсолютного давления. / Данилова Н., Панков В., Суханов В. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2008. - №2. - с. 52-53

Рассмотрена конструкция датчиков абсолютного давления на базе кремниевого преобразователя давления. Приведены основные параметры тензомодулей. Преобразователи абсолютного давления - тензомодули серий ТДМ-А и ТДМ1-А на базе интегральных преобразователей давления мембранного типа, предназначенные для неагрессивных газовых сред, рассчитаны на диапазоны давлений с верхним пределом измерения от 0,01 до 10 МПа.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

09.02-32.484 Новые тенденции в технологии МЭМС-датчиков для применений в жестких внешних условиях / Ниева П. // Датчики и системы. - 2008. - № 5. - с. 38-46.

Сенсорные системы на основе технологий МЭМС и НЭМС, способные работать при высоких температурах, в агрессивных средах и/или под воздействием сильной радиации, весьма перспективны для применений в жестких внешних условиях. Они позволяют снизить вес, повысить надежность и уменьшить стоимость изделий в ключевых сегментах рынка, таких как автомобилестроение, авионика, промысловая геофизика и ядерная энергетика. Дан обзор последних достижений в области МЭМС- и НЭМС-датчиков для жестких условий с акцентом на материалы и устройства. Особое внимание уделено работе датчиков при высоких температурах. Применительно к таким устройствам рассматриваются широкозонные полупроводниковые материалы для высокотемпературных применений.

10.03-32.245 Микроэлектромеханические системы тонкопленочных датчиков давления для высоких температур и виброускорений / Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. А. // Автоматиз. и соврем. технол. - 2008. - № 10. - с. 27-30.

Представлен анализ методов построения микроэлектромеханических систем тонкопленочных датчиков давления и выявлены их характерные недостатки. Предложен метод построения этих систем, обеспечивающий соединение выводных проводников с тонкими токопроводящими пленками без сварки, который заключается в деформации выводного проводника в пределах упругости путем его сдавливания между пленкой и дополнительно введенным элементом в виде пластины определенной конфигурации и закреплении элемента.

10.09-32.19 МЭМС: большие рынки малых устройств / Гольцова М. М., Юдинцев В. А. // Нано- и микросистем. техн. - 2008. - № 4. - с. 9-13.

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектромех. систем (МЭМС), причины, препятствующие реализации МЭМС-технологии и развитию рынка МЭМС-устройств, и пути их преодоления. МЭМС стали достаточно малогабаритными, дешевыми и прочными, чтобы завоевать мир бытовой электроники. Датчики перемещений, МЭМС-микросхемы микрофонов, гироскопов и акселерометров находят спрос у изготовителей сотовых телефонов, цифровых фотокамер, игровых приставок, портативных компьютеров. Уже в 2007 году доля МЭМС для бытовой аппаратуры составила 9% от мирового рынка МЭМС (доля устройств для средств связи - 10%, периферийных устройств компьютеров - 24%). В последующие годы, согласно прогнозам экспертов, доля МЭМС, предназначенных для бытовой аппаратуры, возрастет до 22%.

10.09-32.114 Микроэлектронные датчики, состояние и перспективы развития / Михайлов П. Г., Домкин К. И., Шариков М. В. // Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии", Пенза, 2008. Вып. 7. - Пенза, 2008, с. 35-37.

Выявлены следующие перспективные конструктивно-технол. направления развития микроэлектронных датчиков: использование в чувствительных элементах композитных полупроводниковых структур (кремний на диэлектрике, пьезопленка сформированная на полупроводнике или изоляторе и т. д.); применение высокотемпературных полупроводников и полупроводниковых соединений (алмаз, карбид кремния, арсенид галлия); использование в технол. процессах высокоэнергетических технол. операций (ионная имплантация, обработка ионными пучками, плазменное травление и т. д.); многофункциональность измерений, при которых МЭД одновременно измеряет различные параметры (давление и температуру, давление и вибрации, концентрацию и состав различных газов или жидких сред и пр.); внедрение при создании МЭД микро- и наномех. конструкций и технологий - нового научно-техн. направления, возникшего за последнее десятилетие.

10.02-32.187 Микроминиатюрные системы позиционирования на основе микромеханических акселерометров и гироскопов для нашлемных систем целеуказаний и индикации / Ачильдиев В. М., Грузевич Ю. К., Солдатенков В. А., Рязанов С. С. // Вестн. МГТУ. Сер. Приборостр. - 2008. - № 4. - с. 56-64, 125.

Дана оценка современного уровня российских и зарубежных разработок нашлемных систем целеуказания и индикации, а также систем позиционирования на основе микрогироскопов и микроакселерометров.Разработан и изготовлен образец, и приведены результаты экспериментальных исследований.

10.03-32.180 Методы проектирования систем на основе MEMS-устройств: датчик ускорения. Streamlining the design of MEMS devices: an acceleration sensor / Tan Tran Duc, Roy Sebastien, Thuy Nguyen Phu, Huynh Huu Tue // IEEE Circuits and Syst. Mag. - 2008. - 8, № 1, с. 18-27. - Англ.

Проанализированы основные тенденции развития методов проектирования систем на основе MEMS-устройств. Разработана схема датчика ускорения. Схема соединения узлов позволяла сконструировать компактный акселерометр. Разработана схема размещения плоскостей измерения.

09.12-32.319 Нелинейность давления микрообработанных пьезорезистивных датчиков давления с тонкими мембранами при высоких остаточных механических напряжениях. Pressure nonlinearity of micromachined piezoresistive pressure sensors with thin diaphragms under high residual stresses. Chiou Albert J., Chen Steven. Sens. and Actuators. A. 2008. 147. - № 1. - с. 332-339

Рассмотрена значимость проблемы тепловых остаточных напряжений при функционировании МЭМС датчиков давления. В частности, диапазон эл. напряжений и нелинейность давления, характеризующие выходной сигнал эл. напряжения чувствительного элемента давления, в значительной мере зависят от остаточных механических напряжений пассивных пленок на кремниевой мембране. Исследованы методы устранения нелинейности измеряемого давления при наличии остаточных механических напряжений в нитриде кремния и тонкопленочных мембранах с целью реализации его соответствия установленному критерию нелинейности при проектировании (±3 % при температуре 25°С). Измерена кривизна подложек, вычислено остаточное механическое напряжение пленок. Для определения окна оптимизации при проектировании линейных датчиков давления использован усовершенствованный метод конечных элементов с корреляцией эксперим. значений нелинейности измеряемого давления.

10.06-32.192 Исследование амплитудно-частотных и нелинейных характеристик микроакселерометров: Тез.[10 Конференция молодых ученых _І Навигация и управление движением І, Санкт-Петербург, 11-14 марта, 2008] / Шевченко С. Ю. // Гироскопия и навигация. - 2008. - № 2. - с. 103.

Показана возможность снятия амплитудно-частотной и исследования нелинейности и выходной характеристик микромеханических акселерометров в гравитационном поле Земли с использованием разработанной мини-центрифуги МЦ-01. Приводятся результаты экспериментальных исследований и предложены модели основных погрешностей, возникающих при реализации динамических методов измерений. Для акселерометров серии ADXL получены значения масштабного коэффициента, коэф. нелинейных искажений (клирфактор) и амплитудно-частотной характеристики.

10.06-32.194 Математическая модель микромеханического акселерометра с реверсивной системой терморегулирования на термобатареях Пельтье: Тез. _[10 Конференция молодых ученых _І Навигация и управление движением_І, Санкт-Петербург, 11-14 марта, 2008_] / Барулина М. А., Джашитов В. Э. // Гироскопия и навигация. - 2008. - № 2. - с. 102.

Объектом исследования является разрабатываемый в НИИФИ г. Пенза прецизионный микромех. акселерометр, функционирующий в условиях сложных нестационарных температурных воздействий, находящихся в широком диапазоне (от -65 до +65°C) и имеющих распределенные источники тепловыделения внутри датчика. Целью работы является создание мат. модели микромех. акселерометра с реверсивной системой терморегулирования. Для разработки мат. модели использовался модифицированный метод тепловых балансов и законы хладопроизводства и тепловыделения термобатарей Пельтье. На основе построенной математической модели создан программный комплекс для компьютерного моделирования и визуализации результатов экспериментов. Компьютерное моделирование показало, что применение предложенной системы терморегулирования позволяет, при энергопотреблении не превышающем единиц Ватт, поддерживать температуру чувствительного элемента с точностью не хуже 20 0С при различных видах температурных воздействий.

10.09-32.256 Исследование микромеханических акселерометров на основе имитационных моделей: Докл. _[6 Республиканская научно-техническая конференция молодых специалистов _ІЭлектроника, электромеханика и электротехнологии_І (ЭМС-08), Чебоксары, 7-8 окт., 2008_] / Архипов А. В. // Тр. Акад. электротехн. наук Чуваш. Респ. - 2008. - № 1. - с. 116.

В качестве измерителей углов наклона широко используются датчики линейного ускорения - акселерометры. Наиболее современными являются интегральные датчики, изготавливаемые на кристалле кремния, по технологии iMEMS (интегрированные микроэлектромех. системы). Рассмотрены: основные виды погрешностей микромех. акселерометров, способы их компенсации; имитационные модели коррекции микромех. акселерометров компании Analog Devices, построенные в системе Maltlab. Проведен анализ результатов теор. расчетов и реально полученных характеристик микромех. акселерометров, приведены результаты, полученные при помощи имитационной модели коррекции MEMS акселерометров, построенной в системе Matlab.

10.10-32.58 МЭМС в автоматизации // Датчики и системы. - 2008. - № 4. - с. 63-65.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) воплощают в себе новейшую полупроводниковую технологию, охватывающую подвижные элементы и электронику в единой микросхеме. Среди МЭМС-датчиков наибольшее влияние на промышленную автоматизацию оказали датчики давления и инерциальные датчики, такие как акселерометры и гироскопы. Применение технологии МЭМС особенно эффективно в промышленных роботах, поскольку ее можно использовать в тактильных датчиках, навигации или датчиках зазора.

Новые акселерометры компании STMicroelectronics. / Юдин А. // Компоненты и технологии - 2009. - №2. - с. 28-31

В статье рассматриваются основные характеристики и особенности новых датчиков ускорения движения (акселерометров) компании STMicroelectronics, а также возможные области их применения.

МЭМС-технологии. Простое и доступное решение сложных системных задач. / Сысоева С. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2009. - № 7. - с. 80-89

В статье рассмотрены достоинства МЭМС-технологий. Приведены способы изготовления МЭМС: объемная и поверхностная микрообработка. Рассмотрены классы корпусов МЭМС-элементов, области применения акселерометров и рекомендации по выбору.

Датчики давления МИДА для систем коммерческого учета энергоносителей / Стучебников В.М. // Датчики и системы - 2009. - № 4. - с.38-40

Представлен ряд датчиков давления серии МИДА, разработанный промышленной группой МИДА. Рассмотрены особенности и технические характеристики этих датчиков.

Тонкопленочные микроэлектромеханические системы. Классификация и обобщенные системные модели датчиков давления на их основе /Белозубов Е.М., Белозубова Н.Е., Васильев В.А. // Датчики и системы - 2009. - № 3. - с. 6-11

Рассмотрены тонкопленочные тензорезисторные и емкостные микроэлектромеханические системы (МЭМС), предложена их классификация, представлены обобщенные системные модели тонкопленочных емкостных датчиков давления при их использовании в качестве чувствительных элементов соответствующих МЭМС.

МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы / Джафер Меджахед // Электронные компоненты - 2009. - № 12. - с.53-57

Большая популярность МЭМС-акселерометров и гироскопов обусловлена их широким потенциалом для использования как в бытовой, так и в промышленной технике. МЭМС-датчики широко применяются и в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, и в охранной сигнализации, в навигационных системах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования. С 2008 г. компания STMicroelectronics занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения для портативной и бытовой электроники, охранных, автомобильных и навигационных систем.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

10.04-32.464 Технология микроэлектромеханических систем / Тосиеси Е. // Seisan kenkyu = Mon. J. Inst. Ind. Sci. Univ. Tokyo. - 2009. - 61. - № 3. - с. 176.

10.03-32.238П Микроэлектронный датчик абсолютного давления и чувствительный элемент абсолютного давления: Пат. 2362133 Россия, МПКG 01 L 9/04 (2006.01)H 01 L 29/84 (2006.01) / Данилова Н. Л., Панков В. В., Суханов В. С.; Гос. Учрежд. Науч.-произв. комплекс Технол. центр Моск. Гос. ин-та электрон. техники. - № 2007148423/28; Заявл. 27.12.2007; Опубл. 20.07.2009

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обеспечения высокоточного измерения абсолютного давления в широком диапазоне температур и давлений. Техн. результатом изобретения является обеспечение защиты микроэлектронного датчика от воздействия окружающей среды, а также повышение его надежности, работоспособности и стабильности.

10.06-32.176 STMicroelectronics-мировой лидер в производстве датчиков движения / Райхман А. // Новости электрон. - 2009. - № 2. - с. 31.

Интегральные акселерометры, гироскопы и датчики перемещения, входящие в эту группу, основаны на MEMS-технологиях и применяются в производстве портативной и бытовой электроники и др. Большая популярность MEMS-акселерометров и гироскопов обусловлена широким полем использования как в бытовой так и индустриальной технике. Приведены краткие технические характеристики нескольких приборов, выпускаемых компанией.

10.09-32.106 Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах / Алтухов А. А., Митягин А. Ю., Могучев А. В., Митягина А. Б. // Технол. и конструир. в электрон. аппаратуре. - 2009. - № 4. - с. 27-29, 63.

Описана методика расчета и эксперим. способ определения основных параметров микродатчиков. Рассчитанные значения емкости первичных преобразователей датчиков хорошо согласуются с эксперим. значениями. Установлено, что емкость практически линейно зависит от измеряемого параметра

10.12-32.205 Поликремниевый МЭМС-акселерометр для измерения ударных ускорений. Результаты экспериментальных исследований и математического моделирования. Polysilicon MEMS accelerometers exposed to shocks: numerical-experimental investigation / Ghisi Aldo, Kalicinski Stanislaw, Mariani Stefano, De Wolf Ingrid, Corigliano Alberto // J. Micromech. and Microeng. : Structures, Devices and Systems. - 2009. - 19, № 3. - С. 035023/1-035023/12.

Разработан пьезорезисторный акселерометр для измерения ударных ускорений с пьезорезисторами из поликристаллического кремния, изготавливаемый по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС). Исследования характеристик акселерометра производились при измерениях ударных ускорений в пределах 90-5500 g. Проводилось математическое моделирование акселерометра как прибора с двумя степенями свободы, основной целью которого являлось определение его динамических характеристик. Поскольку характеристика преобразования акселерометра была нелинейной и между результатами экспериментальных и теоретических исследований существовали небольшие расхождения, было получено удовлетворительное совпадение основных свойств, связанных с его передаточной характеристикой, которые определялись результатами экспериментальных и теоретических исследований. Акселерометр сохранял свою работоспособность при перегрузках ударными импульсными ускорениями в 100 раз превышающими наибольшие измеряемые ускорения. 

Микроэлектронные датчики физических величин на основе МЭМС-технологий / Козин С., Федулов А., Пауткин В., Баринов И. // Компоненты и технологии - 2010. - № 1. - с.24-27

В статье приводятся примеры реализации разработанных в ОАО «НИИФИ» конструктивно-технологических решений (КТР) объемных кремниевых микроэлектромеханических структур (МЭМС). МЭМС необходимы при создании широкой номенклатуры микроэлектронных датчиков физических величин для ракетно-космической техники и общепромышленного применения.

Русская Ассоциация МЭМС - шаг вперед на пути развития МЭМС-технологий в России / Урманов Д. М. // Датчики и системы - 2010. - № 10. -с.73-75

В статье рассказывается о создании в России Русской Ассоциации МЭМС, ее деятельности и расширении связей между российскими специалистами-разработчиками МЭМС-технологий и их зарубежными партнерами.

Новые МЭМС-датчики STMicroelectronics / Староверов К. // Новости электроники - 2010. - № 6. - с.24-26

С 2008 г. компания STMicroelectronics (STM), занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения. Успех компании связан с передовыми рабочими характеристиками их продукции, которые дополняются малыми габаритами, простой применения, экономичностью и адекватной стоимостью. Ассортимент МЭМС-датчиков компании STM преимущественно составляют акселерометры и гироскопы, позволяющие контролировать параметры линейных и угловых перемещений, соответственно.

95 Ключевые сегменты рынка МЭМС-компонентов. Акселерометры /Сысоева С. // Компоненты и технологии - 2010. - № 3. - с. 20-26

В статье приводится обзор новых компонентов, применений, технологий MEMS. Среди МЭМС-компонентов сегодня доминируют датчики инерции, комбинированное использование в которых многих достижений технологий дает возможность производителям компонентов и оборудования предлагать разработчикам не только более гибкую архитектуру устройств (в сравнении с традиционной ASIC-моделью), но и улучшать их свойства. Компании демонстрируют свои новые MEMS-продукты, характеризующиеся постоянно повышающимися рабочими характеристиками, что и объясняет их массовую экспансию на различные сегменты рынка.

Статистический анализ полученных результатов.

Рисунок 1 - Общее количество статей по годам

Рисунок 2 - Количество статей в журналах, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин

Рисунок 3 - Количество статей авторов, занимающихся рассмотрением микроэлектронных датчиков механических величин

Современные датчики как источники информации определяют качество информационно-измерительных приборов и систем, управляющих сложными производственно-технологическими объектами. Из многих тысяч физических величин, подлежащих контролю и измерению, особенно востребованы следующие: давление (абсолютное давление и разность, пульсация давления, акустическое давление, абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление); температура; ускорение линейное и угловое, вибрация, удары; перемещение линейное и угловое, обороты; расход объемный и массовый4 уровень; деформации, сила, крутящий момент. Анализ развития датчиков и приборов на их основе показывает, что возможности выполнения задач, решаемых различными видами техники, в значительной степени зависят от эффективности использования датчиков. В будущем эта зависимость увеличится с ростом потребности в получении больших объемов высококачественной информации и развитием технологии датчиков в направлении повышения их функциональных возможностей.

Проведем анализ полученных результатов.

Из рисунка 1 видим, что наибольшее количество статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин, было в 2005 и 2007 годах.

Из рисунка 2 видим, что наибольшее количество статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин, было опубликовано в журнале «Датчики и системы».

Из рисунка 3 видим, что Михайлов П.Г. является автором наибольшего числа статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин.

Приложение Б. Доклад «Анализ научной периодической печати по разделу «Микроэлектронные сенсоры. Перспективы развития»»

Датчики - это устройства, преобразующие входной сигнал или физическое воздействие в электрический сигнал. Под микроэлектронными датчиками (МЭД) в современных технических системах обычно подразумевают ряд датчиков (сенсоров), изготавливаемых групповыми методами микроэлектронной технологии. Микроэлектронные датчики в сравнении с традиционными датчиками обладают расширенными функциональными возможностями.

Современный датчик должен иметь малые габариты и массу, высокую чувствительность, хорошую температурную стабильность и возможность предоставления выходной информации в цифровом виде.

Широкие возможности микроэлектронных технологий дали мощный импульс развитию микроэлектромеханических систем нового класса приборов, интенсивно развивающихся в последнее десятилетие.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - небольшие устройства, объединенные с полупроводниковыми приборами и сочетающие характеристики электронных схем и механических компонентов, - появились на рынке в 80-е годы прошлого столетия, хотя принцип их построения был предложен еще в 50-е годы. Но только сейчас они, наконец, нашли широкий спрос. Об этом свидетельствует тот факт, что в 2005 году общий объем средств, вложенных в развитие МЭМС и микросистем, превысил 1 млрд. долл.

Обычно указывают 7-8 направлений областей применения микроэлектромеханических систем: автомобильная техника, аэрокосмическая техника, бытовая техника, средства обеспечения безопасности, индустриальные системы, медицинская техника, техника телекоммуникаций.

Уже сейчас современный автомобиль трудно представить без МЭМС-акселерометров, отвечающих за активацию подушек безопасности. Датчики давления применяются в автомобильной и авиационной технике, в компьютерных джойстиках и сложном навигационном оборудовании космических станций используют гироскопы с применением МЭМС-технологий, применяя микрозеркала, создают дисплеи и оптические коммутаторы.

Быстрое развитие МЭМС-технологий во многом объясняется их ключевыми достоинствами - миниатюрностью, функциональностью, надежностью, малым энергопотреблением, простотой интегрирования, востребованностью практически всеми рынками электроники.

Сегодня ежегодные объемы продаж изделий микроэлектроники превышают 200 млрд. долл., компонентов на основе МЭМС - примерно 10 млрд. долл. Объем продаж на мировом рынке в 2011 году достигнет 10 млрд. долл. Уже сегодня поставляемые на рынок компоненты характеризуются высоким уровнем технологии. Производство МЭМС расширяется, возникают новые области применения, особенно в медицине и промышленности.

Технологии МЭМС непрерывно развиваются, совершенствуются методы производства и измерений. Сегодня МЭМС изготавливаются по технологии либо объемной, либо поверхностной обработки. Объемная микрообработка- это расширенная микроэлектронная технология, позволяющая изготавливать трехмерные МЭМС на кремниевой подложке с помощью анизотропного травления кремния с использованием в качестве масок пленок SiO2, Si3N4, хрома, золота. Недостаток этого метода - зависимость геометрии микроструктуры от кристаллической структуры подложки. Поэтому для формирования МЭМС-системы проводят либо глубокое анизотропное сухое травление (например, реактивное травление газовой плазмой), либо соединяют две подложки (кремниевую с кремниевой или кремниевую со стеклянной), на каждой из которых изготовлена МЭМС-структура и микросхема. Это позволяет создавать более сложные трехмерные МЭМС-элементы.

Поверхностная микрообработка позволила с меньшими усилиями создавать более сложные, многокомпонентные интегрированные МЭМС-структуры, формируемые в слоях жертвенного материала, и явилась значительным технологическим достижением. Подложка в основном служит механической основой, на которую осаждаются слои структурного и жертвенного материала. Жертвенный материал после создания требуемой структуры удаляется с помощью химического растворителя, освобождая подвижный элемент. Наиболее широко в качестве структурного материала используется поликремний, в качестве жертвенного материала - SiO2. После создания МЭМС-структуры к ней с помощью стандартной полупроводниковой технологии могут быть добавлены электронные устройства.

Альтернативой микрообработке является технология микролитья, в процессе которого микроструктуры формируются с помощью литейных форм только там, где нужны, без последующего травления. Для получения подвижного элемента МЭМС-структуры достаточно лишь удалить форму.

Одна из популярных технологий формирования МЭМС- структур предусматривает последовательное проведение процессов литографии, гальванопокрытия и микролитья. Эта технология, известная под названием LIGA (Lithographie, Galvanoformung und Abformung), позволяет создавать трехмерные структуры с высоким аспектным соотношением, используя разнообразные материалы - металлы, полимеры, керамику, стекло.

Компания VTI Technologies реализовала новый принцип построения интегрированных МЭМС/КМОП-систем, получивших название кристалл-на-МЭМС (Chip-on-МЭМС, CoM). Согласно этой технологии, МЭМС и специализированная микросхема изготавливаются на отдельных подложках, что позволяет провести их полные испытания до объединения. Важное достоинство предложенной технологии - уменьшение размера МЭМС-датчика на одну треть по сравнению с размером существующих устройств. Площадь МЭМС/КМОП-датчика, выполненного по CoM-технологии, составляла всего 4 мм2, толщина - 1 мм.

Для изготовления современных миниатюрных электронных устройств перспективна и технология монтажа бескорпусных кристаллов на печатной плате (Chip-on-Board, CoB).

Совмещение CoM- и CoB-технологий обеспечивает большую гибкость и лучшую приспособляемость производственного процесса к конструктивным изменениям, предоставляет больше возможностей контроля и исправления ошибок.

Сегодня МЭМС объединяют с наноэлектромеханическими системами, что позволяет расширять их применение, прежде всего в биосистемах, радиочастотных устройствах и акселерометрах. В результате на смену традиционно используемым в полупроводниковой технологии операциям фотолитографии и травления приходит более дешевый метод - наноимпринтлитография. Наноимпринтлитография проще в исполнении, чем традиционная фотолитография, не требует сложной оптики, применения опасных химических веществ, мощных источников питания, позволяет работать с широким диапазоном фоторезистов и создавать трехмерные структуры. Благодаря стремительному развитию эта технология уже позволяет получать рисунки с минимальными размерами менее 10 нм.

Давление - одна из самых важных измеряемых переменных в системах управления, промышленности, биомедицинских исследованиях, поэтому датчики давления - наиболее широко используемые первичные преобразователи физических величин.

По виду измеряемого давления различают абсолютные (для измерения абсолютного давления), дифференциальные (для измерения разности давлений), относительные (для измерения избыточного над атмосферным давления) и вакуумные (для измерения степени разрежения) датчики давления. Абсолютные датчики работают в диапазоне давлений 100...700 кПа, а дифференциальные - в диапазоне 4... 1000 кПа.

К важнейшим техническим характеристикам микродатчиков давления (МДД) относятся рабочий диапазон измерения, чувствительность к измеряемому давлению, выходное напряжение.

Датчики давления конструктивно состоят из ЧЭ, воспринимающего давление, и преобразователей (перемещений, деформации, силы), собранных в корпусе, конструкции которых весьма разнообразны. ЧЭ датчиков давления является тонкая, чаще кремниевая пластинка, которую условно можно назвать мембраной, как правило прямоугольная или круглая в плане.

Рисунок 4 - Конструктивная схема датчика давления:

- ЧЭ (мембрана); 2 - корпус; 3 - соединительный провод; 4 - кремниевая пластина; 5 - стальная пластина; 6 - гель

На рисунке 4 показана конструктивная схема датчика давления с базовым круглым корпусом. Корпус имеет верхнюю защитную крышку из нержавеющей стали с отверстием, через которое подается измеряемое давление р1 . ЧЭ 1 (мембрана) приклеен к внутренней поверхности расточки корпуса 2 и защищен специальным гелем 6, который равномерно перераспределяет давление на мембрану и изолирует выводы 3 от внешней среды. В нижней части корпуса имеется отверстие, через которое на нижнюю часть датчика подается второе измеряемое давление (подаваемое по трубке при дифференциальном датчике или атмосферное давление при относительном датчике).

В конструкциях датчиков давления используются различные типы чувствительных элементов, однако одним из самых распространенных является тот, что построен на основе полупроводниковых технологий, а конкретно - тензорезистивного эффекта. В полупроводниковых чувствительных элементах (ПЧЭ) датчиков давлений существуют следующие недостатки: в ПЧЭ, изготовленных на основе объемного кремния, наличие p-n-переходов не позволяет функционировать средствам измерений при температурах свыше 120°С и иметь стабильные во времени параметры (ток утечки, сопротивление изоляции, сопротивление тензорезисторов и т. д.); в ПЧЭ на основе поликремния с изоляцией тензорезисторов пленкой двуокиси кремния из-за низкой тензочувствительности поликремния средства измерений на основе таких ПЧЭ имеют малую амплитуду выходного сигнала; в ПЧЭ на основе структур «кремний-на-сапфире» (КНС) к недостаткам относятся трудность профилирования сапфира, различие кристаллических решеток кремния и сапфира, невозможность применения групповой технологии изготовления ПЧЭ и высокая стоимость сапфира. Все это снижает метрологические и эксплуатационные характеристики датчиков давлений. В то же время применение в ПЧЭ структуры «кремний-на-диэлектрике» (КНД) обеспечивает работоспособность средств измерений давлений в экстремальных условиях (повышенные и криогенные температуры, ионизирующее излучение, электромагнитные поля и токи источников естественного и искусственного происхождения и т. д.) и стабильность их параметров в процессе длительной эксплуатации.

Наряду с широко известными микроэлектромеханическими системами (МЭМС), основанными на кремниевой технологии, существуют МЭМС, в основе которых лежит тонкопленочная (металлопленочная) технология. Тонкопленочные микроэлектромеханические системы (ТМЭМС) достаточно широко используются в качестве чувствительных элементов датчиков различных физических величин. Отличительной особенностью современных ТМЭМС является возможность работы в экстремальных условиях эксплуатации, часто недоступных для других систем. Например, рабочий диапазон температур датчиков давления, построенных на основе ТМЭМС, находится в пределах от -253 до +300 °С. Поэтому датчики давления на основе ТМЭМС нашли самое широкое применение в ответственных системах телеметрии и управления. В настоящее время для этих целей наиболее широко используются два достаточно больших класса ТМЭМС: тонкопленочные тензорезисторные МЭМС (ТТМЭМС) и тонкопленочные емкостные МЭМС (TEMЭMC).

Акселерометры (датчики ускорения, перемещения и ориентации) измеряют пять основных параметров: перемещение объекта, его положение, наклон, вибрацию и удар. Среди коммерчески успешных датчиков выделяются пьезоэлектрические, пьезорезистивные и емкостные акселерометры. Кроме того, разработаны тепловые акселерометры (МЭМСic), из лабораторий выходят туннельные, микрооптические и микрожидкостные датчики ускорения.

Выбор акселерометра прежде всего зависит от области его применения, при этом приоритетными критериями выбора являются регистрируемый параметр (ускорение, движение или вибрация), диапазон его значений, статические или динамические условия работы.

В число основных применений акселерометров входят системы:

детектирования движения, т.е. измерения ускорения, вычисления скорости и перемещения объекта методом интегрирования;

измерения вибрации (высокочастотной или низкочастотной);

регистрации ударов;

определения наклона/гравитации (инклинометры);

измерения указанных параметров при высоких и низких температурах, в условиях радиационного воздействия;

многоканальные.

Акселерометры состоят из инерционной массы, которая с помощью упругих элементов подвеса смонтирована в корпусе. Реализация выходного сигнала и принципа измерения обеспечивается преобразователями смещений, деформаций, сил и электроникой.

По виду движений инерционной массы акселерометры делятся на осевые и маятниковые. В осевых акселерометрах конструкция упругого подвеса обеспечивает прямолинейное движение инерционной массы, а в маятниковых - угловое. У акселерометра выделяют ось чувствительности и перпендикулярные к ней поперечные оси. Ось чувствительности - это ось, в направлении которой возможно перемещение инерционной массы, обусловленное конструкцией подвеса. Акселерометры с одной осью чувствительности называют одноосевые. В этом корпусе могут быть установлены чувствительный элемент (ЧЭ) с разным направлением осей чувствительности (двух- и трехосевые акселерометры). Основным конструктивным узлом микроакселерометров являются чувствительные элементы, которые приведены на рисунке 5. ЧЭ включает в себя инерционную массу 1, упругие элементы подвеса 2, и опорную рамку 3.

а,б - ЧЭ с крестообазным подвесом; в,г - ЧЭ с z-образным подвесом; д - ЧЭ с z-образным симметричным подвесом; е - ЧЭ с параллельным подвесом; 1 - инерционная масса, 2 - упругие элементы; 3- опорная рамка.

Современные датчики инерции по большей части являются трехосевыми, что позволяет одно любое такое устройство использовать для обнаружения падения, детектирования наклона, ориентации, жестов, инерциальной навигации.

В технике широко применяются новые поколения датчиков физических величин, разработанных фирмами Kulite, Honeywell, Omega, Motorola, Endevco, Analog Devices (США), Auxitrol (Франция), Druck (Великобритания), Siemens (Германия), Kistler, STMicroelectronics (Швейцария) и др. на основе современных достижений микроэлектроники и микросистемотехники.

К отечественным производителям датчиков давления можно отнести такие предприятии, как ПГ "Метран", ЗАО "Манометр", ПГ "Мида", разработкой занимаются ФГУП "НИИ физических измерений" ( г. Пенза), "НИИ "Теплоприбор" (г. Москва), ОАО" НПП" Темп-Авиа"(г. Арзамас), ЗАО" Орлекс" (г. Орел) и т.д.

Рисунок 6 - а - акселерометр компании Freescale MMA7660FC б - акселерометр CMA3000 VTI

Рисунок 7 - Корпуса аскселерометров STM

Рисунок 8 - Датчики фирмы Honeywell

Рисунок 9 - Датчик отечественного производителя «Мида»

Надежность, масштабируемость, чувствительность и относительная дешевизна МЭМС-технологии обеспечивают широкие возможности ее применения в промышленной автоматизации. Среди МЭМС-датчиков наибольшее влияние на промышленную автоматизацию оказали датчики давления и инерциальные датчики, такие как акселерометры и гироскопы. Например, датчики давления, полученные путем микрообработки кремния, используются в управлении технологическими процессами (ТП), при испытаниях автомобильной техники, контроле и мониторинге гидравлических и пневматических систем. Такие датчики давления также широко применяются при мониторинге состояния холодильного оборудования, восстановлении хладагентов, управлении вентиляторами систем кондиционирования, измерении переменного объема воздуха, обнаружении утечек и сбросов давления и при решении многих других задач промышленной автоматизации.

Хотя МЭМС-датчики находят применение и в здравоохранении, и в аэрокосмических приложениях, и в промышленности, основными движущими силами их развития на ближайшие годы станут автомобилестроение и бытовая электроника. Основные применения - МЭМС-датчиков в автомобильной промышленности - восприятие давления и инерциальных величин; и те, и другие в ближайшее десятилетие претерпят бурный рост.

Рьночные аналитики Frost & Sullivan прогнозируют рост продаж автомобильных датчиков давления до более чем 700 млн долл. в 2012 г. К этому сектору рынка относят датчики давлении для управления двигателем, измерения давления тормозной жидкости и давления в системе рециркуляции выхлопных газов. Росту популярности МЭМС-датчиков будут способствовать как внедрение в странах с развивающейся экономикой строгих евростандартов, ограничивающих выбросы вредных веществ, так и рост цен на топливо, что ведет к увеличению продаж автомобилей с более экономичными двигателями.

Акселерометры в автомобилях используются в подушках безопасности, для контроля опрокидывания и электронного управления устойчивостью, в системой навигации и безопасности, в активной подвеске.

Электроника на основе МЭМС может защитить вычислительную технику от механических повреждений. Если, например, ноутбук уронили, то МЭМС-акселерометры обнаружат падение и подадут сигнал жесткому диску о переводе считывающей головки в безопасное положение. Тенденция к установке жестких дисков повышенной емкости на небольших компьютерах вынуждает производителей использовать акселерометры в качестве средств предохранения от потери информации. Производители постоянно ищут способы повышения конкурентоспособности своих продуктов путем придания им новых возможностей. Акселерометры применяются в мобильных телефонах для повышения устойчивости изображения, обнаружения ударных воздействий, навигации по меню, прокрутки текста, управления игровыми функциями, активации режима молчания и других функций.

Активное развитие мобильных устройств возвело акселерометры (датчики ускорения, перемещения и ориентации) в разряд базовых массовых компонентов современной продукции. К 2010 г. рост рынка МЭМС-акселерометров составит 14,1 %, а с 2011 по 2012 гг. ожидается удвоение этого сегмента. В настоящее время 40 % выпускаемых акселерометров находит свое применение в автомобильной промышленности, а в мобильных телефонах и другой потребительской электронике пока используется лишь 22% всего объема этих чипов.

При этом доля такого применения будет увеличиваться. К 2013 г. рынок акселерометров вырастет до 1,7 млрд долл. В ближайшие годы ожидается рост спроса на МЭМС-устройства для ПК.

Приложение В. ОСТ1 90013-81 «Сплавы титановые.Марки»

Настоящий отраслевой стандарт распространяется на титан и титановые сплавы, обрабатываемые давлением, предназначенные для изготовления полуфабрикатов.

Химический состав и условное обозначение марок технического титана и титановых сплавов должно соответствовать указанным в таблице.

. В техническом титане марки ВT1-00 допускается содержание алюминия не более 0,30%, а в техническом титане марки BT1-0 не более 0,7%.

. В сплаве марки ВТ5 допускается содержание молибдена не более 0,8% и ванадия не более 1,2%.

. В сплаве марки BT5-1 допускается содержание ванадия не более 1,0%.

. В сварочной проволоке из технического титана марки BT1-00 допускается содержание алюминия не более 0,2%, азота - не более 0,03%, допускается содержание кислорода, не более 0,12% а водорода - не более 0,0035.

. В сплаве марки ВТ6, предназначенном для изготовления полуфабрикатов для баллонов высокого давления и крепежа, содержание алюминия должно быть 5,3-6,5%, ванадия 3,5-4,5%, кислорода и железа, соответственно, не более: 0,15 и 0,25%.

Сплав такого состава маркируется дополнительно буквой "С" (ВТ6С).

Во всех остальных случаях содержание алюминия в сплаве должно находиться в пределах 5,5-6,8%.

Примечание. При изготовлении полуфабрикатов из сплава ВТ6 по техдокументации, предусматривающей минимальный уровень временного сопротивления 95 кгс/мм2, допускается содержание алюминия и ванадия, соответственно не более 7,0 и 5,5%.

. В полуфабрикатах из сплава ВТ8, кроме штамповок лопаток, дисков и заготовок для них, допускается содержание алюминия до 7,3%.

. В плоском прокате из сплава марки BT14 толщиной до 10 мм содержание алюминия должно быть 3,5-4,5%, а в остальных видах полуфабрикатов - 4,5-6,3%.

. В сплаве марки BT15 допускается содержание циркония не более 1,5%.

. В полуфабрикатах из сплава марки BT16, предназначенных для изготовления крепежных деталей (кроме заклепок) содержание алюминия должно быть 2,2-3,8%, а в остальных видах полуфабрикатов - 1,8-3,4%.

Примечание. Назначение сплава для заклепок оговаривается в заказе.

. В сплаве марки BT18 суммарное содержание молибдена и ниобия должно находиться в пределах 0,9-2,1%.

. Во всех сплавах, содержащих в качестве основного компонента молибден, допускается частичная замена его вольфрамом в количестве не более 0,3%. Суммарное содержание молибдена и вольфрама не должно превышать норм, предусмотренных таблицей для молибдена.

. Во всех сплавах, не содержащих в качестве основных компонентов хром и марганец, последние допускаются в количестве не более 0,15% (в сумме).

. В титане и сплавах допускается медь и никель в количестве не более 0,10% (в сумме), в том числе никель не более 0,08%.

. В графу «Сумма прочих примесей» входят элементы, оговоренные в п.п. 12 и 13, а также другие элементы, указанные в таблице химического состава, но не регламентированные как примеси.

. Допускается ужесточение содержания примесей в титане и сплавах, а также сужение пределов по содержанию основных компонентов по нормативно-технической документации на поставку полуфабрикатов.

. Химический состав титана и титановых сплавов определяется по ГОСТ 19663.0-80 - ГОСТ 19863.13-80, ГОСТ 23902-79 или другими методами, обеспечивающими точность не ниже, чем в вышеуказанных стандартах.

В случае разногласий в оценке химического состава определение производится по ГОСТ 19863.0-80 - ГОСТ 19863.13-80, ГОСТ 23902-79.

Цветные металлы

ОСТ1 90013-81. Сплавы титановые. Марки

ИЗМЕНЕНИЕ № 5х)

В таблице химического состава после сплава марки ВТ6 записать сплав марки ВТ6С следующего состава:

Основные компоненты -

Титан - основа

Алшикий - 5,3-6,5%

Ванадий - 3,5-4,5%

Примеси, не более

Углерод - 0,10%

Железо - 0,25%

Кремний - 0,15%

Цирконий - 0,30%

Кислород - 0,15%

Азот - 0,04%

Водород - 0,015%

Сумма прочих примесей - 0,30%

Пункт 5 изложить в новой редакции:

«5. В сплаве марки BT3-1, предназначенном для изготовления штамповок лопаток и лопаточной заготовки, верхний предел содержания алюминия должен быть не более 6,8%.

При изготовлении полуфабрикатов из сплава марки BT6 по техдокументации, предусматривающей минимальный уровень временного сопротивления 95 кгс/мм2, допускается содержание алюминия и ванадия, соответственно не более 7,0 и 5,5%.»

Цветные металлы

ОСТ1 90013-81. Сплавы титановые. Марки

ИЗМЕНЕНИЕ № 1

Таблицу химического состава дополнить сплавом марки ВТ23 со следующим химическим составом:

Продолжение

Продолжение

Ввести пункт 7а в следующей редакции:

«7а. В плоском прокате из сплава марки ВТ23 толщиной до 10 мм содержание алюминия должно быть 4,0-5,5%, а в остальных видах полуфабрикатов 5,2-6,3%.

Срок введения с 01.01.1982 г.

Таблица

Приложение Г. Таблица кодовых значений