Измерительный метод определения качества продукции

Показателями качества продукции являются числовые характеристики одного или многих свойств продукции, определяющих ее качество, и взятые в установленных условиях ее изготовления и эксплуатации.

Критерием разделения методов определения значений показателей качества продукции являются способы и источники полученных сведений о качестве интересующей нас продукции.

Измерительный метод. При использовании данного метода определения значений показателей качества, информация об интересующей нас продукции получается при помощи непосредственных измерений различными техническими средствами измерения. Полученные результаты, как правило, необходимо преобразовывать при помощи соответствующих пересчетов к нормальным или стандартным условиям.

Основой регистрационного метода являются сведения, полученные путем подсчета количества определенных событий или издержек, например, числа отказов изделия при проведении испытаний. При помощи данного метода определяются, например, показатели унификации.

Органолептический метод базируется на использовании результатов анализа восприятия продукции зрением, осязанием, обонянием, слухом, осязанием и вкусом. Значения показателей выражаются в баллах, которые находятся путем анализа полученных результатов на основе имеющегося опыта. При использовании данного метода допустимо применение таких технических средств, как лупа, микроскоп и др.

Расчетный метод базируется на данных, полученных при помощи эмпирических и теоретических зависимостей.

Методы определения показателей качества делятся на экспертный, традиционный и социологический в зависимости от источника используемой информации.

Традиционный метод определения значений показателя качества продукции осуществляется уполномоченными должностными лицами специальных экспериментальных подразделений и расчетных отделов предприятий и организаций.

Экспертный метод определения значений показателей качества продукции осуществляется экспертами и специалистами (товароведами, дегустаторами и др.). Данный метод используется для определения таких показателей качества, которые невозможно определить более эффективными методами.

Социологический метод определения показателей качества продукции осуществляется непосредственными или потенциальными потребителями данной продукции. Сбор информации, необходимой для данного метода, осуществляется путем проведения социологических опросов, распространения специальных анкет и организации разного рода дегустаций.

Регистрационные методы — это методы определения значений показателей качества товара, осуществляемые на основе наблюдения и подсчета числа определенных событий, предметов и затрат. Они позволяют определить количество отказов изделия при испытаниях, затраты на создание и (или) эксплуатацию товара, число частей сложного изделия.

Социологический метод определения качества товара

Социологический метод определения качества товара основан на сборе и анализе мнений потребителей о качестве товара. Он используется для оценки как непродовольственных, так и продовольственных товаров; для установления предпочтений потребителей, их удовлетворенности товаром; выявления реакции потребителей на изменение рецептуры и технологических режимов производства пищевых продуктов, сравнительной оценки традиционных и новых продуктов.

Социологический метод является наиболее информативным и доступным методом определения качества товара в торговле. Результаты исследований, основанные на данном методе, позволяют судить, соответствует товар запросам конкретных потребителей или нет.

С этой целью к оценке качества, например, детских товаров привлекают детей соответствующего возраста и их родителей, для оценки новых диетических продуктов — людей, соблюдающих специальную диету.

Сравнение образцов потребители производят по памяти или сопоставлением с контрольным образцом.

Балльная оценка при определении показателей качества товара

Определение показателей качества товаров в баллах проводится в случае, когда установить значения показателей качества в естественных единицах измерения в рамках органолептического, экспертного, социологического методов невозможно. Балльная оценка используется в публикациях, предназначенных для рекламы товаров. Цель применения балльной системы — сделать более наглядными результаты оценки качества для потребителя.

Количественные значения показателей качества при проведении некоторых измерений могут выражаться в виде баллов (доля от единицы или %) по условной шкале с возрастающей последовательностью чисел, каждое из которых соответствует определенному уровню того или иного показателя качества. Балльная шкала служит для назначения товарам количественной оценки, которая является мерой выражения качественного уровня признака, и может выглядеть следующим образом (табл. 10.3).

В отечественной практике используют различные принципы построения балльных шкал.

В некоторых случаях балльные шкалы создаются с использованием коэффициентов весомости (важности, значимости) для отдельных показателей качества.

Шкала предусматривает характеристику каждого оцениваемого показателя товара с критериями выставления оценки. Критерии оценки должны быть однозначными, изложены распространенными терминами, позволять четко различать ступени деления по категориям. Описание критерия оценки показателя качества должно содержать терминологию, стандартную для оцениваемого показателя данного товара.

Таблица 10.3

Шкала четырехбалльной оценки потребительских свойств товаров

Критерий оценки

Оценка,

баллы

Соответствует уровню потребительских свойств лучших отечественных и иностранных товаров или превосходит их

4,0-3,1

Соответствует уровню лучших отечественных образцов и допускает возможность продажи как на внутреннем, так и на внешнем рынке

3,0-2,1

Удовлетворяет требования отдельных групп потребителей на внутреннем рынке

2,0-1,1

Не соответствует современным требованиям потребителей

Таблица 10.4

Шкала оценки запаха питьевой воды

Интенсивность запаха

Характер проявления запаха

Оценка интенсивности запаха, баллы

Нет

Запах не ощущается

Очень слабая

Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании

Слабая

Запах замечается потребителем, если обратить на это внимание

Заметная

Запах легко замечается и вызывает неодобрительные отзывы о воде

Отчетливая

Запах обращает на себя внимание и заставляет удержаться от питья

Очень сильная

Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Количество оценочных точек может не совпадать с числом баллов, так как баллы могут делиться на доли (1,1- 1,5-1,7 балла и т.д.) или при оценке могут использовать не все баллы (5, 10, 15, 20-50 баллов и т.д.). Например, шкала с наибольшей оценкой пять баллов с градацией через 0,5 балла имеет такой же диапазон, как шкала с высшей оценкой 10 баллов и градацией через 1 балл и аналогично шкала с максимальной оценкой 100 баллов и градацией через 10 баллов. Если в этих балльных шкалах не используется 0, то все они имеют одинаковый диапазон с 10 уровнями качества.

Для экспертной оценки качества товаров специалисты рекомендуют использовать шкалы с нечетным числом уровней качества, например с тремя, пятью, семью, девятью градациями качества, которые могут совпадать или не совпадать с количеством баллов (см. ирил. 3).

Наиболее удобными и точными считаются пятибалльные шкалы. При введении оценок в 0,5 балла шкала становится 9-балльной, т.е. более подробной.

Наиболее часто используют шкалы с 5 и 7 категориями качества товара.

Таблица 10.5

Балльные шкалы экспертной оценки

Пятибалльная шкала

Пятибалльная шкала с шагом 0,5

Оценка

Число

баллов

Оценка

Число

баллов

Отлично

Отлично, улучшать не требуется

Не ясно, хорошо или отлично

4,5

Хорошо

Хорошо, желательно улучшить

Не ясно, посредственно или хорошо

3,5

Вполне

удовлетворительно

Посредственно, необходимо улучшить при модернизации

Не ясно, удовлетворительная или нет

2,5

Удовлетворительно

Плохо, но бывает и хуже

Не ясно, бывает ли хуже

1,5

Плохо

Хуже быть не может

Недостатком балльных шкал с большим числом баллов или большим количеством уровней качества, является наличие «мертвых зон» с неудовлетворительными оценками, которые, как правило, эксперты в работе не используют.

При разработке балльных шкал градацию шкалы специалисты определяют в зависимости от поставленной задачи, качества экспертов, необходимой точности результатов и возможности словесного описания критериев оценки. Оптимальная шкала удовлетворяет основному условию: каждый балл шкалы должен отвечать другому уровню качества, воспринимаемому экспертом. Наиболее удобны шкалы, в которых по каждому показателю качества определено одинаковое число баллов.

Результаты балльной оценки подвергаются математико-статистической обработке. Определяют среднее арифметическое значение балльных оценок, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации. Если исследуемые образцы однородны, оценки однозначны отклонение по 5-балльной шкале не должно превышать 0,5 балла.

При проведении социологического опроса потребителей используют метод предпочтительности и приемлемости со шкалой желательности. Этот метод позволяет установить лучший образец и степень его желательности в зависимости от какого-либо фактора: изменения рецептуры, условий и сроков хранения, технологического режима и т.д.

Процент нежелательности рассчитывают как отношение нежелательных оценок по каждому образцу к общему количеству оценок. В табл. 10.6 показан пример сводного дегустационного листа для образцов А, Б, В, Г, оцененных комиссией из 20 человек.

Метод предпочтения основан на определении степени предпочтения одного или нескольких товаров, выбранных из ряда представленных для оценки проб, с помощью гедонической шкалы (от греч. hedone — наслаждение), которая отражает степень приемлемости и предпочтения в интервале «нравится — не нравится».

Потребителям задают простые вопросы и используют «легкие» шкалы оценки. При опросе по словесной шкале потребители ставят отметку рядом с формулировкой, отражающей степень желательности или нежелательности.

Обработка результатов опроса происходит путем подсчета количества ответов но каждой категории желательности и анализа разногласий. При этом самому высокому уровню желательности присваивается 9 баллов, а ответу «очень нежелательный» — 1 балл.

Таблица 10.6

Пример оценки товара марок А, Б, В, Г

Уровень желательности

Количество оценок по образцам

А

Б

В

Г

Очень желательный

Весьма желательный

Среднежелательный

Маложелательный

Нейтральный

Слегка нежелательный

Средненежелательный

Весьма нежелательный

Очень нежелательный

Всего оценок

Число нежелательных оценок

Процент нежелательности

Одна из зарубежных разработок представляет собой шкалу из девяти уровней, расположенных между двумя пределами: «я буду употреблять (или потреблять, или покупать) этот продукт, когда только смогу» и «я буду употреблять (или потреблять, или покупать) этот продукт, только если меня заставят это сделать». Шкала предназначена для получения от потребителей ответа на вопрос, будут ли они потреблять данный продукт.

Потребительская желательность является важным критерием оценки качества товара, однако отношение потребителя к продукту зависит от многих субъективных (например, привычка, предубеждение) и объективных (экономических, рекламных) факторов.

Отечественные методики потребительских оценок предлагают использовать типовые балльные шкалы с четырьмя уровнями качества, известными нашим покупателям «со школьной скамьи» — «отлично», «хорошо, «удовлетворительно», «неудовлетворительно». Обработка результатов проводится таким же образом. Например, при опросе 100 потребителей 50 человек оценили внешний вид бытового пылесоса в 5 баллов, 30 человек — в 4, 20 — в 3 балла.

Среднее арифметическое взвешенное рассчитывается по формуле

(65)

Для приведенного примера

Основы математико-статистической обработки результатов измерений

Обработка результатов измерений показателей качества товаров проводится с целью подтверждения достоверности определений и установления погрешности измерений.

Погрешность измерения — это отклонение результата измерения от действительного значения измеряемой величины.

По форме представления погрешности бывают следующих видов.

Абсолютная — эта погрешность результата измерений, выражаемая в единицах измеряемой величины, представляет собой разность между измеренными и истинными (действительными) значениями измеряемой величины:

(66)

где Xизм — значение измеряемой величины, полученное в ходе измерения; Хдейств (Хист) — действительное (истинное) значение измеряемой величины.

Относительная погрешность — это отношение абсолютной погрешности к истинному (действительному) значению измеряемой величины:

(67)

где Δ — абсолютная погрешность результата измерений; Хист — истинное значение измеряемой величины.

Приведенная погрешность представляет собой соотношение абсолютной погрешности к нормирующему значению, которое в зависимости от типа измерительного прибора принимается равным верхнему пределу измерений (в случае если нижний предел — нулевое значение односторонней шкалы прибора).

(68)

где Δ — абсолютная погрешность результата измерений; Xнорм — нормируемое значение измеряемой величины.

По характеру измерения результатов при повторных измерениях погрешности делят на систематические и случайные. Систематические при повторных измерениях остаются постоянными, или изменяются закономерно, обычно прогрессируя; случайные изменяют при повторных измерениях непредвиденно, случайным образом.

Обработка результатов измерений методами математической статистики включает в себя определение среднего арифметического значения результатов измерений, определение среднего квадратического отклонения и коэффициента вариации.

Среднее арифметическое значение результатов измерений вычисляется по формуле

(69)

где X — среднее арифметическое значение результатов измерений; хi — значение i-го показателя измерений; п — число измерений.

Среднее квадратическое отклонение (S) результатов измерений характеризует абсолютную изменчивость исследуемого показателя.

Дисперсия и среднее квадратическое отклонение вычисляются по формулам:

дисперсия:

(70)

среднеквадратическое отклонение:

при п < 30, (71)

где хi — значение i-го показателя измерений;- среднее арифметическое значение результатов измерений; п — число измерений.

Коэффициент вариации (υ) характеризует относительную изменчивость (степень колебания) показателя.

Коэффициент вариации рассчитывается по формуле

(72)

В зависимости от методов определения показателей качества товара в среднем при υ < 10% колеблемость результатов считают высокой, в пределах 15-20% — колеблемость результатов считают значительной, свыше 20% — крайне высокой.

Для установления взаимосвязи показателей состава и конструкции с показателями качества товаров применяется корреляционный метод. Согласно этому методу коэффициент корреляции рассчитывается по формуле

Умеют ли в России создавать действительно безопасные продукты питания?

В рамках научно-практической части агропромышленной выставки «Золотая осень 2013» состоялся круглый стол «Российские птицепродукты: факторы обеспечения безопасности конкурентоспособности в современных условиях». Предлагаем вашему вниманию фрагменты выступления Юрия Красюкова, завотделом ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт птицеперерабатывающей промышленности» Россельхозакадемии. В своем докладе он рассказал о новых методах, разработанных для контроля качества продукции в отрасли птицеводства.

Методы контроля качества продукции

Для обеспечения контроля качества пищевых продуктов в России существует около 150 нормативных документов, в которых установлены требования к методикам контроля качества.

Из них 86 национальных и государственных стандартов, разработанных в рамках Ростехрегулирования и 84 указания, разработанных в Роспотребнадзоре.

Следует отметить, что за последние 2 года из всех этих 150 стандартов было разработано 48 межгосударственных стандартов. Но это не означает, что появились какие-то новые и современные методы, просто, в связи со вступлением в Евросоюз, все российские стандарты обновились и стали межгосударственными.

Запланированы на стадии обработки и утверждения еще 19 национальных стандартов, также на стадии утверждения находятся более 20 межнациональных и европейских стандартов.

Все методы контроля качества продукции можно разделить на 3 большие группы:

1. Определение безопасности продукции;

2. Определение химического состава и пищевой ценности;

3. Контроль качества и идентификация.

Больше всего стандартов связано с определением наличия токсичных элементов в мясе бройлеров или яйцах. Эти стандарты разрабатывались в основном производителями оборудования для контроля нестатичных элементов в продукции. С другой стороны, по пестициам, к примеру, мы имеем стандартов очень мало. Сейчас находится один такой стандарт в разработке, а те, которые изданы Роспотребнадзором, все разработаны более 30 лет назад и уже сильно устарели.

Хотя, по данным ВНИИ Птицеперераьтывающей промышленности, в яичных продуктах до сих пор часто встречается ДДТ, ГХЦГ и прочие пестициды, запрещенные уже много лет тому назад.

Антибиотики в пищевых продуктах

Последнее время, благодаря усилиям ветеринарных НИИ разработан целый ряд современных методик определения наличия антибиотиков в продукции. До недавнего времени этот анализ проводили за счет простых методов на основе микробиологических или ферментных тестов. Но недавно появилось такое исследование как хромато-масс-спектрометрическое определение наличия антибиотиков в продукции и сейчас уже разработан целый ряд методик, несколько из которых уже утверждены и еще несколько стоят в плане на утверждение. По данным ВНИИ Птицеперераьтывающей промышленности, если в яичных продуктах в 2012 году было 20% остатков антибиотиков, то в 2013 году уже 80% случаев определения в продукции этих веществ.

Энтеротоксины

Роспотребнадзор проводит исследования по разработке метода определения энтеротоксинов. Если продукт загрязнен микроорганизмами, они вырабатывают токсины. Яйцо или курицу можно сварить, чтобы убить микробы, а токсины при такой обработке остаются. У Роспотребнадзора уже разработана методика определения на стафилококковый энтеротоксин. Но поскольку исследования проводились пока еще в незначительных количествах,статистики по загрязнению продуктов питания этими токсинами пока нет.

Наночастицы

Также Роспотребназдор выпустил недавно целый ряд методических указаний по определению наночастиц в пищевых продуктах. Оказалось, что наночастицы представляют большую опасность для здоровья. Из-за своего размера клетками и защитными механизмами организма они попросту не воспринимаются. Даже ДДТ со временем выводится из организма, а наночастицы никак не изменяются внутренней средой организма человека, и могут быть крайне опасны.

Хлор в продуктах

Роспотребнадзор разработал методику для предотвращения применения хлоросодержащих веществ при обработке птицы. Достаточно сложная методика с дорогостоящим оборудованием. Как известно, обработка хлором на птицеводческих предприятиях зепрещена. Прошлым летом из-за этой новой методики пострадало несколько птицефабрик, потому что в их продукции обнаружили хлор.

Методы, которые определяют качество продукции птицеводства:

ДНК анализ мяса

В последние годы разработаны новые методы ДНК-анализа. Появились дешевые приборы, методы стали доступны любой лаборатории и было разработано несколько межнациональных стандартов и методических указаний, с помощью которых можно достаточно недорого и быстро определить наличие ДНК и дать точный ответ, какой вид мяса перед вами.

ВНИИ Птицеперераьтывающей промышленности сейчас разработан стандарт, позволяющий определить по яичной продукции видов птицы. Разработан этот анализ для семи основных видов птицы: куры, утки, гуси, тетерева, индейка, страус и перепел.

В разных странах существуют различные регламенты. Где-то можно смешивать разные яйца, с обязательным указанием состава, где-то это запрещено. Многие производители фальсифицируют свою продукцию, выдавая яйца менее ценных видов птицы за более дорогие.

Стандарт в 2013 году по заказу Организации по защите прав потребителей попробовали использовать при определении наличия перепелиных яиц в майонезах. Но ни в одной пробе не нашли перепелиного яйца.

Холестерин в яйцах

В стадии разработки и утверждения находится методика определения содержания холестерина и липидного фосфора. Эта работа была сделана по заказу Масложирового союза. Дело в том, что существует ГОСТ и Технический регламент, по которым майонезом можно называть только тот продукт, в котором не меньше 1% сухого желтка. Методика определения сухого желтка в майонезе создана, но при контрольных исследованиях всегда результат получался меньше, чем изначально расходовалось по рецептуре. Тогда исследователи стали грешить на сырье.В ВНИИ Птицеперераьтывающей промышленности создали методику, позволяющую осуществить входной контроль меланжа желтка, который используется для приготовления майонеза.

До сих пор проблема нестабильности качества отечественных яичных продуктов. Сейчас существуют яичные продукты, которые забраковали кондитеры, поскольку там содержатся компоненты, отрицательно влияющие на вкус кондитерских изделий.

О необходимых ветеринарно-санитарных мероприятиях в птицепроме читайте

Вопросы выбора оптимальной стратегии контроля неоднократно обсуждались в отраслевой прессе, в том числе, в информационном бюллетене «Поверхностный монтаж». В этой публикации автор предпринял попытку наиболее полно рассмотреть проблемы организации современной службы обеспечения качества.

Для обеспечения конкурентоспособности выпускаемой продукции необходимо обеспечить ее качество и надежность при оптимальных затратах. Излишние затраты на дополнительные испытания, технологические, инспекционные и контрольные операции повышают себестоимость изделий в производстве и увеличивают цену, снижая конкурентоспособность продукции на рынке. При снижении качества, особенно при выпуске ответственной продукции, у заказчиков возникают вопросы об адекватности цены, ставятся под сомнение объемы заказов и надежность партнера. Постоянные требования заказчиков продукции специального назначения по увеличению срока гарантийного обслуживания до 15—25 лет диктуют необходимость повышения надежности выпускаемых изделий: в противном случае затраты на проведение гарантийных ремонтов обещают «съесть» всю прибыль. Именно поэтому в современных условиях ставится вопрос о выборе оптимальной стратегии контроля, призванной обеспечить повышение качества и надежности выпускаемой продукции при оптимизации затрат.

При выборе оптимальной стратегии контроля необходимо решить задачу надежной диагностики и локализации максимального количества потенциальных дефектов при минимальных затратах. Критерием успешно выбранной и реализованной стратегии контроля является, как правило, стоимость проведения ремонтов в процессе производства. Учитывая постоянно повышающиеся требования заказчиков по увеличению сроков гарантийного обслуживания, выбираемая стратегия контроля должна обеспечивать также и надежность выпускаемых изделий, оцениваемую по стоимости проведения ремонтов в гарантийный период.

Известно, что ~90% трудоемкости проведения ремонтов в процессе производства приходится на диагностику и локализацию дефектов. При отсутствии автоматических средств контроля проверка работоспособности печатных узлов проводится после подачи питающих напряжений. При этом нередки случаи, когда из-за наличия технологических дефектов (например, коротких замыканий или неверной полярности диодов) возникают дополнительные повреждения электронных компонентов и печатной платы. Для устранения дефектов наладчики, в соответствии с собственными представлениями и опытом, применяют последовательную (иногда неоднократную) замену электронных компонентов. В этом случае возникают дополнительные, не всегда оправданные, затраты на компоненты. При этом снижается надежность выпускаемых изделий, так как возникают дополнительные потенциально дефектные места в точках пайки заменяемых компонентов и контактных площадках печатных плат, например, отслоение контактной площадки от печатной платы (см. рис. 1).

Рис. 1. Отслоение контактной площадки от стеклотекстолита при замене электронного компонента (слева) — дефект, связанный с неудовлетворительным качеством печатных плат и/или нарушением технологических режимов пайки. Диагностика дефекта проводилась с использованием системы рентгеновской инспекции GE Phoenix nanome|x (справа)

Риск повреждения печатной платы в процессе ремонта тем выше, чем меньше размеры контактных площадок, что характерно для новейших печатных узлов с современными многовыводными компонентами и повышенной плотностью монтажа. А это означает, что стратегия контроля должна быть выстроена в идеальном случае таким образом, чтобы предупреждать появление потенциальных дефектов и минимизировать количество ремонтов. Таким образом, количество ремонтов в процессе производства является не только критерием экономической эффективности разработанной и внедренной стратегии контроля, но также в значительной мере определяет качество и надежность выпускаемой продукции.

Применение современных автоматических систем инспекции и контроля (см. рис. 2) позволяет проводить надежную диагностику и точную локализацию максимального количества всех известных дефектов.

При использовании такой технологии автоматические системы указывают место предполагаемого дефекта с точностью до вывода компонента, что сводит режим наладки, требующий работы высококвалифицированного наладчика/регулировщика, к ремонту, который с успехом может выполнить электромонтажник средней квалификации.

Рис. 2. Применение систем автоматической инспекции и контроля в технологическом процессе сборки печатных узлов

Необходимо обратить внимание, что в данном процессе автоматические средства инспекции и контроля расположены максимально близко к местам потенциального возникновения технологических дефектов. Понятно, что если обнаружить дефект нанесения паяльной пасты (например, недостаточное количество пасты в столбике на контактной площадке, к которой в дальнейшем должен быть припаян шариковый вывод многовыводной микросхемы в корпусе BGA) непосредственно после операции трафаретной печати (см. рис. 3), стоимость его устранения будет, по крайней мере, на порядок ниже, чем диагностика его на операции автоматического электрического внутрисхемного контроля. В первом случае необходимо только отмыть плату и запустить ее повторно на операцию трафаретной печати. Во втором случае придется провести операцию электрического контроля, которая, кстати говоря, не дает стопроцентной гарантии выявления дефекта указанного типа (если электрическое соединение не нарушено), а также операцию рентгеновской инспекции, которая и выявит дефект. Для ремонта надо будет выпаять микросхему с использованием специализированного ремонтного центра, зачистить контактные площадки, восстановить шариковые выводы, нанести паяльную пасту и запаять микросхему. Кроме очевидного увеличения трудоемкости, возникает риск повреждения печатной платы, особенно если диаметр шариковых выводов менее 0,5 мм.

Рис. 3. Системы автоматической оптической инспекции качества нанесения паяльной пасты выполняют контроль положения и объема каждого столбика. Их применение особенно эффективно в условиях сборки печатных узлов с паяными соединениями, расположенными под корпусами многовыводных компонентов (BGA, QFN, LCC, Flip Chip)

Устранение дефектов смещения компонентов (см. рис. 4), безусловно, дешевле при наличии системы автоматической оптической инспекции после операции установки компонентов перед оплавлением (см. рис. 2). В этом случае ремонт сводится только к восстановлению позиции компонента в соответствии со сборочным чертежом. С этой операцией отлично справится оператор за несколько секунд, получив информацию о координатах дефекта от системы автоматической оптической инспекции в графическом виде. Этот же дефект, обнаруженный системой АОИ после оплавления, потребует вмешательства электромонтажника средней квалификации. Трудоемкость ремонта при этом составит несколько минут. Дефект указанного типа также может быть не выявлен на операции внутрисхемного электрического контроля, если электрические соединения не нарушены. Такой дефект не всегда может быть стимулирован (нет стопроцентной гарантии разрушения паяного соединения компонента, установленного со смещением) и после проведения термоциклирования и виброиспытаний: никто не знает ту границу, когда испытания разрушают потенциально дефектные, но не приводят к деградации качественных паяных соединений и компонентов.

Рис. 4. Дефекты смещения компонентов (слева) могут быть надежно выявлены и локализованы с помощью современных систем автоматической оптической инспекции (справа)

Автору часто задают вопрос: «Является ли обязательным контроль смещения компонентов? Разве недостаточно провести электрический функциональный контроль?»

Этот вопрос затрагивает критерии соответствия и правила приемки. Выпускаемая продукция должна соответствовать конструкторской документации и стандартам, по которым работает предприятие. Конструкторская документация определяет координаты компонента на печатном узле, а стандарты — максимальное отклонение. Так, например, в соответствии со стандартом IPC-А-610 для коммерческой продукции допускается выход вывода компонента за границы контактной площадки максимально на 25%, а для спецтехники — не допускается вовсе (0%). Это означает, что даже если изделие успешно пройдет выходной контроль и испытания, оно должно быть забраковано по внешнему виду. Аналогичные требования существуют по объему припоя в паяных соединениях и их форме. Каждое предприятие должно выпускать продукцию, соответствующую стандартам, действующим в данной области. Современные системы автоматической оптической инспекции, применяемые для контроля качества монтажа и паяных соединений после оплавления (см. рис. 3) позволяют проверить:

– соответствие координат корпуса конструкторской документации;

– положение ключа, указывающего первый вывод;

– наличие в заданных координатах всех выводов компонента;

– полярность (например, для танталовых конденсаторов);

– смещение каждого вывода относительно контактных площадок;

– объем и форму галтели паяных соединений;

– маркировку компонентов.

При этом система может быть запрограммирована на выпуск изделий в необходимой области: коммерческие, промышленные или специального применения.

Говоря о контроле соответствия выпускаемой продукции конструкторской документации, практически невозможно обойтись без электрического внутрисхемного контроля, так как только этот вид тестирования позволяет проверить номинал каждого компонента, запаянного в печатный узел.

Большинство керамических конденсаторов, предназначенных для монтажа на поверхность, не имеют маркировки. Резисторы размером менее 0603 также не имеют маркировки. Указанные обстоятельства не позволяют контролировать установленный на печатную плату компонент методами автоматической оптической инспекции по маркировке.

Даже если представить, что все используемые для монтажа компоненты прошли сплошной контроль, нет уверенности, что потенциально некачественный компонент не был поврежден в процессе оплавления (см. рис. 5). Такие дефекты имели массовый характер на рубеже прошлого века, когда из-за резкого увеличения цен на палладий производители многослойных керамических конденсаторов стали использовать никель. Расслоение в процессе оплавления керамических конденсаторов, изготовленных с никелевой металлизацией, носило массовый характер.

Рис. 5. Разрушение многослойного керамического конденсатора в процессе оплавления может быть выявлено методом рентгеновской инспекции

Для диагностики и локализации дефекта указанного типа наиболее эффективным является внутрисхемный электрический контроль, позволяющий измерить номинал каждого компонента, запаянного в печатную плату. Протокол, получаемый в процессе тестирования, является документом, подтверждающим в явном виде соответствие печатного узла конструкторской документации по всем установленным компонентам. Учитывая большую номенклатуру изделий, включенных в план современного электронного сборочного производства, наиболее эффективным является применение тестеров автоматического электрического внутрисхемного и функционального контроля с летающими пробниками (см. рис. 3), позволяющими проверить:

– целостность печатных проводников;

– отсутствие обрывов в электрических цепях (включая необходимое положение переключателей и перемычек);

– номинал каждого установленного компонента;

– рабочее состояние полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, стабилитронов (см. рис. 6);

– токи потребления по всем источникам питания;

– напряжения, частоты и импедансы в контрольных точках.

Рис. 6. Система автоматического электрического внутрисхемного и функционального контроля SPEA 4060 (слева) позволяет проверить каждый компонент, впаянный в печатную плату, и локализовать дефект с точностью до компонента: диод с некачественной эвтектической пайкой (справа

Учитывая, что указанная выше система внутрисхемного и функционального контроля может работать 24 часа в сутки с высокой скоростью и точностью и не требует изготовления дорогостоящей оснастки, она стала популярным и эффективным встраиваемым в линию средством автоматического контроля в Европе. В систему могут быть встроены средства автоматической оптической инспекции и программирования. Таким образом, в некоторых случаях система SPEA 4060 может быть принята в качестве универсального основного средства контроля.

Читатель, безусловно, мог заметить, что большая часть из приведенных иллюстраций дефектов получена автором на системах рентгеновской инспекции компании GE Phoenix. Действительно, «скрытые» дефекты, такие как нарушение металлизации переходных отверстий печатных плат, дефекты компонентов, а также дефекты паяных соединений, связанные с неудовлетворительной паяемостью выводов компонентов и контактных площадок печатных плат (см. рис. 7), могут быть эффективно выявлены с помощью первоклассных систем рентгеновской инспекции.

Рис. 7. «Скрытые» дефекты печатных плат (слева), паяных соединений (в центре), компонентов (справа) могут быть выявлены с помощью первоклассных систем рентгеновской инспекции

Учитывая популярность систем рентгеновской инспекции в электронном мире как эффективного средства диагностики и локализации «скрытых» дефектов, требования к ним постоянно повышаются и на сегодняшний день определены следующим образом:

– разрешение — не хуже 1 мкм (при необходимости исследования причин отказов полупроводниковых приборов — не хуже 200 мкм);

– мощность трубки — не менее 15 Вт (для возможности эффективного исследования, в том числе, и причин отказов сборок в металлических корпусах, приборов, залитых компаундом);

– геометрическое увеличение — не менее 2000;

– возможность получения высококачественных изображений под углом к объекту до 60…70° без снижения увеличения;

– автоматическая система управления перемещениями с разрешением не хуже 1 мкм (для возможности проведения инспекции в автоматическом режиме по заданной программе).

Указанные технические характеристики имеют только первоклассные системы мировых лидеров — разработчиков и производителей. Понятно, что в этом случае стоимость таких систем достаточно высока. Но при выборе инспекционных и контрольных систем действует старый английский принцип: «Мы не на столько богаты, чтобы позволить себе роскошь покупать дешевые вещи». Действительно, зачем покупать контрольную систему, в результатах работы которой будешь сомневаться, либо технических характеристик будет недостаточно для проведения исследований сложных изделий?

С другой стороны, приобретая дорогую первоклассную систему, необходимо использовать ее максимально:

– для проведения квалификации поставщиков и производителей электронных компонентов и печатных плат;

– при проведении входного контроля компонентов и комплектующих в соответствии с программами входного контроля, разработанными при квалификации;

– для отладки параметров технологического процесса оплавления;

– для постоянного контроля качества паяных соединений, расположенных под корпусами электронных компонентов (BGA, Flip Chip, LLC, QFN);

– для постоянного контроля качества технологического процесса и выпускаемой продукции (проведение выборочного контроля качества паяных соединений и внутреннего состояния электронных компонентов);

– для исследования причин отказов радиоэлектронной аппаратуры.

Выше были описаны основные популярные средства автоматического контроля и инспекции, применяемые в технологическом процессе изготовления печатных узлов. Теперь настало время поговорить о принципах выбора стратегии контроля.

При выборе стратегии контроля для предприятия необходимо выполнить следующую последовательность действий:

– проанализировать все изделия, включенные в план производства, на предмет наиболее вероятных технологических дефектов;

– определить технологические операции, на которых эти дефекты будут возникать;

– выбрать современные средства автоматической инспекции и контроля, позволяющие надежно диагностировать и локализовать дефекты указанных типов;

– применить технологические операции инспекции и контроля максимально близко к местам наиболее вероятного возникновения соответствующих типов дефектов;

– продумать действия, предупреждающие возникновение указанных выше дефектов;

– изучить изделия, находящиеся в разработке и применить к ним все указанные выше положения.

Рассмотрим несколько примеров.

Пример ¹1

Тип (характерного) дефекта: некачественное паяное соединение по критерию недостаточного количества (объема) припоя (см. рис. 8).

Рис. 8. Наиболее эффективным средством диагностики дефекта типа «недостаточное количество припоя в паяных соединениях» является автоматическая оптическая инспекция

Наиболее вероятная причина: недостаточное количество паяльной пасты на отдельных контактных площадках.

Наиболее вероятное место возникновения: технологическая операция нанесения паяльной пасты.

Наиболее эффективный метод диагностики и локализации дефекта указанного типа: автоматическая оптическая инспекция качества нанесения паяльной пасты.

Место в технологическом процессе: непосредственно после операции нанесения паяльной пасты.

Предупреждающие действия: усилить контроль качества трафарета (при приемке от изготовителя), усилить контроль над операциями хранения и подготовки паяльной пасты к работе, ввести режим очистки трафарета на операции нанесения паяльной пасты методом трафаретной печати.

Дополнительно для изделий, находящихся в разработке. В связи с тем, что в новых печатных узлах будут применяться компоненты размера 0201, необходимо предъявить дополнительные требования к изготовителю трафаретов: дополнительная электрохимическая полировка трафарета для снижения шероховатости кромок апертур.

Примечание. Дефект указанного типа (за исключением паяных соединений под корпусами BGA, LLP, QFN) может быть также надежно выявлен на операции автоматической оптической инспекции после оплавления. Но при этом трудоемкость и стоимость проведения ремонта будет выше.

Пример ¹2

Тип дефекта: дефектный компонент (см. рис. 9).

Рис. 9. Наиболее эффективным средством диагностики и локализации дефектных компонентов является тестер внутрисхемного и функционального контроля. Для анализа наиболее вероятных причин возникновения дефектов указанного типа необходимо применение первоклассной системы рентгеновской инспекции

Наиболее вероятная причина: неудовлетворительное качество эвтектической пайки.

Наиболее вероятное место возникновения: завод — изготовитель компонентов.

Наиболее эффективный метод диагностики и локализации дефекта указанного типа: автоматический внутрисхемный контроль.

Место в технологическом процессе: после операции оплавления.

Предупреждающие действия: усилить программу входного контроля указанного компонента, провести повторную квалификацию поставщика, ужесточить требования контракта (договора) на поставку.

Пример ¹3

Тип дефекта: «скрытые» дефекты печатных плат (см. рис. 10).

Рис. 10. Наиболее эффективным средством диагностики и локализации «скрытых» дефектов печатных плат (неудовлетворительное качество металлизации переходных отверстий (слева) и неточное совмещение внутренних слоев перед прессованием (справа)) является система рентгеновской инспекции

Наиболее вероятная причина: неудовлетворительное качество металлизации переходных отверстий (слева) и неточного совмещения внутренних слоев перед прессованием (справа).

Наиболее вероятное место возникновения: завод (цех) — изготовитель печатных плат

Наиболее эффективный метод диагностики и локализации дефекта указанного типа: рентгеновская инспекция.

Место в технологическом процессе: входной контроль.

Предупреждающие действия: усилить программу входного контроля печатных плат, провести повторную квалификацию поставщика, ужесточить требования контракта (договора) на поставку.

Пример ¹4

Тип дефекта: «скрытые» дефекты паяных соединений (см. рис. 11).

Рис. 11. Наиболее эффективным средством диагностики и локализации «скрытых» дефектов паяных соединений является система рентгеновской инспекции

Наиболее вероятная причина: отрыв шарикового вывода от подложки из-за коробления печатной платы в связи с высокой скоростью охлаждения печатного узла в процессе оплавления.

Наиболее вероятное место возникновения: технологическая операция оплавления.

Наиболее эффективный метод диагностики и локализации дефекта указанного типа: рентгеновская инспекция.

Место в технологическом процессе: отладка температурного профиля печи оплавления в процессе технологической подготовки производства, регулярный выборочный контроль качества паяных соединений выпускаемой продукции.

Предупреждающие действия: усилить контроль над отладкой температурного профиля в процессе технологической подготовки производства, установить регулярный контроль точности отработки температурного профиля (например, не реже одного раза в смену и каждый раз при запуске новой партии печатных узлов).

Далее рассмотрим примеры выбора стратегии контроля и соответствующего оснащения электронных сборочных производств.

Пример ¹5

Тип производства: многономенклатурное среднесерийное.

Выпускаемая продукция: приборы специального назначения.

Минимальный размер чип-компонента: 0201.

Применяются компоненты с паяными соединениями под корпусом (QFN, BGA, Flip Chip, LLC): да.

Плотность монтажа, компонентов/дм2: 500

Компоненты, монтируемые в отверстия печатной платы, в % от общего числа: 10.

Применяемый тип монтажа: автоматический.

Установка компонентов с двух сторон печатной платы: да.

Использование групповых методов пайки компонентов: да.

Минимальный размер партии, шт.: 1 (опытные образцы).

Максимальный размер партии, шт.: 10 000.

Гарантийный срок эксплуатации выпускаемой продукции, лет: 15

Учитывая ориентацию данного производства на выпуск сложной высококачественной и надежной продукции для снижения затрат на проведение гарантийных ремонтов в течение 15 лет при выборе стратегии контроля необходимо предусмотреть максимальный уровень тестового покрытия для всех типов дефектов. Это возможно реализовать только при широком использовании современных систем инспекции и контроля в технологическом процессе (см. рис. 12).

Рис. 12. Типовая схема применения систем автоматического контроля и инспекции в технологическом процессе сборки современных сложных печатных узлов с высокой плотностью монтажа для ответственных изделий специального применения со сроком гарантийной эксплуатации 15 лет

Действительно, для обеспечения максимального тестового покрытия и снижения стоимости проведения ремонтов в процессе производства и длительного гарантийного периода необходимо:

– гарантировать отсутствие дефектов нанесения паяльной пасты, чтобы избежать замены дорогостоящих интегральных микросхем с паяными соединениями под корпусом. Для этого применена система автоматической оптической инспекции контроля качества нанесения паяльной пасты;

– проверить соответствие всех установленных компонентов конструкторской документации и действующим стандартам (максимальное отклонение корпусов компонентов от заданных координат, максимальное смещение выводов компонентов относительно контактных площадок, объем и форма галтелей). Все эти проверки обеспечит система автоматической оптической инспекции качества монтажа и паяных соединений, установленная после системы оплавления;

– проверить целостность всех электрических цепей, номиналы всех установленных на плату пассивных и работоспособность активных компонентов. С этой задачей успешно справится автоматическая система внутрисхемного и функционального контроля c «летающими» пробниками SPEA 4040. Эта же система позволит провести функциональный контроль с измерением токов потребления по всем источникам питания, напряжения, импедансы и частоты в контрольных точках. Кроме того, можно «поручить» SPEA 4040 запрограммировать микроконтроллеры и программируемые логические матрицы.

В результате на выходе линии будут получены печатные узлы с высокой степенью годности и готовности.

Таким образом, мы выполним основные условия — обеспечение высокого процента выхода годных печатных узлов с первого прохода — и минимизируем затраты на проведение ремонтов в процессе производства.

Система рентгеновской инспекции будет использоваться для проведения отладки температурного профиля на этапе технологической подготовки производства, для выборочного контроля качества паяных соединений и внутреннего состояния (сохранности) полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, для анализа причин возникновения дефектов и отказов. Кроме того, указанная система может быть использована для проведения квалификации поставщиков и производителей, а также для входного контроля компонентов, комплектующих и печатных плат.

Следует отметить, что применение системы автоматической оптической инспекции контроля качества монтажа компонентов перед оплавлением для данного производства нецелесообразно. Поэтому она и была исключена. Но если мы рассмотрим необходимость увеличения объемов производства, например, в 10 раз, применение указанной системы приобретет определенный смысл (см. рис. 13): необходимо будет предусмотреть снижение стоимости ремонтов (дефекты типа смещения компонентов и методы борьбы с ними были рассмотрены выше) при высокой производительности автоматического сборочного оборудования.

Рис. 13. Типовая схема применения систем автоматического контроля и инспекции в технологическом процессе сборки современных сложных печатных узлов с высокой плотностью монтажа для ответственных изделий специального применения со сроком гарантийной эксплуатации 15 лет при планировании увеличения объемов производства в 10 раз

При выборе стратегии контроля для мелкосерийного многономенклатурного производства, ориентированного на выпуск печатных узлов устаревших конструкций, требующих исключительно ручных методов монтажа и пайки, применение систем автоматической оптической инспекции становится невозможным, т.к. отклонения компонентов от заданных координат слишком велики. Кроме того, невозможно найти критерии оценки качества паяных соединений: они все имеют различную форму и объем. В этом случае эффективным является использование тестера электрического и функционального, а также внутрисхемного контроля для оценки соответствия собранного печатного узла конструкторской документации и системы рентгеновской инспекции — для оценки качества паяных соединений. Следует отметить, что при невозможности использования систем автоматической оптической инспекции для контроля внешнего вида печатного узла на соответствие стандартов необходимо предусмотреть оборудование визуальной инспекции, обеспечивающее комфортные условия работы контролера (см. рис. 14). В противном случае вследствие быстрой утомляемости визуальный контроль будет неэффективен.

Рис. 14. Организация рабочего места контролера на базе безокулярного микроскопа VS8 с большим увеличением и изменяемым углом обзора позволяет создать комфортные условия работы контролера, необходимые для обеспечения эффективного визуального контроля

Все представленные примеры выбора стратегии контроля чрезвычайно эффективэффективны и позволяют выпускать конкурентоспособную продукцию при минимальных затратах. Это многократно доказано успешно реализованными проектами. При одном условии: все компоненты, комплектующие и материалы высокого качества. О том, как обеспечить электронное производство качественными проверенными компонентами, об организации входного контроля и квалификации поставщиков и производителей, как проводить испытания, подтверждающие качество и надежность выпускаемой продукции, мы расскажем в следующих статьях данного цикла.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *