5 марта 2017 г.

Глава 1. Что такое брак. От брака до открытия. В.В.Митрофанов.

 

Растрата чего-либо попусту считается грехом.
Акио Морита [7].
Все эти случаи свидетельствуют о том, что Пастер обладал удивительной способностью видеть в необычном - обычное, в случайном - закономерное. Они говорят также о том, что величайшие открытия Пастера первоначально возникали из неудач. Эта особенность достойна специального изучения.
А. Шевелев [8].
Что бы мы ни делали, всегда возможно оценить сами процессы проведения работы и конечный результат нашего труда как с качественной, так и с количественной точек зрения. Сумму всех процессов мы можем назвать технологией изготовления того, что нам необходимо. Технологию мы можем зафиксировать - расписать по многим аспектам.
В технологических картах (ТК) указываются условия проведения технологических процессов - какие должны использоваться инструменты, оборудование, оснастка, измерительные приборы и установки, химические реактивы; какое требуется оснащение рабочих мест, какие нужны контрольные точки в технологии и какие энергоносители (вода, воздух, кислород, аргон и т.д.).
Это же относится и к отдельной операции технологического цикла. Указывается режим проведения операции - температура, давление, расход газов, время проведения каждого перехода и т.д. Несомненно, должны быть указаны и допуски на заданные режимы. Таким образом, мы знаем, как проводить операцию, и теперь желательно знать, как проверить качество проведенной операции. Для этого есть маршрутно-контрольные карты, в которых указано в каких точках проверяется полуфабрикат на соответствие параметров. Это могут быть электрические параметры: сопротивление, напряжение, ток, частота; это могут быть геометрические параметры, например, размеры, расположение областей, где следует проводить измерения и т.д. Это могут быть физические параметры, например, время жизни, длина свободного пробега носителей заряда, величина постоянного заряда на границах раздела кремний - окисел кремния, стабильность заряда и т.д. Если после выполнения операции измеренные нами параметры - выборочно или стопроцентно - лежат в области заданных значений, то мы можем утверждать, что на данной операции процент выхода составляет 100%. Если же в процессе проведения операции часть наших заготовок разломалась, разбилась, вышла за пределы норм, установленных в документации, то эти заготовки (полуфабрикаты) представляют собой то, что определяется термином «брак».
Иногда в технологии есть способы исправления брака - введение дополнительных операций, например, термообработки, шлифовки, химической обработки и т.д. Поэтому можно разделить брак на окончательный и исправимый. То, что не соответствует нормам и не может быть исправлено, составляет окончательный брак. Доля этого брака на операциях, в зависимости от характера процессов, может составлять от нескольких до десятков процентов. На величину процента брака влияют разнообразные причины. Это окружающая среда, качество инструмента, различные эффекты и явления. Очевидно, что в процессе разработки изделия многие из них должны быть выявлены и записаны в документации. Но также очевидно, что технология - это набор физических, химических и биологических эффектов, происходящих одновременно. Даже при незначительном отклонении режимов проведения технологической операции от заданных иногда возникают новые неизвестные эффекты и явления, с которыми ранее никто не встречался. Быстрое нахождение причин их появления часто бывает затруднительным. Иногда на их отыскание требуется много времени и сил. Бывает, что брак удается устранить быстро, а вот объяснить причину никто не спешит, так как для этого требуется желание провести научное исследование.
После изготовления полуфабриката, например, кристаллов транзисторов или интегральных схем, остова электронных ламп и т.п. проводится сборка их в корпусах и измерение параметров на соответствие техническим условиям (ТУ). Как правило, на этих операциях также имеется брак. Годные изделия подвергаются различным воздействиям - повышенной и пониженной температуре, термоциклам, старению и т.д. После чего опять проверяются параметры на соответствие нормам ТУ. Часть продукции подвергается различным испытаниям - механическим, климатическим, по сроку службы (1000 часов в режиме при повышенной температуре), после чего также идет проверка изделий не только на соответствие параметров нормам ТУ, но и на их стабильность.
Теперь практически считается, что ни одно изделие не должно отойти в брак. Тем не менее, иногда это происходит, и это опять задачи, которые требуют быстрого решения. Причинами брака могут быть неполадки в оборудовании, нестабильные (ненадежные) приборы, в которые произошло попадание примесей, возникновение дефектов в процессе изготовления и сборки, пробой диэлектрика, порча контактной системы. Часть причин обычно уже известна, но часто появляются и новые причины, которые требуют быстрого обнаружения. И, наконец, часть приборов может быть возвращена покупателем, например, из-за катастрофического или параметрического отказа изделия в аппаратуре или устройстве. Анализ этих видов брака также представляет громадный интерес, так как причины появления брака заложены в технологию изготовления приборов, на одной из стадий техпроцесса. Упомянем еще об одном. Очевидно, как количество, так и качество выпускаемых изделий зависит от умения персонала работать, его отношения к работе, а также от физиологического и психического состояния работников. Приведем несколько цифр, характеризующих брак. Общий процент выхода транзисторов с учетом всех операций от начала до конца может составить до 70%, а интегральных схем (ИС) до 40-50%. Если же учесть сложность интегральных схем, то выход может быть и меньше.
Я побывал на заводе изготовления бутылок. Процент брака по всему циклу, как утверждают руководители, составляет 2-3 %. Это тысячи бутылок ежедневно. Практически нет ни одного предприятия, где бы не «добывали» брак. А брак - это потери материалов, энергии и труда. Устранение брака - важнейшая задача предприятия. Так, например, в Японии устранению брака уделяется громадное внимание. Разработаны специальные организационно-технические мероприятия, резко уменьшен контроль ОТК, за каждую операцию отвечают сами рабочие. Приведу один пример. Одна из американских фирм разобрала у японского автомобиля трансмиссию и измерила все детали. Параллельно измерили детали со своей машины. «Свои» детали имели отклонения размеров от номинала в пределах допусков, записанных в документации. Японские же детали вначале никак не могли измерить, думали, что испорчен измерительный инструмент. Оказалось, что их детали изготовлены все «в номинал», без допуска. Эти сведения опубликовал журнал «Америка» [9].
Для поиска причин брака есть два подхода - последовательный и параллельный. Последовательный подход означает прерывание технологического процесса до тех пор, пока не будет найдена и устранена причина брака на операции. Очевидно, что параллельный подход состоит в том, что операции, где возник брак, продолжают выполняться и одновременно отыскивается причина брака.
Приведем пример. ИС изготавливают на пластинах кремния диаметром 76 мм и толщиной 0,4 мм. В кварцевую трубу (Æ 100 мм) при Т = 1100 °С загружают 40-60 пластин кремния. Вначале осуществляется операция диффузии примесей. Теперь представьте, что на следующей операции охлаждения мы видим, что две пластинки треснули и развалились на отдельные кусочки. По «японскому» подходу - операция завершается и начинается поиск причины их поломки. По нашему подходу - операция продолжается и начинается поиск причины поломки. Несомненно, «бой» пластин будет продолжаться до тех пор, пока не будет найдена и устранена причина, например, введением дополнительной обработки периферии пластин, где могут быть мелкие трещины, царапинки. Одна из трудностей определения причин брака состоит в том, что мы имеем дело со скрытыми дефектами, которые почти невидимы или совсем невидимы.
Мы рассмотрели самые общие представления о браке в технологии изделия. Теперь обратимся к живой природе - животному и растительному миру, человеку. Я думаю, что вся биохимия клеток, организмов представляет собой “технологические процессы”. Они чрезвычайно сложны. Достаточно прочитать о делении клетки, чтобы убедиться, что мы имеем очень неполные представления об этих процессах. В клетках происходят самые разнообразные процессы - химические, электрохимические, физические, физико-химические, биологические и другие. Это роднит их с обычными, разработанными человеком, технологиями. В работе клеток и организмов имеются сбои, т.е. где-то также образуется брак. По-видимому, мутации тоже можно назвать браком. Болезни - это тоже брак в технологическом цикле. Однако мы еще очень далеки от полных представлений о “технологических процессах” в живом. Учитывая то, что мы обычными технологическими процессами в различных производствах в какой-то степени управляем, выявляем брак и устраняем его, возможно использование некоей общности процессов для переноса полученных сведений о браке и на “технологию процессов” в живом организме, на открытие новых явлений и эффектов.
Дальше мы рассмотрим много примеров, а пока приведем только один. Известно, что тонкие пластины кремния, как впрочем, и все другие материалы, обработанные различно с двух сторон, изгибаются, причем так, что более грубо обработанная сторона становится выпуклой. Чем тоньше пластинка и чем больше ее диаметр, тем больше изгиб. Как нам удалось показать, изгиб возникает за счет неравновесия сил поверхностного натяжения. Теперь можно поставить вопрос - а не влияет ли это неравновесие на мембраны клеток, митохондрии и ядра?
Очевидно, что условия действия этих сил различны: пластинки кремния размещаются на воздухе, а мембраны - в биоплазме. Однако на мембранах всегда присутствует разность зарядов на поверхностях, и к тому же они очень тонкие. Так, например, С.Э. Шноль пишет [10]: “Асимметричное распределение ионов в системе клетка - среда является эволюционным результатом и способом осуществления возникновения раздражимости и возбудимости клеток”. А проще можно сказать, что мембрана под действием сил поверхностного натяжения, присутствующих с обеих сторон, может колебаться - сжиматься или растягиваться, так как эти силы все время изменяются.
Очевидно, что полученные ответы о явлениях и эффектах, выявленных при исследованиях брака в технологии, и предложенные гипотезы для живых организмов где-то следует публиковать, причем так, чтобы о них узнали биохимики и биофизики. В противном случае это будет «холостой» выстрел.
Можно утверждать, что, доведя до сведения ученых результаты анализа брака и причин, его вызывающих, мы можем помочь им пройти по этим мостикам из одной науки в другую. Занимаясь решением конкретных задач, выхватывая отдельные явления и процессы, мы не видим всю сложность совокупности многих процессов. Именно поэтому следует собирать разбросанные по различным журналам любопытные материалы, обобщать их и показывать общие тенденции развития науки.
Заканчивая главу, приведу две фотографии (см. рис. 1), на которых отчетливо виден брак контактной системы - на одной части схемы замыкание, а на другой «протрав» системы (круги) и отсутствие алюминия там, где ему следует быть.
 
Рис. 1. Брак контактной системы.
Не могу удержаться от еще одной иллюстрации брака - в фармацевтической промышленности. Приводимая ниже таблица 1 дает представление о разнообразии причин брака и масштабах потерь, к которым он ведет.
Таблица 1.
Лекарственные средства, предлагаемые для незамедлительного изъятия из аптечной сети и лечебно-профилактических учреждений Северо-Западным центром по контролю качества и сертификации лекарств
Лекарственные
средства
Серия
Производитель
Показатель, по которому забракован препарат
1
2
3
4
АПАПУРГИН драже
3390495
"Словакофарма", Словакия
Маркировка (отсутствует маркировка на русском языке)
БРОНХОЛИТИН сироп
007 от 03.96
"Фармахим", Болгария
Описание, плотность, маркировка (на флаконе не указаны партия и дата изготовления)
БРОНХОЛИТИН сироп
011195
021195
031195
"Болгарская
роза",
Болгария
Негерметич -ность укупорки
флакона
БРОНХОЛИТИН сироп
0205996
"Фармакон-93", Болгария
Маркировка (на упаковке указан неверный срок годности)
БРОНХОЛИТИН сироп
411295
"Медика ЕАД", Болгария
Описание (хлопьевидный осадок)
БРОНХОЛИТИН сироп
550296
"ЕАД Сандански",
Болгария
Описание (хлопьевидный осадок)
БРОНХОЛИТИН сироп
660296
" Медика",
Болгария
Описание (хлопьевидный осадок)
БРОНХОЛИТИН сироп
770196
770196
780196
870196
880196
910196
" Медика",
Болгария
Негерметич -ность укупорки флакона
ВИКАСОЛА
1% раствор для инъекций
251195
Одесский ПХФО
"Биостимуля­тор"
Маркировка
(на ампулах не указаны серия и срок
годности)
Из таблицы видно, что “браки” лекарств, если их не изъять из торговли, могут привести к непредсказуемым последствиям.