Специалист в области технологического обеспечения полного цикла производства изделий с наноструктурированными керамическими покрытиями (стр. 6 )

Компетенции специалиста Фазы производствен- ного цикла обработки предмета труда	Знание параметров	Умение управлять параметрами и контролировать их	Знание физических, химических и механических процессов на микро и наноуровнях, влияющих на параметры	Умение управлять процессами, влияющими на параметры
Исходное состояние материала	Общие требования к изделиям, направляемым на нанесение покрытий: материал, температурные ограничения, размеры, форма и конфигурация, степень сборки, консервация.	Согласовывать с Заказчиком выполнения общих требований к изделиям. Контролировать выполнение требований.
Требование к модифицируемой поверхности изделий (поверхности, на которую наносится покрытие): шероховатость, недопустимые механические дефекты, степень чистоты. Типы недопустимых загрязнений и дефектов поверхности.	Согласовывать с Заказчиком выполнения общих требований к изделиям. Контролировать выполнение требований.		Разрабатывать рабочие инструкции по проведению входного контроля изделий перед нанесением покрытий.
Параметры технологических операций механической обработки поверхности, их влияние на шероховатость поверхности. Контролируемые параметры поверхности.	Контролировать параметры поверхности после проведения механической обработки.	Физические основы процессов Механической обработки поверхности (полировка, галтовка, щёточная и микроструктурная обработка)	Выбирать технологические операций и параметры механической обработки, обеспечивающие требуемые параметры модифицируемой поверхности. Разрабатывать рабочие инструкции по проведения операций механической обработки поверхности.
Параметры технологических операций химической подготовки поверхности, их влияние на чистоту и морфологию (шероховатость) поверхности. Контролируемые параметры поверхности.	Контролировать параметры поверхности после проведения химической подготовки.	Физико-химические основы процессов очистки и травления поверхности: очистка в жидких растворах СМС и органических растворителях (в т. ч. с использованием ультразвука), паровая очистка промывка, сушка.	Выбирать технологические режимы операций химической подготовки, обеспечивающие требуемые степень чистоты и морфологию модифицируемой поверхности изделий. Разрабатывать рабочие инструкции по проведению операций химической подготовки поверхности.
Требования к магнетронным мишеням (состав и количество примесей, пористость) и технологическим газам (степень чистоты)	Контролировать выполнение требований по мишеням и технологическим газам.
Процесс технологической обработки материала	Определяющие параметры (ОП) и контролируемые параметры (КП) типовых технологических операции процесса нанесения покрытий: 1. Загрузка изделий ОП: размеры эффективной зоны, ширина зазоров между изделиями; КП: состояние внутрикамерной оснастки, состояние изоляции внутрикамерных устройств. 2. Откачка вакуумной камеры ОП: время откачки, давление и расход натекания газов на «базовом» вакууме; КП: давления на входе/выходе вакуумных насосов, расход аргона на стадии «нагрев-охлаждение». 3. Ионная очистка ОП: рабочее давление, потенциал смещения изделий, ток поддержки магнетронов, параметры разрядных импульсов, продолжительность; КП: ток смещения с изделий, расход рабочего газа, частота микродуг на изделиях. 4. Нанесение металлического слоя ОП: рабочее давление, потенциал смещения изделий, разрядный ток магнетронов, параметры разрядных импульсов, период вращения изделий, продолжительность; КП: ток смещения с изделий, разрядное напряжение магнетронов, расход рабочего газа. 5. Нанесение реактивного слоя ОП: рабочее давление, концентрация реактивного газа, потенциал смещения изделий, разрядный ток магнетронов, параметры разрядных импульсов, период вращения изделий, продолжительность. КП: ток смещения с изделий, разрядное напряжение магнетронов, расход реактивного газа, глубина выработки мишеней. 6. Остывание и выгрузка изделий ОП: рабочее давление, продолжительность: КП: расход рабочего газа, расход натекания газов на «базовом» вакууме, состояние внутрикамерной оснастки.	Задавать ОП и контролировать КП через интерфейс пользователя АСУТП вакуумной установки или посредством визуального осмотра состояния внутрикамерной оснастки и технологических устройств. Выводить протоколы и графические диаграммы технологического процесса нанесения покрытий. Проводить типовые тестовые операции (измерение скорости прокачки технологических газов, измерение натекания). Корректировать определяющие параметры технологического процесса через интерфейс пользователя АСУТП вакуумной установки. Участвовать и контролировать настройку блока исходных технологических параметров в соответствующей подпрограмме АСУТП.	Основы молекулярно-кинетической теории газов. Понятие, классификация и параметры вакуума (давление, концентрация, длина свободного пробега молекул). Уравнение состояния вакуума. Теоретические основы вакуумной техники. Термодинамическая модель потребления рабочих газов в вакуумной камере. Основное уравнение вакуумной техники. Натекание примесей в вакуумную камеру (атмосферное и внутрикамерное), методы его измерения. Параметры процессов газонапуска. Трех зонная структура процесса нанесения покрытий (получение потока атомов, перенос атомов, послойный рост покрытия). Металлический и реактивный режимы нанесения покрытий. Основные факторы и параметры процесса нанесения покрытий, определяющие структуру, состав и адгезию покрытий. Принцип действия магнетронной распылительной системы (МРС). Сбалансированные и несбалансированные МРС (НМРС). Многокатодные НМРС с замкнутой магнитной конфигурацией. Параметры и характеристики НМРС. Импульсные режимы работы МРС. Дуальная НМРС – состав, принцип действия, преимущества. Работа МРС в режиме HiPIMS принцип работы и преимущества Эффект гистерезиса. Инструментальные методы управление реактивным процессом нанесения покрытий (масс-спектрометрия и оптическая эмиссионная спектроскопия).	Проводить анализ протекания технологических операций во время процесса нанесения покрытий по трендам изменения контролируемых параметров и, при необходимости, корректировать определяющие параметры операций в течение процесса. Корректировать определяющие параметры технологических операций по результатам контроля и измерения параметров и характеристик покрытий, полученных в отработочных циклах нанесения покрытий. Проводить адаптацию определяющих параметров технологического процесса нанесения покрытия к изменению количества изделий в загрузке, размеров, формы и материала изделий. Проводить анализ аварийных ситуаций, происходящих при проведении технологического процесса и отрабатываемых АСУТП, и после устранения их причин завершать прерванный техпроцесс, проведя соответствующую корректировку параметров, не допуская брака по загруженным изделиям. Проводить анализ факторов техпроцесса, приводящих к ухудшению свойств и характеристик наносимых покрытий и не регистрируемых непосредственно средствами контроля АСУТП, используя при этом тренды контролируемых параметров и вспомогательные измерительных средства (например, течеискатель, квадрупольный массспектрометр многоканальный цифровой осциллограф и др.). Разрабатывать рабочие инструкции по проведению всех операций технологического процесса нанесения покрытий.
Конечное состояние материала	Контролируемые параметры и характеристики покрытий: - морфология поверхности; - шероховатость поверхности; - толщина покрытия и его слоев; - механические свойств и характеристики (твердость, модуль упругости, упругое восстановление); - адгезионная прочность; - трибологические свойства (коэффициент трения, скорость приведенного износа); - декоративные характеристики поверхности покрытия (спектральная характеристика коэффициента отражения в видимом диапазоне длин волн).	Измерять и контролировать параметры и характеристики покрытий с использованием соответствующих средств измерений, визуального контроля и регистрации:	Физические основы методов исследования морфологии поверхности покрытий, измерения их механических свойств и характеристик, исследования адгезионной прочности покрытий, трибологических свойств и декоративных характеристик покрытий.	Проводить анализ качества покрытия по измеренным параметрам и характеристикам. Участвовать в разработке рабочих инструкций по проведению испытаний параметров и характеристик покрытий.

Приложение 3

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА[7]

Концепция формирования квалификационных требований к компетенциям специалистов (конструкторов, технологов и материаловедов) в области нанотехнологий и наноматериалов

§1. Квалификационные требования, согласно постановлению Национального агентства развития квалификаций (НАРК) (Рисунок 1), имеют 4 уровня:

1.  Обобщённые трудовые функции

2.  Специальные трудовые функции

3.  Трудовые действия

4.  Необходимые знания и умения

Рисунок 1. Общая структура квалификационных требований профессионального стандарта, согласно постановлению НАРКа

§2. В основу требований к компетенциям на уровнях 1-2 (обобщённые трудовые функции и специальные трудовые функции) предлагается положить основные идеи и понятия стандарта ISO-9001, структурирующего основные процессы производственного цикла (Таблица 1). В этом случае возникает системная, опирающаяся на хорошо развитую традицию, основа формирования общих требований к знаниям и умениям специалистов (знания и умения, связанные с работой с документами, с персоналом, с оборудованием, с материалами и т. д.). Таким образом, требования на 1 и 2 уровнях (обобщённые трудовые функции и специальные трудовые функции) оказываются одинаковыми для всех специалистов и не зависят от специфики их деятельности.

П-0 Процесс управления системой менеджмента качества:	Управление процессами жизненного цикла продукции П-4
1. Управление документацией СМК П-1 2. Ответственность руководства П-2 3. Менеджмент ресурсов П-3 4.Процессы жизненного цикла продукции П-4 5. Измерение, анализ, улучшение П-5	П-4.1. Процессы, связанные с потребителем
П-4.2. Планирование разработки
П-4.3. Процесс проектирования и разработки
П-4.4. Процесс закупки
П-4.5. Процесс производства и обслуживания
П-4.6. Процессы контроля, мониторинга и измерений
П-4.7. Управление несоответствующей продукцией

Таблица 1. Структура и основные понятия стандарта ISO-9001.

§3. На третьем уровне – уровне трудовых действий (операций, совершаемых работником для выполнения трудовой функции) – находит отражение специфика средств труда. Для того чтобы сформулировать требования к специалистам на этом уровне, необходимо описать особенности деятельности технологов, материаловедов и конструкторов.

Области специализации конструкторов, технологов и материаловедов схематически показаны на Рисунке 2, иллюстрирующем особенности их «взгляда» на материалы и изделия. Из рисунка видно, что технолог сосредоточен на проблемах синтеза материалов и их формообразования, конструктор работает, главным образом, с формой и свойствами. Материаловед, в основном, занимается проблемами связи строения (состава и структуры) материалов и их свойств. Исходя из такого понимания, остановимся подробнее на описании компетенций указанных специалистов.

Рисунок 2

Технолог решает задачу выбора и оптимизации процессов создания (изготовления и обработки) материалов и изделий.

Эти процессы подразделяются на процессы синтеза материалов, процессы структурообразования и процессы формообразования. Каждый из указанных процессов, в свою очередь, имеет своё деление на подпроцессы. Например, процесс формообразования подразделяется на процессы соединения, разъединения и деформационного формообразования. В свою очередь, каждый из этих процессов имеет своё подразделение, например, процессы формообразования подразделяются на процессы соединения (разъёмного и неразъёмного), разъединения и деформационного формообразования. Процессы неразъёмного соединения подразделяются на процессы сварки, пайки, склеивания. Процессы сварки, в свою очередь, подразделяются на более чем 10 конкретных видов сварки и т. д.

Указанное иерархическое перечисление может быть представлено в виде специального графа – «дерева технологических процессов», имеющего несколько уровней описания (обозначенных на рисунке цифрами 1-4) (Рисунок 3).

Рисунок 3. Дерево технологических процессов

При формировании требований к компетенциям технолога работодателю следует выбрать уровень, знания на котором он будет считать достаточными для принимаемого на работу специалиста. Как правило, конкретные трудовые действия осуществляются на 4 (5) уровне в иерархии технологических процессов, и работодатель может выбрать, следует ли требовать от технолога знаний о смежных (находящихся на одном уровне) технологиях, а также знаний о технологиях более высокого уровня обобщения, или ограничиться одной конкретной технологией.

Применительно к каждой из конкретных технологий специалист на уровне трудовых действий должен владеть средствами труда, уметь ими управлять и их контролировать. Опишем матрицу требований к компетенциям технолога. По вертикальной оси расположим перечень средств труда, а по горизонтальной оси – требования к знаниям и умениям по контролю и управлению этими объектами (средствами труда).

При заполнении специалистом этой матрицы в полной мере проявится и специфика предмета труда (объёмного наноматериала или нанопокрытия), и, таким образом, проявятся компетенции специалиста-технолога в заданной предметной области. Однако знания и умения, касающиеся предмета труда – создаваемого материала (изделия) – будут полностью выявлены на четвёртом уровне – уровне специальных знаний и умений.

§4. Перейдём теперь к описанию требований к компетенциям технолога в области предмета труда. Технолог обеспечивает процесс преобразования состава, структуры и/или формы исходного материала в материал (изделие) с наноструктурой. Для обеспечения этого процесса технолог должен знать физические, химические и механические процессы, связанные с этим преобразованием, и уметь эти процессы контролировать и этими процессами управлять. Деятельность технолога по созданию материалов (изделий) может быть разделена на три фазы:

1. Подготовительная фаза. На этой фазе осуществляется контроль состояния материала (сырья, компонентов и т. д.). Здесь необходимо знать параметры исходных состояний, влияющие на возможность осуществления процесса, уметь их контролировать и ими управлять.

2. Фаза производства. В этой фазе происходит преобразование исходного материала в «наноматериал». Для обеспечения этой деятельности технолог должен знать параметры процесса преобразования и уметь их контролировать и управлять ими (корректируя при необходимости технологические режимы).

3. Фаза выходного контроля и обеспечения условий хранения. В этой фазе осуществляется контроль состояния полученного материала и управление обеспечением условий его сохранения. Для осуществления этой деятельности необходимо знать параметры конечного (нано) состояния и уметь контролировать их обеспечение.

Таким образом, требования к компетенциям технолога на четвёртом уровне – уровне специальных знаний и умений – могут быть описаны следующей матрицей:

§5. Материаловед решает задачу выбора и оптимизации эксплуатационных, технологических и инженерных свойств[8] с учётом строения (состава и структуры) материала (изделия) и с учётом процессов изменений структуры и свойств при обработке и эксплуатации.

Требования к трудовым действиям (уровень 3) материаловеда определяются требованиями к его компетенциям, касающимся средств труда. На третьем уровне – уровне трудовых действий – материаловед должен владеть средствами труда, уметь ими управлять и их контролировать. Компетенции материаловеда на третьем уровне описаны в таблице 4:

§6. Перейдём теперь к описанию предмета труда материаловеда. Предметом его труда являются свойства материалов в их связи со структурой и составом. Материаловед оптимизирует свойства материалов на основе знаний о его структуре.

Таким образом, материаловед должен владеть знаниями об эксплуатационных, технологических и инженерных свойствах материалов, их связи со структурой и знаниями о процессах эволюции структуры и свойств при обработке и эксплуатации.

Проблема здесь состоит в том, что в настоящее время в научной и инженерной практике не разработаны эффективные инструменты (способы), обеспечивающие эффективный переход от результатов изучения состава и структуры к прогнозу эксплуатационных и технологических свойств. Известны методы, позволяющие в некоторых случаях связывать результаты исследований состава и структуры с параметрами физических, химических и механических свойств материалов, однако связь этих параметров с эксплуатационными и технологическими свойствами также не является однозначной.

Второй важный аспект деятельности материаловеда связан с его возможностями описания и предсказания изменения свойств материала в процессе эксплуатации и обработки. Здесь в настоящее время также отсутствуют алгоритмизиррованные подходы. Для решения этого круга задач материаловед должен уметь устанавливать связь влияния внешних факторов (действующих при обработке и эксплуатации: время, температура, среда, механические и физические поля) с эволюцией структуры; устанавливать связь эволюции структуры с изменениями параметров физических, химических и механических свойств и устанавливать связь эволюции параметров физических, химических и механических свойств с изменениями эксплуатационных и технологических свойств в процессе эксплуатации и обработки.

Таким образом, требования к содержанию знаний и умений материаловеда могут быть описаны в следующих двух таблицах:

§7. Конструктор решает задачу обеспечения функции изделия путём оптимизации его формы с учётом инженерных и эксплуатационных свойств материалов (и изделия) и оптимизации состояния его поверхностей.

Требования к трудовым действиям конструктора определяются требованиями к его компетенциям, касающимся средств труда. На третьем уровне – уровне трудовых действий – конструктор должен владеть средствами труда, уметь ими управлять и их контролировать.

Компетенции конструктора на третьем уровне описаны в таблице 7:

§8. Предметом труда конструктора являются формы (в широком смысле этого понятия). По сути, конструктор оптимизирует форму с учётом свойств. Таким образом, конструктор должен знать «формы», способы их согласования друг с другом и с внешней средой, способы функционирования «форм» и способы выбора форм с учётом инженерных и эксплуатационных свойств материалов (и изделий).

Требования к компетенциям конструктора на четвёртом уровне представлены в двух таблицах: первая касается знаний о «формах», вторая – об инженерных и эксплуатационных свойствах материалов.

[1] Вид экономической деятельности указывается по ОКВЭД. Название области профессиональной деятельности формулируется разработчиком профессионального стандарта в случае, если деятельность, представленную в профессиональном стандарте, нельзя (трудно) отнести к одному конкретному виду экономической деятельности формулируется разработчиком профессионального стандарта в случае, если деятельность, представленную в профессиональном стандарте, нельзя (трудно) отнести к одному конкретному виду экономической деятельности

[2] ОКВЭД – Общероссийский классификатор видов экономической деятельности, документ входит в состав общероссийских классификаторов технико-экономической и социальной информации. Принят постановлением Госстандарта N 454-ст от 6 ноября 2001 г., введен 1 января 2003 г.

[3] Вид экономической деятельности указывается по ОКВЭД. Название области профессиональной деятельности формулируется разработчиками профессионального стандарта в случае, если деятельность, представленную в профессиональном стандарте, нельзя (трудно) отнести к одному конкретному виду экономической деятельности.

[4] Здесь и далее курсивом выделены рекомендательные разделы, включаемые в профессиональный стандарт по усмотрению разработчиков

[5] Требования к квалификации, отраженные в Национальной или в отраслевой рамках квалификаций для соответствующего квалификационного уровня, являются неотъемлемой частью настоящего профессионального стандарта

[6] Заполняется в соответствии с установленным порядком

[7] При необходимости разработчики профессионального стандарта описывают процесс разработки документа, приводят дополнительные пояснения, способствующие эффективному использованию профессионального стандарта.

[8] Эксплуатационные свойства: трибологические, выносливость, жаропрочность, жаростойкость, коррозионная стойкость, прочность, трещиностойкость (хрупкость), радиационная стойкость, релаксационная стойкость.

Инженерные свойства: плотность, модуль Юнга, предел текучести, трещиностойкость, энергия разрушения, коэффициент затухания упругих волн, теплопроводность, температуропроводность, удельная теплоёмкость, коэффициент линейного расширения, предельная температура эксплуатации.

Технологические свойства: деформируемость, свариваемость, жидкотекучесть и т. д.