多重入制造系統(tǒng)的連續(xù)建模與優(yōu)化研究.pdf

1、多重入制造系統(tǒng)是指在系統(tǒng)中工件在工藝路線的不同階段多次訪問(wèn)同一加工站的制造系統(tǒng)。這種重入特性不同于一般制造系統(tǒng)的再制造或返修，它是產(chǎn)品加工工藝的要求，其重入的次數(shù)和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般制造系統(tǒng)，并導(dǎo)致處于加工過(guò)程中不同階段的在制品競(jìng)爭(zhēng)同一臺(tái)設(shè)備，使得設(shè)備前的加工負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)增大，無(wú)法對(duì)來(lái)訪在制品的到達(dá)時(shí)間做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。芯片制造系統(tǒng)是多重入復(fù)雜制造系統(tǒng)的典型代表，而Mini-Fab模型是最常用的多重入系統(tǒng)研究案例。
　　 首先，本文通

2、過(guò)介紹半導(dǎo)體制造過(guò)程，說(shuō)明了多重入制造系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模龐大、高度重入特征、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、造價(jià)昂貴和多品種混合生產(chǎn)等特點(diǎn)。接著，闡述了對(duì)多重入生產(chǎn)系統(tǒng)的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)建模方法在建模過(guò)程中的困難及其缺陷。制造系統(tǒng)連續(xù)模型計(jì)算速度快，且建模難度和計(jì)算時(shí)間不受系統(tǒng)規(guī)模影響，針對(duì)多重入系統(tǒng)的特點(diǎn)，連續(xù)建模方法有著其他建模方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性。利用連續(xù)模型對(duì)多重入系統(tǒng)進(jìn)行建模與控制成為熱點(diǎn)，但主要針對(duì)單產(chǎn)品的大規(guī)模系統(tǒng)。
　　 其次，本文介紹了多重入

3、制造系統(tǒng)的基本連續(xù)模型及求解方法——有限差分法，通過(guò)建立相同單產(chǎn)品Mini-Fab系統(tǒng)的ExtendSim仿真模型并比較連續(xù)模型與仿真模型的結(jié)果，證明了基本連續(xù)模型對(duì)小規(guī)模多重入系統(tǒng)的不適用性。接著，論文引入了重入因子的概念，對(duì)一般模型進(jìn)行修正，從而得到考慮重入程度因素的多重入制造系統(tǒng)的連續(xù)模型，并利用相同方法驗(yàn)證了新模型的有效性?；谛拚蟮倪B續(xù)模型，本文還分析了不同投料速率情況下，產(chǎn)品產(chǎn)出率和在制品數(shù)量的變化情況，并解釋了產(chǎn)出率出現(xiàn)

4、逆現(xiàn)象的原因。
　　 接著，基于修正的連續(xù)模型，本文提出了需求控制問(wèn)題，即求最優(yōu)的產(chǎn)品投料速率以得到期望的產(chǎn)出率，使之與已知的需求率之間的差異最小。建立的優(yōu)化控制模型是一個(gè)約束條件為PDE方程的非線性優(yōu)化問(wèn)題，可通過(guò)伴隨法先求出投料速率關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的梯度值，再利用非線性共軛梯度法求得最優(yōu)投料速率。通過(guò)分別分析需求率為階梯函數(shù)、線性遞變函數(shù)和周期函數(shù)三種情況下的最優(yōu)投料速率分布情況，說(shuō)明了最優(yōu)投料速率變化的提前期和波動(dòng)變化情況。<