1.5 研究內容和框架

1.5.1 研究內容

可重入生產系統優化控制問題的目標是利用不同的調度策略，在不同的時間尺度上優化生產系統的產出率，實現訂單準時交貨率和企業收益的最大化，從而輔助管理者解決優化控制生產的問題。本書首先從不同的時間尺度上分析可重入生產系統的建模問題，然后采用不同的調度策略對系統的產出率進行控制，同時對調度控制策略的有效性和高效性進行評估，為管理者解決調度控制的問題提供理論依據。針對可重入生產系統建模和優化控制中的關鍵問題和現有研究問題的不足，結合本書研究問題的描述和研究目標，有針對性地開展了以下幾個方面的研究。主要分為以下四個部分。

（1）研究單產品/多產品可重入生產系統修正的連續建模，并具體分析了工件的重入程度對系統性能指標的影響。

（2）基于多產品修正的連續模型，建立多產品可重入生產系統的最優投料控制問題。

（3）在不同的時間尺度上，建立基于推拉調度策略的連續模型，同時分析推拉點PPP向系統的上游/下游發生移動時，對系統關鍵性能指標的影響。

（4）基于推拉調度策略的連續模型，依次提出了基于推拉點的調度控制策略和基于推拉點的線性反饋控制策略。各部分內容之間的結構關系如圖1-2所示。

具體的研究內容分述如下。

1．可重入生產系統的連續建模

針對可重入生產系統，為了反映系統的重入程度對系統性能指標的影響，本書引入重入因子的概念，基于基本的連續模型，建立了單產品/多產品修正的連續模型。具體包括以下內容。

（1）引入重入因子的概念，利用排隊論知識和近似計算原理，建立修正的連續模型。通過與離散模型的模擬結果進行對比分析，驗證單產品修正的連續模型的有效性。

（2）通過數值實例，分析不同的重入因子對系統關鍵性能指標的影響。

（3）根據多產品訂單緊急度情況的不同，將系統中的產品劃分為不同的加工優先級，建立多產品可重入生產系統的連續模型。通過與離散模型的模擬結果進行對比分析，驗證多產品修正的連續模型的有效性。

（4）通過數值實例，分析不同優先級產品投料速率的改變對系統中所有產品性能指標的影響。

2．多產品可重入生產系統的最優投料控制策略

任何生產系統建模的最終目標都是要對其控制以獲得期望的產出量。為了提高不同產品訂單的準時交貨率和企業收益的最大化，主要研究長期預測的最優投料控制問題。利用PDE模型，通過控制生產系統的物料投放速率以獲得系統期望的產出率。具體包括以下內容。

（1）為了提高系統中不同產品的準時交貨率問題，基于多產品可重入生產系統的連續模型，提出了多產品可重入生產系統的最優投料控制策略。

（2）系統中各產品在滿足不同需求率的情況下，依據多產品最優化投料控制策略進行物料投放，通過數值實例分析各產品的產出量與實際需求量之間的差值。

3．基于推拉調度策略的連續建模

在考慮了長時期內整個生產系統的性能與指標的優化控制問題之后，為了能更好地控制生產以實時響應動態變化的市場需求量問題，從多時間尺度上，將連續建模的思想和推拉式供應鏈管理的思想相結合，建立基于推拉調度策略的連續模型。具體包括以下內容。

（1）引入一個控制變量——推拉點的概念，基于基本的連續模型，建立基于推拉調度策略的連續模型，并驗證了該模型解的存在性。

（2）通過數值實例進行案例分析，當推拉點向系統的上游/下游/混合移動時，對系統的各項性能指標的影響。

4．基于推拉點的調度控制策略

為了增加復雜制造系統的柔性并提高其實時響應能力，以解決短時間內產品出現激增或是硅片的突然增加所帶來的影響，并能在多時間尺度上，實時響應動態變化的市場需求量問題，提出了基于推拉點PPP的調度控制策略。具體包括以下內容。

（1）給出基于推拉點的調度控制策略的建模原理和具體的求解過程。同時，通過數值實例分析推拉點經歷不同的時間間隔之后，對系統性能指標的影響。

（2）針對加工機器在不同的利用率水平和需求率在不同偏離程度的情況下，將三種不同的調度控制策略：基于推拉點PPP的調度控制策略與純拉式調度控制策略（PPP＝0.0）和純推式調度控制策略（PPP＝1.0）進行對比分析，驗證基于推拉點的調度控制策略的有效性。

5．基于推拉點的線性反饋控制策略

為了解決短時間內產品出現劇增或是硅片的突然增加所帶來的影響，實時響應動態變化的市場需求量情況，基于不同的控制原理，提出了基于推拉點的線性反饋控制策略。具體包括以下內容。

（1）給出基于推拉點的線性反饋控制策略的建模原理和具體的求解過程。同時，通過數值實例分析推拉點經歷不同的時間間隔之后，對系統性能指標的影響。

（2）針對加工機器在不同的利用率水平和需求率在不同偏離程度的情況下，將三種不同的控制策略：基于推拉點PPP的線性反饋控制策略與純拉式控制調度策略（PPP＝0.0）和純推式控制調度策略（PPP＝1.0）進行對比分析，驗證線性反饋控制策略的有效性和高效性問題。

（3）在推拉點移動的最優時間間隔更新頻率下，分析不同加工機器的利用率水平和不同需求率的偏離程度對生產系統優化控制效果的影響。

1.5.2 研究框架

基于上述的研究內容，將本書可以劃分為7個章節，主要包括以下幾個方面。

第1章為緒論，介紹了本書的研究背景、研究意義、研究現狀、研究內容及論文的整體組織結構；第2章為了反映半導體生產系統中工件的重入程度對系統關鍵性能指標的影響和具有多種不同加工產品需要同時加工的事實，基于基本的連續模型，依次建立了單產品/多產品可重入生產系統修正的連續模型；第3章為了在長時間尺度上積極響應不同緊急度產品的市場需求量情況，提出了多產品可重入生產系統的最優投料控制策略；第4章為了從不同的時間尺度上對可重入生產系統的性能指標進行分析，將連續建模的思想和推拉式供應鏈管理的思想相結合，引入一個控制變量——推拉點的概念，建立基于推拉調度策略的連續模型；第5章在第4章的基礎之上，在生產能力滿足的情況下，為了增加復雜制造系統的柔性并提高其實時響應能力，以解決短時間內產品出現激增或是硅片的突然增加所帶來的影響，提出了基于推拉點的調度控制策略；第6章在第4章和第5章的基礎之上，從多時間尺度上，為了實時響應動態變化的市場需求量情況，提出了基于推拉點的線性反饋控制策略，以實現對可重入生產系統進行有效的生產控制；第7章對全文的研究進行了總結，同時給出了對未來研究的展望。