前言

半導體制造系統是可重入生產系統（re-entrant lines）的典型代表。隨著半導體市場競爭越來越激烈，客戶的個性化需求越來越明顯，對交貨期的要求也越來越高。因此，客戶對企業的要求不再僅僅是提供所需要的產品，而是在最短的時間里提供滿足客戶個性化需求的產品。為了實時響應客戶日益多樣化和個性化動態變化的需求量，特別是針對短時間內產品出現劇增（如硅片的突然增加）所帶來的影響及長時間尺度上生產系統的優化控制問題，采用常規的技術難以取得良好的優化效果，因而需要研究一種新的方法來提高生產系統的性能。本書針對可重入生產系統在不同的時間尺度上提出了一種新型的調度控制策略，它在實際生產運作過程中已經得到了很好的應用，同時為企業解決實時動態控制難題提供了理論依據與實用價值。

全書共分7章，主要內容如下。

第1章闡述了本書研究的背景和研究意義，提出了研究問題。對現有關于可重入生產系統的建模方法、優化控制策略的文獻進行了評價和總結，指出了已有研究存在的優缺點，同時簡要地介紹了本書的研究思路。

第2章研究了可重入生產系統的連續建模。為了對可重入生產系統的整體性能指標進行評估和優化控制，建立連續模型當是首選。本書基于基本的連續模型，為了反映系統中工件的重入程度對系統性能指標的影響，引入重入因子的概念對基本的連續模型進行更新，建立修正的單產品連續偏微分方程（partial differential equation，PDE）模型。由于實際半導體芯片制造系統是多種產品同時加工的生產線，為了對該系統的整體性能指標進行評估和優化控制，在此，根據訂單的緊急度情況將生產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PDE模型。

第3章研究了多產品可重入生產系統的最優投料控制策略。投料策略是在長時間尺度上對生產系統進行控制的，例如，滿足季節性需求模式或新產品的增加或減少，對整個生產系統的產出率產生影響。為了滿足不同種類的產品市場需求情況，實現整個多產品可重入生產系統最優投料控制的目的，本書提出了多產品可重入生產系統的最優投料控制策略。該策略的控制目標主要是：針對外部市場動態變化的需求量與內部生產供應間的匹配、系統WIP水平等與可重入生產系統整體相關的問題，從而提高不同緊急度訂單的準時交貨率問題。

第4章研究了基于推拉調度策略的連續模型。為了從不同的時間尺度對生產系統的整體性能進行評估，通過改變系統的加工步優先級以更好地控制生產，建立了一種新型的連續模型——基于推拉調度策略的連續模型。建立該模型的關鍵因素是引入一個控制變量——“推拉點”（push-pull point，PPP）的概念。建立該模型的基本原理是：在推拉點位置前端的生產線采用推式調度策略，同時在推拉點位置后端的生產線采用拉式調度策略。而后通過數值實例，分析在不同的時間尺度上推拉點位置的改變對生產系統關鍵性能指標的影響。

第5章研究了基于推拉點的調度控制策略。當工廠收到意外訂單時，生產系統中的產品將會出現激增或是短時間內硅片的突然增加，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對市場的實時響應能力，提出了基于推拉點的調度控制策略。該策略的控制原理是：在一定的時間間隔之內，通過改變推拉點的位置，使得推拉點下游的在制品數與市場需求量相匹配。然后通過數值實例，從不同的時間尺度分析了推拉點位置的改變對系統整體性能指標的影響。同時，與純拉式調度策略和純推式調度策略的數值模擬結果進行對比分析，驗證該控制策略的有效性問題。

第6章研究了基于推拉點的線性反饋控制策略。為了實時響應客戶日益多樣化和個性化動態變化的市場需求量，有效處理晶圓廠收到意外訂單的情況，提出了基于推拉點的線性反饋控制策略。首先，給出了該線性反饋控制策略的控制原理和具體的求解過程。其次，通過數值實例，從不同的時間尺度分析了推拉點位置的改變對生產系統整體性能指標的影響。再次，通過與純拉式調度策略和純推式調度策略的數值模擬結果進行對比分析，驗證該線性反饋控制策略的有效性及高效性問題。最后，當推拉點在最優更新頻率的情況下發生移動時，對比該線性反饋控制策略與純拉式調度策略之間的相對誤差，進一步分析了加工設備的利用率和市場需求率的偏離程度對模擬精度的影響。

第7章對本書進行了總結，列出了研究的結論，并討論了可重入生產系統的調度策略優化問題未來可能的研究方向。

可重入生產系統多時間尺度上的建模與調度控制是一個新的研究領域，其理論和方法尚處于研究和發展初期，書中很多內容都是探索性工作，再加上作者水平有限，肯定有不完善之處，缺點或錯誤在所難免，懇請各位專家和讀者批評指正。

何鳳蘭

2016年3月