1.5 研究内容和框架
1.5.1 研究内容
可重入生产系统优化控制问题的目标是利用不同的调度策略，在不同的时间尺度上优化生产系统的产出率，实现订单准时交货率和企业收益的最大化，从而辅助管理者解决优化控制生产的问题。本书首先从不同的时间尺度上分析可重入生产系统的建模问题，然后采用不同的调度策略对系统的产出率进行控制，同时对调度控制策略的有效性和高效性进行评估，为管理者解决调度控制的问题提供理论依据。针对可重入生产系统建模和优化控制中的关键问题和现有研究问题的不足，结合本书研究问题的描述和研究目标，有针对性地开展了以下几个方面的研究。主要分为以下四个部分。
（1）研究单产品/多产品可重入生产系统修正的连续建模，并具体分析了工件的重入程度对系统性能指标的影响。
（2）基于多产品修正的连续模型，建立多产品可重入生产系统的最优投料控制问题。
（3）在不同的时间尺度上，建立基于推拉调度策略的连续模型，同时分析推拉点PPP向系统的上游/下游发生移动时，对系统关键性能指标的影响。
（4）基于推拉调度策略的连续模型，依次提出了基于推拉点的调度控制策略和基于推拉点的线性反馈控制策略。各部分内容之间的结构关系如图1-2所示。
图1-2 本书研究内容及其结构关系
具体的研究内容分述如下。
1．可重入生产系统的连续建模
针对可重入生产系统，为了反映系统的重入程度对系统性能指标的影响，本书引入重入因子的概念，基于基本的连续模型，建立了单产品/多产品修正的连续模型。具体包括以下内容。
（1）引入重入因子的概念，利用排队论知识和近似计算原理，建立修正的连续模型。通过与离散模型的模拟结果进行对比分析，验证单产品修正的连续模型的有效性。
（2）通过数值实例，分析不同的重入因子对系统关键性能指标的影响。
（3）根据多产品订单紧急度情况的不同，将系统中的产品划分为不同的加工优先级，建立多产品可重入生产系统的连续模型。通过与离散模型的模拟结果进行对比分析，验证多产品修正的连续模型的有效性。
（4）通过数值实例，分析不同优先级产品投料速率的改变对系统中所有产品性能指标的影响。
2．多产品可重入生产系统的最优投料控制策略
任何生产系统建模的最终目标都是要对其控制以获得期望的产出量。为了提高不同产品订单的准时交货率和企业收益的最大化，主要研究长期预测的最优投料控制问题。利用PDE模型，通过控制生产系统的物料投放速率以获得系统期望的产出率。具体包括以下内容。
（1）为了提高系统中不同产品的准时交货率问题，基于多产品可重入生产系统的连续模型，提出了多产品可重入生产系统的最优投料控制策略。
（2）系统中各产品在满足不同需求率的情况下，依据多产品最优化投料控制策略进行物料投放，通过数值实例分析各产品的产出量与实际需求量之间的差值。
3．基于推拉调度策略的连续建模
在考虑了长时期内整个生产系统的性能与指标的优化控制问题之后，为了能更好地控制生产以实时响应动态变化的市场需求量问题，从多时间尺度上，将连续建模的思想和推拉式供应链管理的思想相结合，建立基于推拉调度策略的连续模型。具体包括以下内容。
（1）引入一个控制变量——推拉点的概念，基于基本的连续模型，建立基于推拉调度策略的连续模型，并验证了该模型解的存在性。
（2）通过数值实例进行案例分析，当推拉点向系统的上游/下游/混合移动时，对系统的各项性能指标的影响。
4．基于推拉点的调度控制策略
为了增加复杂制造系统的柔性并提高其实时响应能力，以解决短时间内产品出现激增或是硅片的突然增加所带来的影响，并能在多时间尺度上，实时响应动态变化的市场需求量问题，提出了基于推拉点PPP的调度控制策略。具体包括以下内容。
（1）给出基于推拉点的调度控制策略的建模原理和具体的求解过程。同时，通过数值实例分析推拉点经历不同的时间间隔之后，对系统性能指标的影响。
（2）针对加工机器在不同的利用率水平和需求率在不同偏离程度的情况下，将三种不同的调度控制策略：基于推拉点PPP的调度控制策略与纯拉式调度控制策略（PPP＝0.0）和纯推式调度控制策略（PPP＝1.0）进行对比分析，验证基于推拉点的调度控制策略的有效性。
5．基于推拉点的线性反馈控制策略
为了解决短时间内产品出现剧增或是硅片的突然增加所带来的影响，实时响应动态变化的市场需求量情况，基于不同的控制原理，提出了基于推拉点的线性反馈控制策略。具体包括以下内容。
（1）给出基于推拉点的线性反馈控制策略的建模原理和具体的求解过程。同时，通过数值实例分析推拉点经历不同的时间间隔之后，对系统性能指标的影响。
（2）针对加工机器在不同的利用率水平和需求率在不同偏离程度的情况下，将三种不同的控制策略：基于推拉点PPP的线性反馈控制策略与纯拉式控制调度策略（PPP＝0.0）和纯推式控制调度策略（PPP＝1.0）进行对比分析，验证线性反馈控制策略的有效性和高效性问题。
（3）在推拉点移动的最优时间间隔更新频率下，分析不同加工机器的利用率水平和不同需求率的偏离程度对生产系统优化控制效果的影响。
1.5.2 研究框架
基于上述的研究内容，将本书可以划分为7个章节，主要包括以下几个方面。
第1章为绪论，介绍了本书的研究背景、研究意义、研究现状、研究内容及论文的整体组织结构；第2章为了反映半导体生产系统中工件的重入程度对系统关键性能指标的影响和具有多种不同加工产品需要同时加工的事实，基于基本的连续模型，依次建立了单产品/多产品可重入生产系统修正的连续模型；第3章为了在长时间尺度上积极响应不同紧急度产品的市场需求量情况，提出了多产品可重入生产系统的最优投料控制策略；第4章为了从不同的时间尺度上对可重入生产系统的性能指标进行分析，将连续建模的思想和推拉式供应链管理的思想相结合，引入一个控制变量——推拉点的概念，建立基于推拉调度策略的连续模型；第5章在第4章的基础之上，在生产能力满足的情况下，为了增加复杂制造系统的柔性并提高其实时响应能力，以解决短时间内产品出现激增或是硅片的突然增加所带来的影响，提出了基于推拉点的调度控制策略；第6章在第4章和第5章的基础之上，从多时间尺度上，为了实时响应动态变化的市场需求量情况，提出了基于推拉点的线性反馈控制策略，以实现对可重入生产系统进行有效的生产控制；第7章对全文的研究进行了总结，同时给出了对未来研究的展望。