机器效率改进的仿真模型使用以可靠性为中心的维修:半导体工厂的案例研究

文摘

本研究的目的是为了提高产品的质量通过专注于机器效率的改善。的原则,以可靠性为中心的维修(RCM)应用于提高机器的可靠性。下的目标是制定预防性维修计划以可靠性为中心的维修方法和减少缺陷。这项研究的目标是减少铅PPM模拟测试机的预防性维护计划。基于进化算法的仿真优化方法用于预防性维修技术选择过程选择了最好的总成本的点间隔和铅PPM值。等研究方法包括程序在测试机关键部件的优先级之后,分析了损伤和风险水平利用故障模式及影响分析(FMEA),通过可靠性估算计算合适的更换周期,优化预防性维护计划。从研究的结果表明,铅PPM的测试机可以减少。预防性维护的成本,成本的好产品,和产品的损失成本降低了。

1。介绍

由于更高的企业和行业竞争,争夺生存的业务已变得更强。许多企业必须改善他们的表现为了留住自己的企业在竞争激烈的世界。行业要求的半导体工厂是一个有效的生产计划以提高生产过程能力更高。可靠性和可维护性起到至关重要的作用在确保成功的操作生产过程,因为它们可以用来确定生产可用性和提高质量。此外,维护政策也起着重要的作用在提高操作的效率和最小成本(1]。以可靠性为中心的维修(RCM)是一种被广泛接受的方法,已经在该行业超过30年,已经被证明提供了一种有效的预防性维修策略优化(2]。设计生产线的预防维修计划并不总是那么容易。预测调度没有可靠的理由或证据的结果可能会造成某种程度的不确定性设计工程师。新技术的发展使仿真模型的优势生产过程的性能测试线甚至在它们的存在和定义以及实施调度计划(3]。模拟技术的概念是模仿真实系统后,使用模型来模拟不同的条件,然后研究影响评估可能的策略以提高当前的系统。模拟模型的结果和影响各种条件根据仿真模型的假设在测试阶段。结果协助分析仪来理解系统的暂态和预测的影响发生在改变条件(s)的系统[4]。

本研究认为案例研究(即测试机造成的缺陷。在半导体工厂,导致缺陷)。纠正历史数据的维护,在测试机等各种组件测试插座,隔板,使推杆式恶化随着时间的推移,影响产品质量。为了稳定测试机器和减少缺陷的过程,一个有效的预防性维修计划是必需的。因此,本研究旨在建立一个预防性维护计划基于可靠性数据的测试机和应用离散事件仿真选择提供了最佳的性能的预防性维修间隔值。

2。方法

2.1。识别组件,每个组件的失效模式和效果分析

失效分析的机器机械与装备(科钦)组件的变化揭示了影响铅质量上的每种类型的失败。失效模式与效应分析(FMEA)进行了测试机器上的组件在研究评估每个组件的各种模式的失败。与测试机专家头脑风暴后,FMEA工作表。工作表的定义可以失败,这样的失败(失效模式)和组件上的每个失效模式的影响。排名根据严重程度的严重性故障模式影响产品质量如表中定义的那样1。根据可能发生故障率中定义的表2。


效果	排名	标准:影响的严重性

危险没有警告	10	潜在的失效模式危及操作者、机器或组装没有警告。
危险和警告	9	潜在失效模式危及操作者、机器或装置和警告。
非常高的	8	机器生产铅缺陷大于4小时。
高	7	机器生产铅缺陷2小时和4个小时之间。
温和的	6	机器生产铅缺陷1小时至2小时。
低	5	机器生产铅缺陷半小时至1小时。
非常低的	4	机器生产铅缺陷10分钟到半小时之间。
小	3	机器生产铅缺陷不到10分钟。
非常小	2	关键的机器参数的规范限制,但需要调整在操作期间。
没有一个	1	关键机器参数规范的限制和预防性维护期间可能会调整。


效果	排名	标准:可能的失败率

非常高:持续的失败	10	每小时
	9	每一个转变

高:频繁的失败	8	每一天
	7	每个星期

中度:偶尔的失败	6	每个月
	5	每三个月
	4	每6个月

低:相对较少的失败	3	每年
	2	每2年

远程:失败是不可能的	1	每5年

检测能力的评估方法来检测表中定义的组件的失败3。每个失效模式的风险优先数计算研究中确定如表所示4。


检测	排名	范围的检测方法

几乎不可能	10	不能检测或不检查。
非常遥远	9	控制是通过间接或随机检查。
远程	8	控制是通过目视检查。
非常低的	7	控制是实现双目视检查。
低	6	控制是实现与制图方法,如SPC(统计过程控制)。
温和的	5	控制是基于变量测量部分已经离开车站后,或去/不去衡量上执行100%的部分零件已经离开车站后。
适度高	4	错误检测在后续操作,或测量进行设置和第一块检查(仅供设置原因)。
高	3	在车站错误检测,或者在后续操作中错误检测由多个层验收:供应、选择、安装、验证,不能接受不符的部分。
非常高的	2	错误检测在车站(自动测量和自动停止功能)。不能通过不符的部分。
非常高的	1	有差异的零件不能因为error-proofed了项目过程/产品设计。

来源:【5]。


机械部分列表(影响导致缺陷)		潜在的失效模式	效果	严重程度	发生	检测	项

1	真空垫	穿	了单位	8	4	9	288年
2	喷射器过滤器	阻塞	了单位	8	4	8	256年
3	选择器油缸	侵蚀	单位错位	8	4	9	288年
4	电磁阀	阀没有打开/关闭	了单位	6	4	8	192年
5	距环	穿	单位错位	5	3	8	120年
6	球轴承	穿	单位错位	5	2	4	40
7	正时皮带	损害	单位错位	7	3	9	189年
8	测试托盘	损害	单位错位	6	1	4	24
9	空气管	泄漏	单位错位	3	1	4	12
10	电机轴	裂纹/骨折	了单位	6	3	2	36
11	电机定子	打开/短路	了单位	5	2	2	20.
12	插件	破损	过大的压力在铅	8	4	9	288年
13	导致推杆式	破损	过大的压力在铅	8	4	9	288年
14	测试插座	Pogo销卡	过大的压力在铅	8	5	8	320年
15	加载程序缓冲区	穿	单位错位	3	1	8	24
16	装载机做精	偏差	单位错位	6	1	8	48
17	卸荷做精	偏差	单位错位	7	3	8	168年
18	卸料机可分类的	穿	单位错位	4	1	8	32
19	直线导轨	穿	单位错位	8	4	9	288年
20.	滚珠螺杆	裂纹/骨折	了单位	3	1	2	6

2.2。分析优先级的组件

帕累托图是一种图形化的工具排名问题的原因从最重要到最不重要。80 - 20规则应用于识别最关键的失败组件测试机器的研究。的累积概率发生的RPN值获得不同失效模式的组件被认为是在测试机器的失效分析研究显示在表中5。帕累托图构造的RPN值失效模式导致的缺陷呈现在图1。从80 - 20规则,关键失效模式的组件造成的铅质量被认为是完全或部分失败的测试机器的可靠性评估。


ID	组件	项	发生概率的RPN值	累积%的RPN值的出现

14	测试插座	287.51	0.1036	10.36%
13	导致推杆式	272.00	0.0980	20.16%
3	选择器油缸	268.33	0.0967	29.83%
1	真空垫	268.22	0.0967	39.50%
12	插件	260.56	0.0939	48.89%
19	直线导轨	253.00	0.0912	58.01%
2	喷射器过滤器	235.06	0.0847	66.48%
4	电磁阀	179.75	0.0648	72.96%
7	正时皮带	176.00	0.0634	79.30%
17	卸荷做精	150.62	0.0543	84.73%
5	距环	117.33	0.0423	88.96%
16	装载机做精	62.91	0.0227	91.22%
6	球轴承	50.81	0.0183	93.06%
18	卸料机可分类的	43.85	0.0158	94.64%
15	加载程序缓冲区	31.51	0.0114	95.77%
8	测试托盘	31.41	0.0113	96.90%
10	电机轴	30.67	0.0111	98.01%
11	电机定子	29.63	0.0107	99.08%
9	空气管	18.96	0.0068	99.76%
20.	滚珠螺杆	6.67	0.0024	100%

2.3。数据收集和分析系统

统计软件就会自动选择合适的连续分布符合输入数据,计算极大似然估计的分布,拟合优度的测试结果,显示分布在它们的相对排名顺序如图2。的相对排名是由实证方法,它使用有效的拟合优度计算。而一个好的排名通常表明安装输入数据的分布是一个很好的表示,绝对的拟合优度。

2.4。构建以可靠性为中心的维修模型

为了阐明和分析仿真模型的逻辑,流程图描述的逻辑以可靠性为中心的维修(RCM)模型,提出了一种测试机在图3。RCM模型的整体情况总结表6在仿真模型被创建。


场景	时间失败	下午安排	机器状态	实体处理

1	(组件失败)	达到了	停止点	阻塞之前测试
2	没有达到	达到了	停止点	阻塞之前测试
3	(组件失败)	没有达到	磨破的	失去了单位
4	没有达到	没有达到	正常的	良好的单元

一旦单位到测试机,仿真模型将检查机器组件是否已达到预防性维修(PM)计划。如果是这样,单位会阻塞等到下午完成。下午,以防机器组件没有达到计划,该组件将由第二个条件检查,以确定它是否仍有循环计数低于失效到达时间(TTF)。如果是这样,单位将成为良好的单元测试。否则,测试单元将成为单位的损失。第三个条件检查测试机器是否会不断产生13个单位损失。如果是这样,它会停下来纠正维护(CM)。

以下假设是在RCM模型的仿真模型。(1)以来以可靠性为中心的维修模型确定预防性维修时间表取决于组件的可靠性仿真模型假定组件进行可靠性仿真开始时和减少100%的循环处理。(2)维修技术员是连续可用的。(3)一旦修复行动开始一个组件,它是完全完成没有豁免。(4)一旦修复完成后,组件将恢复的操作可靠性为100%。(5)一旦发生失败的组件,测试机器仍然可以运行。但产生的输出将是有缺陷的。(6)到达时间是恒定的喂养不空转测试人员。

仿真模型将运行1年(365天)。一旦完成了仿真运行结果,用户提供的报告,看看机器利用率,组件的可靠性和成本发生了变化。点调度优化的完整仿真模型如图4。

2.5。验证和验证系统模型

在仿真模型的实现,验证了使用测试运行的方法,以确保模型已经用正确的算法实现和使用某些数据在某些时刻的时间。此外,调试器工具被用来指出编程错误当他们出现。计数器也插入整个模型为当地的测量结果。通过这种方式,能找到一些错误和纠正。

在实验之前,执行模型设置所有参数配置。它被使用的假设方法进行验证。在这项研究中,仿真模型不会产生统计不同值2选择性能测量吞吐量和ppm。结果如表所示7。确定统计学意义,是集和执行下列假设检验:


复制	性能的措施
	吞吐量		铅PPM
	实际的系统	仿真模型	实际的系统	仿真模型

1	239年	237年	1041年	960年
2	238年	238年	989年	1029年
3	240年	241年	1087年	975年
4	235年	237年	825年	1058年
5	240年	236年	1063年	1281年
6	237年	237年	936年	1183年
7	235年	237年	838年	1018年
8	242年	243年	1216年	1251年
9	238年	242年	983年	905年
10	239年	239年	1037年	1213年
样本均值()	238.3	238.7	1001年。5	1087年。3
样本标准差()	2.213	2.452	116.7	133.5
95%置信区间

下标的和表示真正的系统数据和仿真结果。置信区间的计算来比较两个系统。此外,这种方法不需要两个种群差异平等。有95%的信心,结论是没有显著区别两个系统的吞吐量和铅ppm(真实系统和仿真模型)的置信区间包括零。虽然吞吐量和铅ppm两位杰出的性能措施分析制造系统,其他性能措施也可以以类似的方式进行测试。

2.6。分析系统的输出

分析的输出仿真模型,仿真结果将是检查的总成本和铅ppm将用于确定最合适的预防性维修调度方案。成本结构和铅ppm配方如表所示8和9。成本率输入计算仿真模型。真正的数据编码为了工业保密。


成本结构

总成本(TC)	TC =本金保证产品−CLD−CPM
预防性维修的成本(CPM)	CPM = (CC) + (TeC)
组件成本(CC)	CC = (Total_Component_Replaced) *(成本/ Component_Unit)
技术人员成本(TeC)	TeC = (Total_Time_Repaired) *(成本/小时)
好的产品成本(本金保证产品)	本金保证产品= (Total_Good_Units) *(成本/ Good_Unit)
失去了产品成本(CLD)	CLD = (Total_Lost_Units) *(成本/ Lost_Unit)


配方

铅PPM	铅PPM = (Total_Lost_Units / Total_Units_Produced) ×10⁶

2.7。优化预防性维修间隔

验证和确认过程,仿真模型可以考虑系统的总成本和执行领导ppm。对于这个案例研究,优化的目的是找出最优预防性维修间隔最大化总成本,最小化导致ppm,最大化的预防性维护间隔。要做到这一点,仿真模型将寻求为决策变量(即最优值。为每个组件),预防性维修间隔。生成的解决方案不同的决策变量的值,根据他们的数据类型,下界和上界。

3所示。这项研究的发现

3.1。最优预防性维修间隔

为了解决优化问题,优化软件将生成解决方案通过改变决策变量的值,根据他们的数据类型,下界和上界。后选择决策变量、目标函数定义测量解决方案的效用测试优化软件。

点的时间间隔定义为决策变量。上限是获得每个组件的当前点区间如表所示10。例如,测试插座当前点间隔等于6个月或43200年周期。测试插座的上界的仿真模型是优化预防性维修时间间隔设置为43200周期。


组件	当前点间隔		上界
组件	个月	转换为周期	周期

()测试插座	6	43200年	43200年
()插件	6	43200年	43200年
()领导推车	6	43200年	43200年
()直线导轨	12	86400年	86400年
()真空垫	3	21600年	21600年
()选择气缸	12	86400年	86400年
()喷射过滤器	6	43200年	43200年
()电磁阀	12	86400年	86400年
()正时皮带	12	86400年	61821年

相比之下,每个组件的最小失效到达时间值将被设定为每个组件的下界,如表所示11。例如,测试插座的最小失效到达时间值是3.59个月或25871年周期。测试插座的下界的仿真模型设置为3个月或21600年周期优化预防性维修间隔。


组件	当前点间隔		下界
组件	最小失效到达时间值	转换为周期	个月	周期

()测试插座	25871年	3.59	3	21600年
()插件	25612年	3.55	3	21600年
()领导推车	30612年	4.25	4	28800年
()直线导轨	45871年	6.37	6	43200年
()真空垫	18251年	2.53	2	14400年
()选择气缸	45783年	6.35	6	43200年
()喷射过滤器	27781年	3.85	3	21600年
()电磁阀	55432年	7.69	7	50400年
()正时皮带	54582年	7.58	7	50400年

在这项研究中,有五名优化策略建议,以定义测试机器组件和多项目标函数。这些优化策略优化的原因所有场景会影响总成本,导致PPM,每个组件和点间隔。每个策略提供表的细节12。


策略	测试机器组件	多项目标函数

1	分离	()最大化总成本 ()减少铅PPM

2	分离	()最大化总成本 ()减少铅PPM ()最大限度地分离组件的PM计划

3	结合	()最大化总成本 ()减少铅PPM

4	结合	()最大化总成本 ()减少铅PPM ()最大化点计划的测试插座 ()最大化隔板的PM计划 ()最大化导致推杆式的PM计划 ()最大化直线导轨的PM计划 ()最大化真空垫的PM计划 ()最大化选择气缸的PM计划 ()最大化喷射器过滤器的PM计划 ()最大化电磁阀的PM计划 ()最大化正时皮带的PM计划

5	结合	()最大化总成本

表13和图5显示当前并提出点间隔为每个关键组件。提出点间隔导致较低的比当前点间隔的周期数。


组件	更换
	当前点间隔		提出点间隔
	个月	转换为周期	策略1(周期)	策略2(周期)	策略3(周期)	策略4(周期)	策略5(周期)

()测试插座	6	43200年	22737年	23604年	22913年	23413年	22900年
()插件	6	43200年	21600年	21600年	21611年	29901年	21600年
()领导推车	6	43200年	29811年	31982年	29285年	32180年	29880年
()直线导轨	12	86400年	46351年	49146年	45162年	49146年	46196年
()真空垫	3	21600年	15040年	18747年	15025年	18747年	18747年
()选择气缸	12	86400年	46210年	46867年	46158年	46866年	46574年
()喷射过滤器	6	43200年	29709年	32096年	22836年	32112年	28413年
()电磁阀	12	86400年	50417年	50417年	50419年	52436年	49844年
()正时皮带	12	86400年	52430年	61821年	52391年	61821年	53737年

3.2。仿真结果的比较

运行仿真后10复制(即。,10years) using the proposed PM interval, the results of comparing the test machine performance of current and proposed model by simulation are as follows. Lead ppm was decreased from 1087 ppm to 15 ppm or decreased by 98.6%. In contrast, total cost of system was increased to 59,299 Baht. Furthermore, cost of preventive maintenance was decreased to 49,059 Baht, cost of good product was increased to 4,827 Baht, and cost of lost product was decreased to 5,343 Baht. The total cost of each strategy compared with the current system is presented in Table14。图6说明了结果的比较。


复制(年)	总成本(泰铢)
复制(年)	仿真模型(目前系统)	仿真模型(策略1)	仿真模型(策略2)	仿真模型(3)策略	仿真模型(4)策略	仿真模型(5)策略

1	2493423年	2553189年	2556298年	2548063年	2545634年	2555532年
2	2494546年	2551956年	2546587年	2546222年	2547786年	2549381年
3	2490534年	2555128年	2530285年	2544308年	2537424年	2539052年
4	2496408年	2554692年	2545462年	2542428年	2552088年	2553554年
5	2494686年	2556834年	2538891年	2546425年	2555929年	2556709年
6	2491592年	2552715年	2549388年	2546062年	2553378年	2552031年
7	2495246年	2552704年	2552858年	2544660年	2553380年	2552497年
8	2490343年	2547561年	2527375年	2547253年	2555101年	2556710年
9	2494612年	2549115年	2541323年	2546311年	2529781年	2547836年
10	2494644年	2554440年	2546053年	2537502年	2548538年	2556709年

平均	2493604年	2552833年	2543452年	2544923年	2547904年	2552001年

4所示。结论

这项研究的目的是建立预防性维修计划下的以可靠性为中心的维修方法和减少缺陷TS056包TMP过程中发生。测试机的关键部件进行案例研究,在机器的行为和使用ProModel-based仿真模型获得的结果。基于进化算法的仿真优化方法用于预防性维修技术选择过程选择了最好的总成本的点间隔和铅PPM值。五个不同的优化策略被确定。影响性能的措施。

根据研究结果,优化策略1提供了最高和最低的总成本PPM的案例研究。总成本从2493604泰铢增加到2552833泰铢(增加59299泰铢)。领导从1087 PPM PPM可以减少到15 PPM或减少98.6%。此外,预防性维修的成本从117095泰铢下降到68036泰铢或减少42%,好的产品成本从2616120泰铢2620947泰铢或提高增加了0.2%,和失去了产品成本降低5421泰铢78泰铢或下降了98.6%。

研究的一些重要结论如下。(1)提高设备可靠性、关键组件需要立即注意定量评估基于基本以可靠性为中心的维修历史数据。研究表明,模拟技术可以作为一种解决计算机辅助工具在可靠性工程领域。它协助决策关于维护和缺陷减少。(2)选择的关键组件是基于风险优先数(RPN)失效模式与效应分析(FMEA)。失效到达时间(TTF)和他修复()竞技场队伍收集每个关键组件的维修报告,失败观察,和每日报告之前创建仿真模型。(3)仿真模型被用于整个过程来定义下的机器组件和模仿行为特征不同的预防性维修间隔和可靠性约束。总成本和铅ppm进行评估以获得最合适的预防性维修计划的案例研究。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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建模和模拟在工程