半导体设备预防性维护建模与优化方法分析

摘要：随着世界科技发展进程，半导体逐渐走进人类社会，应用于多个领域，在日常生活中，常见于收音机、电视机以及测温上的应用。半导体的生产线造价极其昂贵，制造工艺极其复杂，因此，其设备维护不仅费用高，而且难度也普遍偏高。为了降低生产系统的维护成本，保障整个生产系统的运行稳定，本文通过对半导体设备预防性建模并分析优化方法来减少设备的故障发生率，增强设备的可靠性和生产效率，从而提高企业的生产效益。

关键词：半导体设备;预防性维护;建模;优化方法

半导体，指一种在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，在如今这个经济飞速发展的时代，半导体不论是基于科技还是经济的角度都显得极其重要。现在市面上的大部分电子产品，如计算机、移动电话、数字录音机等，其中的核心元件都和半导体有着密切关联，而常见的半导体材料硅更具商业价值，是目前在商业应用中最具影响力的一种。由于其生产线价格昂贵，工艺复杂，因此，设备的防护性维护便成为目前亟待解决的问题川。

一、问题描述及相关假设

本文以串行生产系统做为研究对象，此系统由数千台设备串联而成，假定设备之间不设缓冲区，当某台设备故障时，整个系统都将停机维护，对故障设备做相应维护，对其它设备则做相应的预防性维护，针对在运行时间T内设备的随机退化过程建模。

为清晰阐述预防性维护建模方法将提出如下假设：

1.对串联生产系统进行周期性检测，检测都假定在瞬时进行，即表明检测时间不引入时间。

2.假设各生产设备退化现象是随机发生的，但可用相关函数进行描述表达。

3.假定忽略設备的维护时间，且各设备在正常作业的前提下随机衰退过程相互独立。

二、预防性维护过程分析

（一）维护过程建模

本文主要针对研究的是在运行时间T内设备的随机退化防护性维护建模，不存在设备完全损坏的情况网。主要将维护形式分为三种：机会维护、预防性维护、修复性维护。由于半导体生产设备是属于造价极其昂贵的集成设备，大多都是处于良好作业的状态，因此不考虑骤然停机这一情况。将需要进行维护的所需阀值定为：Vom、Vpm、Vfm，其中，维护强度比较表现为：机会维护<预防性维护<修复性维护，即三种维护中，最高维护强度为修复性维护，此维护方法可使设备达到“恢复如新”的状态，其次为预防性维护，最低为机会维护。以ξ表示检测时间间隔，nξ表示检测时间点，Xmaxi表示检测时刻衰退值最大的设备同。

当tnξ时，且XmaxisVom（=1，2，3，.）时，在t时刻，各设备均未达到最低维护层次机会维护的阀值，系统处于正常运行。

当t=mξ时，且Vpm>Xmaxi>Vom（i=1，2.3...时，对应设备需进行机会维护。

当tn5时，且Vfm≥Xmaxi>Vpm（i=1，2，3..时，若Vpm<Xj≤VfimGj≠i，j=1，23..）对应设备需实施防护性维护。

当tnξ时，Xmaxi>Vfm（i=1，2，3，.）.）时，若Vfm<XjGj≠i，j=1，2.，..），对应设备进行最高强度修复性维护。

（二）串行线维护成本求解

本文将在运行时间T内总维修费最小作为优化目标，设备状态的阈值区间决定了其维护方式。每台生产设备就维护强度及先后顺序而言，一般先进行机会维护，其次是预防性维护，最后才是最高强度的修复性维护国。假设Ct为每台设备的检测成本，Com为机会维护成本，Cpm是预防性维护成本，Cfim为修复性维护成本，E（CT）定为运行时间T的维护期望值，NT表示运行周期内设备的检查次数，N指所有设备数量，Pom、Ppm、Pfm分别指三种维护对应的概率。具体解法如下：

三、总结

本文先以半导体在如今社会的广泛应用为引，再以串行生产系统为研究对象，首先通过描述问题和提出相关假设进行预防性维护过程分析，以三种维护模式：机会维护、预防性维护、修复性维护建模，三种维护形式强度为机会维护最低，修复性维护最高，预防性维护保持中间水平，通过对三种维护形式进行维护阈值设定，以实现维护费最小值为目标，通过运算分析，进行设备最优方法的运行研究，通过计算公式表明，对半导体设备进行预防性建模并分析优化方法可有助于降低设备的故障发生率，增强设备的可靠性和生产效率，从而提高企业的整体生产效益141。

参考文献：

[1]敖银辉，常鹏.半导体设备预防性维护建模与优化方法研究[J].系统工程理论与实践，2017，37（3）：782-789.

[2]李瑞秋，马慧民.半导体可重入作业车间调度与设备预维修联合优化研究[J].物流工程与管理，2016，38（11）：138-139.

[3]谢英鹏，王国胜，张恩磊，等.半导体光解水制氢研究：现状、挑战及展望[J].无机化学学报，2017，33（2）：177-209.

[4]王文知，井红旗，祁琼，etal.大功率半导体激光器可靠性研究和失效分析[J].发光学报，2017，38（2）：165-169.

[5]李春，邓君楷.第三代半导体产业概况剖析[J].集成电路应用，2017，34（2）：87-90.

[6]李亚鹏，李颖峰，贺志荣，等.金属与半导体肖特基接触势垒模型及其载流子传输机制的研究进展[J].材料导报，2017，31（3）：57-62.