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具有多品种晶圆混合加工的单臂组合设备调度

控制理论与应用 2016年第9期33卷 1171-1181页

作者：潘春荣王际鹏江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

为了提高晶圆制造中组合设备的生产效率,在考虑晶圆驻留时间约束条件下,研究没有共享加工模块的多品种晶圆混合加工的单臂组合设备调度问题.首先,采用面向资源的Petri网模型描述多种晶圆产品的混合加工过程,引入控制变迁避免模型的死锁... 详细信息

为了提高晶圆制造中组合设备的生产效率,在考虑晶圆驻留时间约束条件下,研究没有共享加工模块的多品种晶圆混合加工的单臂组合设备调度问题.首先,采用面向资源的Petri网模型描述多种晶圆产品的混合加工过程,引入控制变迁避免模型的死锁,采用赋时库所和赋时变迁模拟系统资源的活动时间.其次,通过虚拟加工的方法平衡工序的负载,基于系统Petri网模型和拉式调度策略,推导出单臂组合设备在多品种晶圆混合加工情形下的可调度性判定条件,并以解析形式描述.最后,提出了系统稳态调度求解算法并以实例验证了算法的有效性和可行性.

关键词：组合设备 Petri网混合加工调度晶圆制造

卫星推力器一体化结构去除/增材混合加工技术研究

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卫星推力器一体化结构去除/增材混合加工技术研究

作者：耿蓄哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航天科学技术的飞速发展,我国的卫星应用与应用卫星领域发展迅速,新型号的低轨道与高轨道卫星研制需求十分迫切。目前随着新型号卫星在轨控制精度的提高,结构多样化的卫星推力器结构应用到新型号卫星的研制与工程应用中,卫星推进系... 详细信息

随着航天科学技术的飞速发展,我国的卫星应用与应用卫星领域发展迅速,新型号的低轨道与高轨道卫星研制需求十分迫切。目前随着新型号卫星在轨控制精度的提高,结构多样化的卫星推力器结构应用到新型号卫星的研制与工程应用中,卫星推进系统中推力器组件结构形式多样化,使得卫星推力器结构的加工工艺复杂性显著增加,采用传统去除加工或者现代增材制造的加工方法均存在各自的不足。为实现卫星推力器一体化结构的高效加工,本文提出基于结构可制造性分析与几何特征分解的去除与增材制造混合高效加工技术,兼顾传统去除加工的高效、高质量的优势与增材制造的灵活性、适应性的优点,取长补短,在满足设计要求的同时从材料利用率上降低了加工成本并提高加工效率。本文重点研究面向去除与增材混合加工技术的可制造性评价系统,并依此进行软件系统的开发,实现软件在混合加工卫星推力器一体化结构中的应用,最后对混合加工制件接合面的力学性能进行初步研究。首先,为实现去除和增材的混合加工,建立了相应的可制造性分析系统,根据去除加工和增材制造的相对特点,确定定量指标的可制造性评价方案,并分别制定去除加工和增材制造的各个定量评价指标,对每个指标对加工难度的影响进行分析,并结合STL文件的特点给出了每个指标的计算公式。其次,根据上述可制造性分析系统完成了软件系统的开发:完成了软件的整体结构设计与开发,根据功能需要,完成几何信息提取、模型重建、指标计算与分析以及图像渲染等功能,并分别进行举例说明。将软件应用于卫星推力器一体化结构的混合加工制造中,通过对零件分别进行去除和增材的可制造性能分析以及特征分解,确定结构的混合加工的分解方案。最后,对316L不锈钢的去除/增材混合加工试件分别进行了室温拉伸性能、弯曲性能以及微观组织观察的试验与分析,并对热处理前后的性能进行对比,试验结果表明,热处理后混合加工试件的性能达到了工程应用的要求。最后根据软件分析结果确定的结构分解方案,并根据试验工艺参数,采用去除加工和增材制造的混合加工方法加工出推力器一体化结构样件。

关键词：卫星推力器增材制造混合加工可制造性分析软件开发力学性能

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稳定高效混合技术在材料混合加工中的应用

中国食品添加剂 2012年第S1期23卷 67-68页

作者：王其乐英国WINKWORTH工业集团上海办事处

一、什么是混合、搅拌,衡量搅拌效果的标准是什么?在各个领域的混合过程中。物质呈现不同形态(粉状、糊状、浆状、颗粒、泥状、油状及多种类型混合等)和质地(其中包含黏附性、腐蚀性等特性)。而最终产品通常需要多种不同材料和质地组合... 详细信息

一、什么是混合、搅拌,衡量搅拌效果的标准是什么?在各个领域的混合过程中。物质呈现不同形态(粉状、糊状、浆状、颗粒、泥状、油状及多种类型混合等)和质地(其中包含黏附性、腐蚀性等特性)。而最终产品通常需要多种不同材料和质地组合形成符合终端用户使用需求的产品。因此混合。

关键词：混合技术混合加工混合过程混合均匀度不同材料混合设备最终产品搅拌效果高效腐蚀性

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复杂结构件增减材混合加工方法

复杂结构件增减材混合加工方法

作者：李仲宇南京航空航天大学

学位级别：硕士

增减材混合加工融合增材加工和减材加工的优势,是解决复杂结构零件加工的一种有效手段。五轴联动增减材混合加工采用五轴打印和五轴切削,具有更好的加工灵活性,是增减材混合加工的重要研究趋势。而如何定义五轴联动增减材混合加工模式... 详细信息

增减材混合加工融合增材加工和减材加工的优势,是解决复杂结构零件加工的一种有效手段。五轴联动增减材混合加工采用五轴打印和五轴切削,具有更好的加工灵活性,是增减材混合加工的重要研究趋势。而如何定义五轴联动增减材混合加工模式下刀具的可达性以及如何规划加工工艺是需要突破的关键技术。针对以上问题,论文对复杂结构件增减材混合加工方法进行了深入研究,主要创新点如下:(1)研究了五轴联动增减材混合加工的刀具可达性建模方法。针对五轴联动增减材混合加工模式下打印方向变化带来的可打印性和干涉问题,基于高斯球与光投影法对打印头和切削刀具的可达性进行分析,建立了五轴联动增减材混合加工模式下刀具可达性模型,为研究复杂结构件五轴联动增减材混合加工序列规划奠定了基础。(2)提出了一种复杂结构件五轴联动增减材混合加工序列规划方法。针对五轴联动增减材混合加工模式下打印方向和可加工性相互影响带来的加工序列规划难题,基于迭代搜索法对零件进行初始打印方向决策,并对零件体进行粗分解,构建初始混合加工序列,进而在刀具可达性的约束下,基于贪心算法实现了混合加工序列的整体规划。(3)设计并搭建了基于5+1轴的增减材集成混合加工验证平台,使用导轨机构将3D打印挤出机与雕刻机加工主轴集成为一体,打印与切削在同一空间内工作,切换加工模式时无需更换刀具和喷嘴,实现了增材加工和减材加工的交替进行。(4)基于以上研究开发了复杂结构件五轴联动增减材混合加工软硬件系统,并通过航空典型复杂结构件进行了实验验证。

关键词：混合加工五轴联动刀具碰撞可加工性加工序列规划

小尺寸复杂零件SLM与CNC混合加工工艺研究

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小尺寸复杂零件SLM与CNC混合加工工艺研究

作者：唐展浙江工业大学

学位级别：硕士

选区激光熔化技术(SLM)与数控加工(CNC)混合加工融合了金属增材制造与减材制造的优势,是制造小尺寸复杂零件的一种有效手段。SLM机床能直接成形一些复杂结构的小尺寸零件,CNC机床能机加工出表面质量高,精度高的零件,两者形成一定的优势... 详细信息

选区激光熔化技术(SLM)与数控加工(CNC)混合加工融合了金属增材制造与减材制造的优势,是制造小尺寸复杂零件的一种有效手段。SLM机床能直接成形一些复杂结构的小尺寸零件,CNC机床能机加工出表面质量高,精度高的零件,两者形成一定的优势互补。但是小尺寸复杂零件的夹具制造困难,夹持定位面尺寸较小,且自由曲面较多,装夹难以实现。本文提出了在不去除SLM基板与支撑的前提下,利用支撑连接基板与SLM成形件的强度定位紧固SLM成形件,直接在CNC上定位加工,以保持机床、刀具、零件的相对位置。本文通过SLM与CNC混合加工预实验研究,分析了SLM与CNC混合加工中出现的问题,主要研究内容如下:(1)微小零件在SLM成形过程中,刮刀铺粉会产生刮力,使个别SLM成形件的位置发生偏移与扭转。本文搭建了一套视觉检测系统装置,利用机器视觉检测SLM成形件,能够检测出不符合要求的偏转零件,以确保SLM成形件的位置精度能满足机加工要求。(2)针对SLM工作坐标系转换为CNC机加工工作坐标系的问题,在SLM中设计了定位工件块,通过试切法矫正了SLM成形件的机加工工作坐标系。检测所得的数据表明X/Y轴机加工工作坐标系的精度达到0.02 mm之内。(3)在机加工过程中,SLM成形件的常规支撑易发生变形和断裂,造成SLM成形件机加工失败,本文设计了专门面向于机加工的支撑结构,使用有限元分析法优化了一种混合支撑,通过搭建模拟铣削分力的系统装置,该支撑能有效抵抗127.5N以内的铣削力,能够满足小型零件加工的精度要求。(4)初步研究了小尺寸复杂零件SLM与CNC混合加工工艺,并将此工艺路线应用于个性化舌侧托槽正畸零件,并成功地将其应用于临床。

关键词：混合加工小尺寸复杂机器视觉试切法混合支撑

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多品种晶圆混合加工的双臂组合设备调度分析

多品种晶圆混合加工的双臂组合设备调度分析

作者：赵坤江西理工大学

学位级别：硕士

半导体制造是支撑当今信息产业的基础性产业。晶圆制造工艺复杂,传统的晶圆制造工艺将难以满足复杂的工艺需求,而组合设备为单晶圆片加工提供了密闭、真空、高效、可重构的加工环境,以保证晶圆在加工过程中对环境的严格要求,有利于提高... 详细信息

半导体制造是支撑当今信息产业的基础性产业。晶圆制造工艺复杂,传统的晶圆制造工艺将难以满足复杂的工艺需求,而组合设备为单晶圆片加工提供了密闭、真空、高效、可重构的加工环境,以保证晶圆在加工过程中对环境的严格要求,有利于提高半导体产品的质量。另外、随着晶圆尺寸的不断增大、客户需求不断变化,晶圆趋向于多品种、小批量的加工方式。组合设备已广泛应用于大尺寸晶圆的制造,有利于满足客户对晶圆产量的需求。随着晶圆种类增多,不同种类晶圆在组合设备运行过程中频繁切换,导致系统调度更加困难,切换周期延长,制造成本大幅增加,因此,有效控制系统运行具有重要的工业应用价值。为了提高组合设备的运行效率,减少晶圆切换时的机器调试时间,本文研究双臂组合设备系统的控制问题,主要内容如下。(1)首先,介绍了双臂组合设备k种晶圆混合加工的调度过程,及建模工具Petri Net定义及特性,基于交换策略建立了第i种晶圆稳态加工时的双臂组合设备Petri Net模型。根据建立的Petri Net模型,进一步分析多品种晶圆双臂组合设备机械手活动顺序,提出系统的无死锁控制策略;通过对晶圆加工时间及驻留时间约束的分析,获得系统活性的充要条件。(2)根据系统活动周期特性及Petri Net模型中的变迁触发序列,可获得稳态时晶圆生产周期以及机械手活动周期时间。针对无共享加工模块和有共享加工模块,分析系统活动周期、晶圆生产周期与机械手活动时间三者之间的关系,判断三者时间满足不同情形下系统的可调度性,并证明判定定理的正确性。(3)为了直观描述组合设备从初始暂态到稳态时机械手的调度过程,以有共享和无共享加工模块为例,建立了双臂组合设备多品种晶圆混合加工的eM-Plant模型。仿真模型运行过程中,记录晶圆在各个模块的进出时间,并通过计算进出时间来确定系统是否满足晶圆的驻留时间约束,因此获得系统的可调度性。上述研究指明,本文所获得的双臂组合设备多品种晶圆混合加工的调度可行性及所建立的eM-Plant仿真模型,能够应用于双臂组合设备的系统分析。

关键词：双臂组合设备混合加工 Petri Net 可调度性 eM-Plant仿真

多品种晶圆混合加工的单臂组合设备运行控制研究

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多品种晶圆混合加工的单臂组合设备运行控制研究

作者：王际鹏江西理工大学

学位级别：硕士

半导体芯片制造是支撑现代社会的先导性及基础性产业,晶圆制造是其制造过程最为复杂、投资规模最大的环节。随着晶圆尺寸的增大,传统的批量加工技术已经难以适应复杂的晶圆加工需求。组合设备(cluster tools)独特的单晶圆加工技术能有... 详细信息

半导体芯片制造是支撑现代社会的先导性及基础性产业,晶圆制造是其制造过程最为复杂、投资规模最大的环节。随着晶圆尺寸的增大,传统的批量加工技术已经难以适应复杂的晶圆加工需求。组合设备(cluster tools)独特的单晶圆加工技术能有效应对晶圆尺寸增大带来的工艺瓶颈,因而被广泛应用于大尺寸晶圆加工。虽然组合设备提供了一个高效、柔性、可重构的加工环境,但是有效地控制仍然存在问题。由于晶圆尺寸增大和客户需求变化,现今的晶圆制造趋向于多品种、小批量生产。然而,现有的调度和控制方法大部分都是针对单一品种晶圆的加工。在这种情形下,组合设备需要频繁地更换调度方案,导致设备调试时间延长,制造成本大幅增加。因此,研究多品种晶圆混合加工的组合设备调度问题不仅具有一定的理论意义,而且具备重要的工业应用价值。为提高组合设备生产效率,本文研究多品种晶圆混合加工的单臂组合设备调度与运行控制问题。采用面向资源的Petri网(resource-oriented Petri nets,ROPN)描述晶圆的混合加工过程,通过虚拟加工的方法平衡制造过程的工作负载,基于系统ROPN模型和拉式调度策略,推导出系统可调度性判定条件,并以解析式表达。最后,提出了多品种晶圆混合加工的单臂组合设备稳态调度求解算法,并用实例验证算法的有效性和可行性。论文的主要研究成果如下:(1)建立了多品种晶圆混合加工情形下的单臂组合设备ROPN模型。引入控制变迁避免系统ROPN模型的死锁,采用赋时库所和赋时变迁模拟系统资源的作业时间。模型结构简洁紧凑,通用性好,能准确描述多品种晶圆的混合加工过程。(2)推导出多品种晶圆混合加工情形下单臂组合设备可调度性判定条件。通过分析系统ROPN模型状态演变过程,获得晶圆生产节拍和机械手生产节拍的计算方法,并揭示二者的耦合特性。另外,分析了不同工艺参数分布对系统可调度性的影响机理。(3)提出多品种晶圆混合加工情形下单臂组合设备稳态调度的求解算法。通过对多晶圆混合加工过程的理论分析及计算,推导出系统存在稳态调度的完整特征约束,并以形式化方法进行描述。上述研究工作表明,在多品种晶圆混合加工的情形下,本文所提出的稳态调度求解算法是有效的,具备一定的实际应用价值。

关键词：组合设备晶圆制造混合加工 Petri网调度

混合加工设备增色传统制造业——混合加工挑战传统

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现代制造 2015年第31期 8-11页

作者：张曙同济大学

混合加工的概念和类型混合加工（Hybrid Machining）是在一台设备上可完成两种不同机理的加工过程，如增材制造和切削加工混合。电加工和超声波加工混合等。混合加工过程的优势互补，显著改善了难加工材料（如钛合金）的可加工性，减少... 详细信息

混合加工的概念和类型混合加工（Hybrid Machining）是在一台设备上可完成两种不同机理的加工过程，如增材制造和切削加工混合。电加工和超声波加工混合等。混合加工过程的优势互补，显著改善了难加工材料（如钛合金）的可加工性，减少了过程力和刀具／工具磨损，对加工零件的复杂表面完整性起到积极作用，为设计师开辟了新思路，促进了高端产品创新。

关键词：混合加工加工设备传统制造业加工过程超声波加工难加工材料表面完整性切削加工

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混合加工挑战传统

现代制造 2015年第51期 10-10,12,13页

作者：张曙同济大学

关键词：混合加工传统加工过程超声波加工难加工材料表面完整性切削加工增材制造