본문 바로가기
HOME> 논문 > 논문 검색상세

학위논문 상세정보

제약 PI제어기법과 가변 샘플링간격 EPC/SPC 결합시스템의 개발 원문보기
Development of Constrained Proportional-Integral Control Schemes and Integrated Variable Sampling Interval Engineering Process Control & Statistical Process Control System

  • 저자

    이성재

  • 학위수여기관

    東亞大學校 大學院

  • 학위구분

    국내박사

  • 학과

    산업공학과

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    vii, 112p.

  • 키워드

    제약 PI 제어기법 샘플링 EPC/SPC 산업공학;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10067295&outLink=K  

  • 초록

    이산 제조산업을 바탕으로 발전한 전통적인 통계적 공정관리기법(SPC: 공정의 감시를 통하여 이상원인의 탐지 및 제거)과 장치산업 및 화학공정 산업을 중심으로 발전한 기존의 공학적 공정관리기법(EPC: 공정 조정을 통하여 변동을 감소시킴)의 적용 범위 및 유효성 증대를 위하여 두 기법의 장점을 살릴 수 있도록 변형하거나 상호 보완적인 형태로 결합한 새로운 기법들에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 본 논문은 상기의 연구영역을 확장한 연구로서 다음과 같이 두 가지의 연구 성과로 대별할 수 있다. 첫째, 공정 입력변수의 조정에 제약이 있는 경우에 유용하면서 간편한 제어규칙인 PI(Proportional-Integral)제어를 채택한 EPC기법에 관한 연구를 수행하였다. 즉, 공정 동적모형으로는 널리 쓰이는 단반응 및 일차 동적모형, 공정 외란모형으로는 안정상태 모형인 ARMA(1,1), 불안정상태 모형인 IMA(1,1)과 ARIMA(1,1,1)을 대상으로 공정출력 분산과 입력변수의 분산을 동시에 고려한 제약 PI제어기법을 개발하고 모수 오추정에 따른 강건성을 조사하였다. 수치실험결과를 요약하면 개발된 제어기법은 모든 외란모형하에서 MMSE(Minimum Mean Square Error) PI제어와 비교하면 공정출력 분산의 증가량에 비해 공정 입력변수의 분산을 대폭 감소시키는 제어기법을 도출하였으며 모수의 오추정시 목적함수, 공정출력 분산은 강건하였지만, 입력변수의 분산은 강건하지 않음을 파악하였다. 둘째, 공정조정과 공정감시를 동시에 수행하는 경우를 고려하여 기존의 SPC기법의 고정 샘플링간격(FSI) EWMA 관리도와 가변 샘플링간격(VSI) EWMA 관리도에 공정출력 분산을 최소화하는 MMSE제어, 입력 조정변수의 변동도 고려한 제약 PI제어, 그리고 조정비용을 고려하여 일정한 범위 내에서는 조정을 실시하는 않는 한계조정(bounded or deadband)기법을 결합시킨 12가지 EPC와 SPC결합규칙에 대해 공정의 변화 양태(급작스런, 점진적, 확률적 변화)와 공정의 변화량 등에 대한 다양한 수치실험을 통하여 제안한 제어기법들의 특성을 평균제곱오차, 평균조정간격, 입력변수의 변동량, ARL(Average Run Length)를 이용하여 조사하였다. 이런 수치실험결과를 요약하면 모든 경우에 EPC와 SPC를 결합한 규칙이 우수하며, 또한 VSI를 채택한 규칙이 FSI를 채택한 규칙보다 우수함을 파악하였다. 이와 같이 본 연구는 다양한 공정 동적모형과 외란모형하에서 공정출력 및 입력변동을 동시에 고려한 이산형 제약 PI제어기법과 다른 환경하에서 발전해 온 EPC와 SPC의 장점을 결합한 가변 샘플링간격 EPC/SPC 결합시스템을 개발하므로서 반도체 공정 등 새롭게 대두되는 이산제조와 연속제조공정이 혼합된 산업(hybrid industry)에 유용하게 활용될 것이며, 더불어 이론적 측면에서 요즈음 품질관련 전문가의 관심이 되고 있는 EPC의 연구영역을 확충하였다고 볼 수 있다.


    Traditional statistical process control(SPC) applied to discrete part industry in the form of control charts can look for and eliminate assignable causes by process monitoring. On the other hand, engineering process control(EPC) applied to the process industry in the form of feedback control can maintain the process output on the target by continual adjustment of input variable. In the recent years, the efforts towards integrating two process control systems which use EPC to reduce the effects of predictable quality variations and SPC to monitor the process for detection of assignable causes are further motivated by the advent of hybrid industry that involves both discrete part and continuous process manufacturing. This thesis deals with two research topics development of constrained PI(Proportional-Integral) control schemes and combined variable sampling interval EPC & SPC system. First, discrete control schemes that produce minimum mean square error(MMSE) at the output can require excessive manipulation of the compensating variable. A lot of reductions in the input variability can be obtained at the expense of minor increases in the output variance by using constrained schemes. Hence, this study develops constrained control schemes to balance the input and output variances of a process using PI controllers that are the most common type of industrial feedback controllers under IMA(1,1), ARMA(1,1), and ARIMA(1,1,1) disturbance models and zero- and first-order process dynamics and illustrates an example to use developed control schemes. And robustness analysis for effects on misspecified parameters of constrained PI controllers are conducted under all disturbance models and process dynamics. These results generally show that objective function and variance of process output are robust, but adjustment variability of input variable is not robust under all cases. Second, this study presents controlling and monitoring rules adopted variable sampling interval(VSI) to change sampling intervals in a predetermined fashion on the predicted process levels. Twelve rules for integrated EPC and SPC systems classified by EPC schemes(MMSE PI, constrained PI, bounded or deadband adjustment policy to be known an optimal in the case of minimization of the adjustment and quadratic off-target cost) and type of sampling interval combined with EWMA chart of SPC propose under IMA(1,1) disturbance model and zero-order(responsive) dynamic system. The properties of twelve control rules under three patterns of process change(sudden shift, drift, and random shift) are evaluated and discussed through simulation and control rules for integrated VSI EPC and SPC systems are recommended. Additionally, simulation results appear to conform the superiority of integrated VSI EPC/SPC schemes over control schemes employing EPC alone or FSI(Fixed Sampling Interval) EPC/SPC schemes.


 활용도 분석

  • 상세보기

    amChart 영역
  • 원문보기

    amChart 영역