半導體硅片加工生產(chǎn)線調(diào)度與控制問題研究.pdf

1、調(diào)度是一類重要的組合最優(yōu)化問題，其研究工作是在制造業(yè)背景下發(fā)展起來的。本文針對半導體生產(chǎn)線的調(diào)度問題進行研究。半導體生產(chǎn)線是明顯區(qū)別于Job-shop及Flow-shop的制造系統(tǒng)——重入(Re-entrant)系統(tǒng)，其調(diào)度問題具有大規(guī)模、動態(tài)及不確定性等特點。首先討論了評價半導體生產(chǎn)線系統(tǒng)性能的指標體系，總結(jié)了半導體生產(chǎn)線調(diào)度問題的研究現(xiàn)狀及存在的問題。在此基礎上，提出了基于復合優(yōu)先級系數(shù)的綜合控制策略(CPC，CompoundPri

2、orityControlStrategy)，及基于實例推理(CBR，Caes-BaesdReasoning)的啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則線性組合解決方案。 復合優(yōu)先級控制策略CPC利用了反映半導體生產(chǎn)線系統(tǒng)狀態(tài)的多維(全局)信息，將投料問題與調(diào)度問題結(jié)合在一起考慮，是一種面向半導體制造全過程的整體控制策略。通過計算復合優(yōu)先級系數(shù)，CPC既能控制生產(chǎn)線上的機器是執(zhí)行任務加工、還是停機等待，又能確定每臺機器下一個要加工的任務，還能確定新工件(1

3、ot)是否進入生產(chǎn)線進行加工。復合優(yōu)先級系數(shù)由8條子優(yōu)先級系數(shù)組成，不僅考慮了當前工序緩沖站內(nèi)待加工任務數(shù)及當前工序序數(shù)對當前工序加工優(yōu)先級的影響，還考慮了訂單優(yōu)先級及前、后道工序緩沖站內(nèi)待加工任務數(shù)量對當前待加工任務優(yōu)先級系數(shù)的影響，以及瓶頸設備的狀態(tài)對非瓶頸設備的影響等。給出了CPC策略的通用算法，并針對確定的半導體生產(chǎn)線模型進行了仿真運行。仿真結(jié)果表明，與FIFO及SRPT策略相比，CPC策略能夠利用全局信息從整體上優(yōu)化系統(tǒng)的多個

4、性能指標，同時降低產(chǎn)品的平均加工周期及其方差、縮短產(chǎn)品在設備前的總等待時間，減少生產(chǎn)線的在制品數(shù)量，并提高生產(chǎn)線的平均生產(chǎn)率等。 所給出的CPC策略的全局優(yōu)化效果是對模型仿真運行得出的，尚需在實際半導體生產(chǎn)線上進一步驗證。復合優(yōu)先級系數(shù)中各子優(yōu)先級系數(shù)的權(quán)重對CPC策略的優(yōu)化效果起著較重要的作用，如何為各子優(yōu)先級系數(shù)確定合理的權(quán)重是今后要研究的內(nèi)容。 利用基于實例的推理(CBR)方法解決半導體生產(chǎn)線調(diào)度問題的原理是，根據(jù)

5、優(yōu)化要求從實例庫中檢索出優(yōu)化效果最好的幾個啟發(fā)式規(guī)則，按一定權(quán)重比對這些規(guī)則進行線性加權(quán)組合后運用于該系統(tǒng)，以達到對系統(tǒng)性能指標更好的優(yōu)化的目的。分析了利用CBR方法解決半導體生產(chǎn)線調(diào)度問題的可行性，研究了各種常用啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則的可組合性，提出了利用CBR方法對常用的啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則進行線性組合以達到優(yōu)化系統(tǒng)性能指標的解決方案，提出了描述啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則優(yōu)化作用的實例表示方法、實例相似度計算方法及對啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則進行線性組合的權(quán)重計算方法。

6、針對MiniFab模型的仿真結(jié)果表明，利用CBR方法對啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則進行線性組合，可達到優(yōu)化生產(chǎn)線性能指標的目的。 對CBR系統(tǒng)來講，知識獲取是非常重要的組成部分，我們將在后續(xù)工作中研究：如何從應用實例中獲取領域知識，以及如何運用領域知識快速準確地檢索到可用的調(diào)度規(guī)則，使其組合后對系統(tǒng)性能指標的優(yōu)化作用更佳。權(quán)重設置對組合調(diào)度策略性能的影響非常重要，如何合理設置調(diào)度策略的權(quán)重以使組合調(diào)度策略達到最好的優(yōu)化效果，也是后續(xù)工作中的重

7、要研究內(nèi)容。 簡要介紹了開發(fā)貝嶺公司4英寸硅片加工生產(chǎn)線調(diào)度仿真系統(tǒng)的思路及解決方案。該生產(chǎn)線的主要加工設備有100多臺，生產(chǎn)線上同時流動的有100多種產(chǎn)品版本，還有大量的不確定性事件隨時可能發(fā)生。對這樣一個復雜制造系統(tǒng)的調(diào)度問題，我們采用基于仿真的方法求取優(yōu)化調(diào)度方案，所面臨的主要問題是如何建立生產(chǎn)線模型及如何處理系統(tǒng)內(nèi)規(guī)模龐大的數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)線建模中，針對設備與工藝類型間的復雜邏輯關(guān)系特點，我們采用了分層建模的方法，取得了較好

8、的效果。對仿真過程中使用和產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，我們將其分為四種類型，即工藝信息類、狀態(tài)信息類、仿真結(jié)果類及其它類，并用數(shù)據(jù)庫對這些數(shù)據(jù)進行存取。結(jié)果證明，上述方法在開發(fā)半導體生產(chǎn)線調(diào)度與仿真系統(tǒng)中是可行和有效的，所開發(fā)的調(diào)度仿真系統(tǒng)能夠輔助人進行生產(chǎn)過程控制、預測可能出現(xiàn)的瓶頸，以及生成可行的優(yōu)化調(diào)度方案。 半導體生產(chǎn)線調(diào)度問題的研究具有非常重要的理論意義與實用價值。由于半導體制造系統(tǒng)調(diào)度問題的復雜性較高，目前較多采用啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則

9、進行求解。綜合來看，針對半導體生產(chǎn)線調(diào)度問題的研究有望在以下幾個方面取得突破并獲得實際應用： 啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則的組合研究有待于進一步深入，包括：如何根據(jù)優(yōu)化要求選擇要組合的規(guī)則以及合理選擇各規(guī)則的權(quán)重使組合后的效果最佳、如何根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的變化選擇不同的啟發(fā)式規(guī)則進行組合以獲得最優(yōu)效果、如何根據(jù)調(diào)度效果更改調(diào)度規(guī)則的組合等。 基于仿真的半導體生產(chǎn)線調(diào)度有望取得重要進展，包括：離散系統(tǒng)調(diào)度仿真建模工具的開發(fā)、基于仿真的調(diào)度方案

10、評價及選優(yōu)方法研究、多種優(yōu)化算法如何集成應用以及根據(jù)系統(tǒng)的實際情況和優(yōu)化要求為不同的設備群采用不同的優(yōu)化算法等。 半導體生產(chǎn)線的短期調(diào)度研究有實際意義，但用傳統(tǒng)的系統(tǒng)性能指標評價短期調(diào)度方案的優(yōu)劣顯然是不合理的，因為一些關(guān)鍵的性能指標甚至不能得出?？尚械姆桨甘墙⒁惶锥唐谛阅苤笜梭w系來等效地替代傳統(tǒng)的長期性能指標體系。 半導體生產(chǎn)線重調(diào)度問題研究有待引起進一步重視，研究內(nèi)容主要包括：重調(diào)度引發(fā)條件、原調(diào)度方案修正方法、建