晶圆制造Interbay物料运输系统智能调度技术研究

论文摘要

半导体晶圆制造系统是当今最为复杂的离散制造系统之一,具有可重入流、大规模在制品混合加工、加工工序复杂、加工周期长、设备昂贵以及设备负载不均衡等明显区别于其他制造业的特点。随着自动化物料运输系统的普及,如何利用自动物料运输系统来提高晶圆制造企业的整体生产效率成为了亟待解决的问题。晶圆制造自动化物料运输系统包括了Interbay和Intrabay物料运输系统,其中Interbay物料运输系统是主要组成部分。通过对Interbay物料运输系统的优化调度,可以减少晶圆卡派送时间和等待时间,提高运输小车利用率,提高晶圆产出量,缩短晶圆加工周期并提高整体设备利用率。因此研究Interbay物料运输系统的优化调度,对晶圆制造系统具有极其重要的意义。本文的研究围绕这一问题展开,具体研究内容包括:1)根据Interbay物料运输实时优化调度问题的特点,以减少工件派送时间、提高运输效率为目标,综合考虑Interbay物料运输调度过程中多个影响因素建立Interbay物料运输实时指派成本模型,将基于改进匈牙利算法的最优指派方法和基于模糊逻辑控制技术的动态权重调节方法相结合,实现Interbay物料运输实时优化调度。2)研究基于复合启发式调度规则的Interbay物料运输优化调度方法,提出基于遗传规划的Interbay物料运输优化调度规则构造方法,获得能够在动态随机情形下实现Interbay物料运输调度系统优化调度,并且具有较强鲁棒性的复合启发式规则。3)研究将晶圆调度和小车运输调度相结合的Interbay物料运输优化调度方法。根据实时多目标要求,建立面向晶圆加工调度和小车运输调度相结合的调度问题数学模型,将晶圆调度、小车指派和小车路由过程结合起来考虑,并采用并行多目标遗传算法进行求解,突破以往优化调度方法将目标加权处理的优化思路,实现Interbay物料运输的实时多目标优化。在上述研究内容基础上,以上海某晶圆制造企业实际生产数据为案例背景,设计开发了Interbay物料运输调度原型系统,对本文提出的模型和算法进行了验证。本文的研究成果为晶圆制造Interbay物料运输系统的优化调度的提供了一些新的方法,与企业实际情况对比,本文提出的Interbay物料运输调度方法提高了企业的生产效率,降低了生产成本,从而验证了本文提出的方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 半导体晶圆制造系统
• 1.1.2 Interbay 自动化物料运输系统
• 1.1.3 Interbay 物料运输系统调度问题
• 1.1.4 研究Interbay 物料运输系统调度的意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 基于直接指派策略的Interbay 物料运输实时优化调度方法研究
• 1.2.2 基于晶圆工件优先级排序的Interbay 物料运输实时优化调度方法研究
• 1.2.3 晶圆工件排序和指派过程结合的Interbay 物料运输优化调度方法研究
• 1.2.4 研究现状小结
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 INTERBAY物料运输调度最优指派方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 Interbay 物料运输最优指派问题描述
• 2.3 基于MHAFLC 的Interbay 物料运输实时最优指派调度方法
• 2.3.1 调度方法流程
• 2.3.2 动态重指派方法
• 2.4 基于改进匈牙利算法的Interbay 物料运输最优指派过程
• 2.4.1 工件运输成本模型
• 2.4.2 算法步骤
• 2.5 基于模糊逻辑控制技术的权重参数调节模型
• 2.5.1 输入和输出变量
• 2.5.2 输入输出变量的论域和隶属度函数
• 2.5.3 模糊推理规则
• 2.5.4 输出的合成与解模糊化
• 2.6 案例分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于复合启发式规则的INTERBAY物料运输系统全局优化调度方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于复合启发式规则的Interbay 物料运输调度问题
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 目标模型
• 3.3 基于遗传规划的Interbay 复合启发式调度规则生成算法
• 3.3.1 编码规则
• 3.3.2 进化过程
• 3.3.3 局部搜索策略
• 3.3.4 适应度评价方法
• 3.4 案例分析
• 3.4.1 案例数据
• 3.4.2 复合规则性能分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于并行多目标遗传算法的INTERBAY最优指派方法
• 4.1 引言
• 4.2 晶圆工件调度与小车运输调度相结合的优化调度问题
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 调度问题的数学模型
• 4.3 基于并行多目标遗传算法的求解策略
• 4.3.1 PMOGA 的并行化过程
• 4.3.2 PMOGA 的多目标进化过程
• 4.3.3 PMOGA 的遗传算子设计
• 4.3.4 适应度评价策略
• 4.3.5 局部搜索策略
• 4.3.6 PMOGA 执行流程
• 4.4 案例分析
• 4.4.1 计算效率分析
• 4.4.2 收敛性分析
• 4.4.3 Interbay 物料运输综合指标分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 INTERBAY物料运输智能调度原型系统开发
• 5.1 引言
• 5.2 需求分析
• 5.3 系统设计
• 5.3.1 原型系统实现技术
• 5.3.2 原型系统体系结构
• 5.3.3 数据库设计
• 5.3.4 功能模块设计
• 5.4 实例验证
• 5.4.1 基础数据维护过程
• 5.4.2 Interbay 物料运输调度过程
• 5.4.3 Interbay 物料运输调度性能指标分析过程
• 5.4.4 硬件在环仿真过程
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢