基于toc的半导体生产线动态分层规划调度方法_约束管理_企业管理_2731

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1、基于TOC的半导体生产线动态分层规划调度方法_约束管理_企业管理0引言   半导体生产线（简称SWF）调度问题是一个经典生产调度难题。因为它的非常复杂，规划和调度难度大，目前国内外的相关内容报道较少。所以近年来，成为了学者们研究的热点与难点。   Yi-fengHung和RobertC．Leachman结合线性规划方法和仿真模型，迭代求解半导体生产线规划调度问题，但忽视了对每层调度策略的深人研究，难对批处理、可重入以及可用时间离散问题做出精确建模。Yi-fengHung的研究对半导体生产线集结模型从长期角度来研究生产规划

2、问题，RobertC．Leachman研究了半导体生产线车间控制层的工件投放策略，但他们的研究并没有从整体着眼，造成层与层之间的脱节，难做出准确可行的生产计划。   王玉荣在《瓶颈管理》中介绍了约束理论（TheoryofConstraint，简称TOC）的基本思想和实现方法。TOC理论是Goldratt博士提出的管理思想，是一种有效的生产规划和控制方法。本文基于TOC，研究了SWF规划调度问题，根据规划目标和调度方法的不同建立SWF分层规划调度算法模型。上层整数规划层利用约束理论静态分析生产线的加工能力，将动态加工排序问

3、题简化为资源分配问题；建立以生产线利润为目标函数、生产线资源加工能力和订单交货期为约束条件、求解生产计划的整数规划方程。中层缓存控制层利用DBR方法在瓶颈缓存与原料投放之间建立拉动策略，有效地保证了瓶颈的加工能力；通过在投放点加人工件选择策略，抑制在制品数量（WorkInProcess，简称WIP）约束下能力受限资源（CapacityConstraintResources，简称CCR）引发的瓶颈转移。下层设备控制层设计机器的加工策略，通过对普通机器建立启发式排序规则，减小了调度算法的运算规模并增强系统的稳定性；针对批处理

4、和可重入等特殊设备建立相应的处理规则以维持生产线工件流的稳定。1问题描述   1.1半导体生产线概述   假设该生产线有J个加工中心。   （1）生产线输入是Ⅳ个待加工工件（i∈{1，2，…，N}），分别属于尺种不同类型r∈{1，2，…，R}，记r类工件集合为Nr，其元件个数为nr，则有n1＋n2＋…＋nR＝N。每一r类工件由LSr个r类元件所组成，LSr称为r类工件批量，批量LSr在整个生产过程中始终保持不变。工件是生产线中最小流动单位，即某一r类工件在某加工中心加工时，只有当LSr个元件全部加工完才能转移到下一加工中

5、心。若工件i∈Nr，则其投放到生产线的时间为Rr（i）。   （2）SWF中加工中心的机器类型有：批处理机器（B）和线性处理机器（L），前者准备时间、加工时间与工件批量无关，可以并行处理多个工件，后者准备时间和加工时间与工件批量成正比，只能串行处理工件。每一工件均需经过一系列相同加工步骤k∈{1，2，…，J}上加工，集合Ij表示在加工中心j上的加工步骤集合，rj为其加工步骤数，即加工中心j的充许重入次数，则r1＋r2＋…＋rj＝K。TPrj表示单位r类工件在加工中心j内的加工时间，PQrj表示r类工件在加工中心j内的最大

6、一次加工量，TPrerj表示r类工件在加工中心j内进行一次加工所需的准备时间，TProrj表示r类工件在加工中心j内进行一次加工所需的加工时间。另外，加工中心均存在缓存。       （3）SWF生产线输出为最终产品，产品是由加工完成后的R种元件同比例（为简化计，不妨假设各取1个）组装而成。注意产品组装基本单元是元件而非工件。   （4）生产线优化是多目标，本文选取几类典型生产目标作为该问题的优化目标函数：最大化利润、最小化在制品库存、最小化生产流程时间。决定一种工件的调度方案需要确定如下变量取值：对于给定规划时域[0，

7、T]，需要确定工件总数Ⅳ以及r（r∈1，2，…，R）类工件集合Nr的大小nr；对r类工件i的第k个步骤而言，还需要确定开始准备时间Sr.k（i）和完工时间Cr.k（i）。这些时间变量受到处理步骤、投放时间、准备时间以及生产线其他条件的约束。   1.2半导体生产线特点及约束   （1）可重入约束   所谓可重入，是指在K（K≥J）个加工步骤中工件多次经过同一加工中心加工，也就是某个加工中心可以执行多个加工步骤，调度方案可行的必要条件是加工中心的多个加工步骤在可用时间分配上不能出现重叠，一般采用先来先服务规则（FirstC

8、omeFirstService，简称FCFS）。   （2）批处理特性约束   批处理机一般属于贵重机器，生产消耗较大。因为批处理的生产消耗与加工次数有关，与加工量无关。为了减小消耗，需要尽可能减小批处理机的加工次数，即增加批处理机的单次加工量。在批处理机上只有同种类型的工件才可混合加工，且同一批次中可混合的元件总数