半导体制造系统生产调度建模及优化策略分析

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1、摘要半导体制造过程具有工艺流程复杂、工序多、不确定性强等显著区别于其它制造行业的特点，随着半导体产业朝着多品种、小批量的方向发展，有效的半导体制造系统生产调度能快速响应市场要求、提高产出率、提高准时交货率，在激烈的产业竞争中具有重要的作用。本文利用特征PetriN建立半导体制造系统生产调度模型，并对半导体制造系统生产调度优化策略进行了研究。提出了基于特征Petri网模型的嵌套分区优化调度算法，通过改进的嵌套分区算法对建立的特征Petri网模型的变迁触发序列进行搜索，得到优化调度问题解，该方法不仅能充分利用Petri模型易于描

2、述制造系统的复杂特征及状态变化关系，而且基于特征Petri网模型的嵌套分区优化调度算法能较好地将局部搜索和全局搜索结合，同时本文在嵌套分区算法的回溯阶段提出利用回溯阈来有效减少算法的回溯次数，提高算法的搜索效率。由于半导体制造系统的复杂性，在制造系统同一调度周期内采用单一调度策略难以取得令人满意的效果，本文将半导体制造系统生产调度单个制造周期分成若干时间段，并在每一个时间段内利用改进差分进化算法来优化制造系统机器组的调度规则组合；同时，系统中各机器组负载差异很大，根据机器组的利用率将半导体制造系统的机器组分为瓶颈机器组和非瓶

3、颈机器组，通过改进差分进化算法对瓶颈机器组单独编码，而将非瓶颈机器组合并为一个机器组单元进行编码，该编码策略与对所有机器组同等编码的传统策略相比，能有效提高算法的寻优效果。半导体制造系统炉管区机器批调度对系统调度性能有重要影响，本文分别研究了半导体制造系统炉管区的单机批调度和平行机批调度，将单机批调度问题分解成组批和批排序两个子问题，分别针对Lot零时刻同时到达和Lot动态到达两种情况的批调度策略进行了研究；将平行机批调度问题分解成组批、批分配和批排序三个子问题，并提出利用权重嵌套分区差分进化算法来解决平行炉管区的批分配子问

4、题，仿真实验结果表明本文提出的批调度策略较其它批调度策略能有效最小化总加权拖期损失。关键词：半导体制造系统；特征Petri网；差分进化算法；嵌套分区；批调度ⅡAbstractThesemiconductormanufacturingprocessissignificantlydifferentfromtheothermanufactureindustriesbecauseofthetypicalcharacteristics：highlycomplexprocess(hundredsofoperationswithvaryi

5、ngprocessingtime)，stronguncertaintyandSOon．Thesemiconductormanufactureindustrydevelopstowardsthedirectionofmulti-varietiesandsmall．．batch,SOtheeffectiveschedulingofsemiconductormanufacturingsystemisaverychallengingtasktorespondthemarketdemandsquickly，improveproduct

6、ivityandon—timedeliveryrateintheincreasinglycompetitivesemiconductormanufactureindustry．Inthepaper，thecharacteristicPetrinetmodelandoptimizationstrategiesofsemiconductormanufacturingsystemalestudied．Theimprovednestedpartitions(NP)algorithmbasedonthecharacteristicPe

7、trinetmodelisproposedfortheoptimalschedulingofsemeconductormanufacturingsystem．TheproposedalgorithmisusedtosearchtheoptimaltransitionsfiringsequenceinsteadoftraditionalreachabilitytreeofthecharacteristicPetrinetmodelwhichCanavoidthestateexplosionoftraditionalPetrin

8、et’Sreachabilitytree．TheoptimizationstrategytakesfulladvantageofPetrinetandhashighgeneralitybecauseofthenaturalcombinationofglobalsearchandlocals