多重入復(fù)雜制造系統(tǒng)的多尺度建模與優(yōu)化控制研究.pdf

1、半導(dǎo)體制造系統(tǒng)是多重入復(fù)雜制造(Multiple Re-entrant Complex Manufacturing, MRCM)系統(tǒng)的典型代表。隨著半導(dǎo)體市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的越來越激烈，客戶的個(gè)性化需求越來越明顯，對(duì)交貨期的要求也越來越高。因此，用戶對(duì)企業(yè)的要求不再僅僅是提供所需要的產(chǎn)品，而是在最短的時(shí)間里提供滿足用戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品。為了實(shí)時(shí)響應(yīng)客戶日益多樣化和個(gè)性化動(dòng)態(tài)變化的需求量，特別是針對(duì)短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品出現(xiàn)劇增或是硅片的增加所帶來的影響及長(zhǎng)

2、時(shí)間尺度上生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題,采用常規(guī)的技術(shù)難以取得良好的優(yōu)化效果，需要研究一種新的方法來提高生產(chǎn)系統(tǒng)的性能。本文針對(duì)MRCM系統(tǒng)提出了一種新型的調(diào)度控制策略，它在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)作過程中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，同時(shí)為企業(yè)解決實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制難題提供了理論依據(jù)與實(shí)用價(jià)值。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
　　(1) MRCM系統(tǒng)的連續(xù)建模。為了能對(duì)MRCM系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上對(duì)多產(chǎn)品MRCM系統(tǒng)的優(yōu)化控

3、制策略奠定基礎(chǔ)，建立連續(xù)模型當(dāng)是首選。本文基于基本的連續(xù)模型基礎(chǔ)之上，為了反映系統(tǒng)中工件的重入程度對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響，引入重入因子的概念對(duì)基本的連續(xù)模型進(jìn)行更新，建立修正的單產(chǎn)品連續(xù)偏微分方程（Partial Differential Equation，PDE）模型。由于實(shí)際半導(dǎo)體芯片制造系統(tǒng)是多種產(chǎn)品同時(shí)加工的生產(chǎn)線，為了對(duì)該系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化控制，在此，根據(jù)訂單緊急度的情況將系統(tǒng)中的產(chǎn)品劃分為不同的加工優(yōu)先級(jí)，建立多

4、產(chǎn)品MRCM系統(tǒng)的PDE模型。
　　(2)多產(chǎn)品MRCM系統(tǒng)的最優(yōu)投料控制策略。投料策略是在長(zhǎng)時(shí)間尺度上對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制的，例如，滿足季節(jié)性需求模式或新產(chǎn)品的增加或減少，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)出率產(chǎn)生影響。為了滿足不同種類產(chǎn)品的市場(chǎng)需求情況，實(shí)現(xiàn)整個(gè)多產(chǎn)品MRCM系統(tǒng)最優(yōu)投料控制的目的，因此，本文提出了多產(chǎn)品MRCM系統(tǒng)的最優(yōu)投料控制策略。該策略的控制目標(biāo)主要為：針對(duì)外部市場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的需求量與內(nèi)部生產(chǎn)供應(yīng)間的匹配、系統(tǒng)WIP水平等與

5、MRCM系統(tǒng)整體相關(guān)的問題，從而提高不同緊急度訂單的準(zhǔn)時(shí)交貨率問題。
　　(3)基于推拉調(diào)度策略的連續(xù)模型。為了從不同的時(shí)間尺度上對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行評(píng)估，通過改變系統(tǒng)的加工步優(yōu)先級(jí)以更好的控制生產(chǎn)，建立了一種新型的連續(xù)模型——基于推拉調(diào)度策略的連續(xù)模型。建立該模型的關(guān)鍵因素是引入一個(gè)控制變量——“推拉點(diǎn)(Push-Pull Point, PPP)”的概念。建立該模型的基本原理是：在推拉點(diǎn)位置前端的生產(chǎn)線采用推式調(diào)度策略，同時(shí)

6、在推拉點(diǎn)位置后端的生產(chǎn)線采用拉式調(diào)度策略。另外，通過數(shù)值實(shí)例分析在不同的時(shí)間尺度上，推拉點(diǎn)位置的改變對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的影響。
　　(4)基于推拉點(diǎn)的調(diào)度控制策略。當(dāng)工廠收到意外訂單時(shí)，生產(chǎn)系統(tǒng)中的產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)激增或是短時(shí)間內(nèi)硅片的突然增加，在生產(chǎn)能力滿足的情況下，為了增加復(fù)雜制造系統(tǒng)的柔性并提高其對(duì)市場(chǎng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，提出了基于推拉點(diǎn)的調(diào)度控制策略。該策略的控制原理是：在一定的時(shí)間間隔之內(nèi)，通過改變推拉點(diǎn)的位置，使得推拉點(diǎn)下

7、游的在制品數(shù)與市場(chǎng)需求量相匹配。然后通過數(shù)值實(shí)例，從不同的時(shí)間尺度上分析了推拉點(diǎn)位置的改變對(duì)系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的影響。同時(shí)，通過與純拉式調(diào)度策略和純推式調(diào)度策略的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證該控制策略的有效性問題。
　　(5)基于推拉點(diǎn)的線性反饋控制策略。為了實(shí)時(shí)響應(yīng)客戶日益多樣化和個(gè)性化動(dòng)態(tài)變化的市場(chǎng)需求量，有效處理晶圓廠收到意外訂單的情況，提出了基于推拉點(diǎn)的線性反饋控制策略。首先，給出了該線性反饋控制策略的控制原理和具體的求解

8、過程。其次，通過數(shù)值實(shí)例，從不同的時(shí)間尺度上分析了推拉點(diǎn)位置的改變對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的影響。再次，通過與純拉式調(diào)度策略和純推式調(diào)度策略的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證該線性反饋控制策略的有效性及高效性問題。最后，當(dāng)推拉點(diǎn)在最優(yōu)更新頻率的情況下發(fā)生移動(dòng)時(shí)，對(duì)比該線性反饋控制策略與純拉式調(diào)度策略之間的相對(duì)誤差，同時(shí)，進(jìn)一步分析了加工設(shè)備的利用率和市場(chǎng)需求率的偏離程度對(duì)模擬精度的影響。
　　綜上，針對(duì)MRCM系統(tǒng)，本文提出了一套解決