基于Petri網(wǎng)的多組合設(shè)備最優(yōu)調(diào)度與控制.pdf

1、在半導(dǎo)體制造中，為了確保更高的質(zhì)量和精度，具有單晶圓加工技術(shù)的組合設(shè)備被廣泛應(yīng)用于晶圓加工。一臺(tái)典型的單組合設(shè)備是由以下部件構(gòu)成:一只用于搬運(yùn)晶圓的機(jī)械手、兩個(gè)真空鎖和若干個(gè)用于晶圓加工的加工模塊。近年來(lái)，隨著晶圓加工過程日趨復(fù)雜，多組合設(shè)備逐漸被企業(yè)采用。它是由若干臺(tái)單組合設(shè)備，彼此之間通過緩沖模塊連接而成，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為線型和樹型。
　　由于一臺(tái)多組合設(shè)備的價(jià)格極其昂貴，因此，實(shí)際生產(chǎn)中亟需一種有效的方法來(lái)調(diào)度和控制它。在調(diào)

2、度這樣一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其復(fù)雜性主要來(lái)源于各組合設(shè)備之間的耦合性。因此，它需要協(xié)調(diào)好相鄰機(jī)械手的動(dòng)作從而使得它們?cè)谠L問緩沖模塊時(shí)能夠充分配合。
　　考慮到機(jī)械手移動(dòng)時(shí)間，本文集中研究加工過程主導(dǎo)型的兩種多組合設(shè)備，一種是線型單臂、緩沖模塊容量為2的多組合設(shè)備;另一種是線型混合、緩沖模塊容量為1的多組合設(shè)備。對(duì)于前一種情形，現(xiàn)有文獻(xiàn)提出了一種觀點(diǎn)，即，使用分解的方法可以證明系統(tǒng)的周期時(shí)間永遠(yuǎn)可達(dá)下界，至于如何做到，未曾有調(diào)度給出。同時(shí)，它

3、們也沒有說明系統(tǒng)是如何從開始的加工瞬態(tài)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。對(duì)于后一種情形，據(jù)作者所知，迄今為止還沒有相關(guān)文獻(xiàn)提及混合多組合設(shè)備的調(diào)度問題?；旌隙嘟M合設(shè)備，是指系統(tǒng)中同時(shí)存在有單臂以及雙臂組合設(shè)備。盡管有文獻(xiàn)對(duì)緩沖模塊容量為1的單臂組合設(shè)備進(jìn)行了研究并提出了最優(yōu)的k-晶圓周期調(diào)度（k≥2），然而，跟1-晶圓周期調(diào)度比起來(lái)，前者具有不少缺點(diǎn)，比如難以控制和實(shí)現(xiàn)。它最大的缺點(diǎn)就是，在某些周期，晶圓被加工好以后，它將會(huì)在加工模塊中逗留更長(zhǎng)時(shí)間，從而使得系

4、統(tǒng)更容易違反晶圓逗留時(shí)間約束。
　　調(diào)度一臺(tái)多組合設(shè)備是一個(gè)NP-難問題。因此，找到一種有效的方法來(lái)調(diào)度它，無(wú)論是在理論上還是實(shí)際應(yīng)用上都具有重大意義。本文主要研究線型多組合設(shè)備的調(diào)度和控制。在處理事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候，由于Petri網(wǎng)是一種有效的工具，因此，它被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)系統(tǒng)中的建模，分析和控制中。本文就是利用Petri網(wǎng)來(lái)建模。基于Petri網(wǎng)模型，本文作了如下工作:
　　1)對(duì)緩沖模塊容量為2的單臂多組合設(shè)備進(jìn)行了最

5、優(yōu)的l-晶圓周期調(diào)度分析。為了探討緩沖模塊容量對(duì)系統(tǒng)的影響，首先，我們利用Petri網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。這樣，機(jī)械手的等待，裝/卸以及加工/緩沖模塊的動(dòng)態(tài)特性就可以被很好的描述出來(lái)。通過此Petri網(wǎng)模型，本文得出一個(gè)結(jié)論:對(duì)于加工過程主導(dǎo)的緩沖模塊容量為2的單臂多組合設(shè)備，總存在一個(gè)1-晶圓周期調(diào)度使得系統(tǒng)的周期時(shí)間可達(dá)下界。同時(shí)，本文還第一次提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的算法來(lái)獲取這樣一個(gè)調(diào)度。最后，給出實(shí)例驗(yàn)證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。

6、>　　2)對(duì)緩沖模塊容量為1的混合多組合設(shè)備進(jìn)行了最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度分析。為了獲得一個(gè)最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度，首先，我們利用Petri網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模?；诖四Ｐ?，本文提出了系統(tǒng)存在一個(gè)1-晶圓周期調(diào)度使得周期時(shí)間可達(dá)下界的充分必要條件，以及一個(gè)有效算法來(lái)判斷這樣一個(gè)調(diào)度是否存在。如果存在，僅僅通過一些簡(jiǎn)單的計(jì)算就可以得到這樣一個(gè)調(diào)度。如果不存在，本文接著又提出了有效的算法來(lái)求得最優(yōu)生產(chǎn)周期以及最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度。此算法在計(jì)算上

7、是有效且在實(shí)際應(yīng)用中是容易實(shí)現(xiàn)的。最后，給出實(shí)例驗(yàn)證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。
　　3)對(duì)具有晶圓逗留時(shí)間約束的混合多組合設(shè)備進(jìn)行了調(diào)度可行性分析。調(diào)度一臺(tái)具有晶圓逗留時(shí)間約束的混合多組合設(shè)備非常具有挑戰(zhàn)性。基于所獲得的最優(yōu)1-晶圓周期調(diào)度，本文提出了系統(tǒng)存在一個(gè)可行調(diào)度，即滿足晶圓逗留時(shí)間約束，的充分必要條件。首先，我們利用Petri網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模。根據(jù)這個(gè)模型，系統(tǒng)的調(diào)度問題可歸結(jié)為如何分配機(jī)械手的等待時(shí)間。接著，本文提