集成电路制造中生产周期的优化研究

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近年来随着国内工业化与信息化融合不断深入、信息消费快速升温、智慧城市建设加速,集成电路设计、制造、封装等企业快速兴起和扩张。其中,集成电路制造企业是现代先进制造的典型代表,其生产设备价格高昂,生产运作成本高,合理优化其生产管理方式显得尤为重要,而且集成电路的终端产品是各类电子消费品,其更新换代速度快、产品多样性高,客户对于生产周期的要求更加严格。因此,缩短生产周期成为集成电路生产管理研究的重要课题。本文主要结合律特法则(Little’s Law)、约束理论(Theory Of Constraint,TOC)与集成电路制造企业的生产实际相联系,优化企业生产周期管理。律特法则主要描述的是生产周期(Cycle Time,CT)、在制品(Work In Process,WIP)库存和产出(Throughput,TP)三者之间的关系:CT=WIP/TP。而约束理论表明瓶颈机群的产出水平决定了整条生产线的产出能力,同时也是最大在制品缓存区。因此,本文优化生产周期主要是基于瓶颈设备在制品水平和产出能力的相关优化,一方面,考虑瓶颈设备群预防性维修制定最优动态投片计划,降低在制品水平;另一方面,优化集成电路制造中常见瓶颈之一的离子注入机群调度方式,以此提升产线整体产出能力。主要研究内容如下:1)优化投片计划,降低在制品(WIP)库存水平:针对考虑瓶颈设备预防性维修任务的生产计划投片问题,本文构建相应的数学规划模型,并通过ILOG CPLEX(数学规划求解器)工具求解最优解,制定合理的投片计划。在仿真验证方面,针对单一产品的投片计划进行了仿真分析以此详细阐述规划模型运作原理;针对多产品的投片计划仿真分析了在多目标下对目标不同的关注程度对工厂综合指标的影响,结果表明企业需要在保证产能的基础上进行生产周期的优化,而不能盲目关注缩短生产周期而不断降低在制品库存。2)优化生产调度,增加瓶颈机群产出率(TP):针对离子注入瓶颈机群产能提升问题,本文考虑设备可作业工艺条件、工艺条件之间存在切换损失等因素,构建以最大完工时间的最小化为目标的不相关并行机调度模型,并通过改进的模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法进行参数仿真,对比分析启发式规则和改进的SA算法,结果显示改进的SA算法优于现有的规则算法,性能指标提升约18.5%。
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