半导体生产线仿真与投料策略研究

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车间调度问题的研究已有数十年的历史,而随着信息产业迅速发展的半导体制造业,因特殊的复杂性,使得其生产调度问题再次成为研究热点。半导体制造是投资密集型产业,一条生产线建设成本高达近10亿美金,由于半导体制造工艺的相关设备极其昂贵,一些同类型步骤在同一台机器组上反复进行,机器多重入是半导体生产线最突出的特点。此外,半导体生产线还具有加工路径复杂、生产设备多样性、制造过程不确定等特点,使得其调度研究颇具挑战性。并且,随着经济全球化的发展,半导体制造企业间的竞争越来越激烈,尽可能缩短生产周期以提高对客户要求的响应速度成为企业生存的关键。因此,正确规划半导体生产线的生产能力,合理部署车间层调度策略,对于生产管理者也意义重大。 半导体生产系统是典型的离散事件动态系统,而离散事件仿真是使用最广泛,也是最有效的研究手段。根据研究的需求,本文采用Microsoft Visual C++ 6.0和Microsoft Access等工具,编写了基于SEMATECH(美国半导体工业协会)的半导体生产线标准模型的生产线仿真平台。整个软件平台分为仿真引擎、数据分析和控制设计3个模块,其中仿真引擎读入生产线模型数据,以离散事件仿真方法模拟生产线的制造过程,并将各种控制策略算法加载到仿真过程中,仿真结束时把过程数据保存到数据库中;数据分析模块对数据库中的仿真过程数据进行数据挖掘,计算生产产量、平均制造周期、平均排队时间、机器利用率等多种性能指标,提供生产线的分析依据;控制设计模块可以设置各产品的投放策略,各个加工站的实时调度策略,并且提供可扩展的算法接口,以便不断加入新的调度算法规则。除了上述功能,仿真平台最突出的贡献,在于完全引入各种随机事件,即机器故障、工人休息和随机产出的影响,并可以选择是否加载某项随机事件。 车间层调度策略分为物料投放策略和加工站实时调度策略。以本文编写的半导体生产线仿真平台为工具,本文对物料投放策略进行了研究,提出了结合半导体生产线多重入瓶颈的CONWIP方法。本文将固定整条生产线半成品数量的做法,转化为固定一定制造阶段半成品数量的方法,并进一步提出该制造阶段为瓶颈机重入加工的最后一个处理步骤之前。通过仿真测试,对于单产品生产线,该投放策略可以减小产品制造周期分布的标准差,这对于半导体制造企业提供可靠的交货期有很大作用。
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