浅析晶圆制造自动化物料运输系统调度研究现状
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《装备制造技术 ̄2017年第05期 浅析晶圆制造自动化物料运输系统调度研究现状 宋昊举,吴立辉,王维豪 (河南工业大学机电工程学院,河南郑州450007) 摘要:自动化物料运输系统(Automadc Material Handling System,AMHS)在晶圆制造中扮演着非常重要的角色,已成为 晶圆制造工厂不可或缺的组成部分。晶圆制造AMHS具有运输任务规模庞大、运输需求随机、任务实时性要求高等特 点,通过调度优化可显著提高AMHS及晶圆制造系统运行效率。对晶圆制造AMHS调度方法研究现状进行了简单总 结,并指出了AMHS调度进一步的研究方向。 关键词:晶圆制造;自动化物料运输系统;调度方法 中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:1 672—545X(201 7)05—0047—03 随着半导体集成电路的飞速发展,晶圆制造业 好,在物料运输调度中广泛使用,但是由于启发式规 迎来快速发展的黄金时期。为适应市场需求、提高企 则根据经验来建立,缺少数学理论基础。因此,对于 业效益,晶圆制造企业面临着提高生产效率,降低生 动态、随机变化的物料运输系统无法进行实时优化; 产成本的双重压力。AMHs(Automatic Material Han— 仿真优化方法包含实时仿真、连续仿真等,由于实际 dling System,自动化物料运输系统)作为晶圆制造的 半导体车间存在成本高、不支持迅速测试等特点,因 重要组成部分,对其优化调度具有重要意义。 此,利用仿真的方法可以对实际生产提供技术转换 的指导方针;人工智能方法包含人工神经网络、模糊 1 AMHS调度问题描述 逻辑、智能Agent等。人工智能调度方法虽然可以有 效解决运筹学和启发式规则的缺点,但仍然无法满 自动化物料运输系统调度是指在满足晶舟搬运 足晶圆运输调度中大规模、具有复杂约束以及多目 约束条件的前提下,安排物料运输小车搬运晶舟的 标优化的实时动态调度需要。 先后顺序和时间,从而提高AMHS运行效率[1]。晶圆 2.1基于运筹学求解方法 制造AMHS调度问题具有大规模、随机性、实时性等 针对晶圆制造AMHS调度问题,Desaultniers斤等【 】 特点,是典型的NP—hard问题[21,因此国内外学者对 考虑运输小车对晶圆调度的影响,以减少运输小车 其进行了广泛、深入研究。 堵塞率为目标,将小车指派问题转化为数学规划问 题,并采用分支界定法和列生成法对其求解,最终获 2 AMHS调度方法研究现状 得较优的物料运输调度方案;Wang等[41以减少晶圆 加工周期为优化目标,将晶圆制造物料运输指派问 目前,晶圆制造AMHS调度方法研究趋于复杂 题转化为整数规划问题,并运用拉格朗日松弛法对 化和多元化,AMHS调度方法有:运筹学求解的方法、 问题进行求解获得物料运输的优化结果;Correa等[51 启发式规则的方法、仿真优化方法、人工智能方法。 以减少工件运输时间为目标,综合考虑运输小车和 其中,运筹学求解方法包含整数规划、线性规划、动 晶圆指派问题,运用约束规划方法和混合整数规划 态规划等,当物料运输调度规模较小时,该方法可以 方法来分别求解晶圆任务分配问题和小车路径优化 获得调度问题的最优解或次优解,但是由于数学规 问题。Nakamura等[61考虑运输小车派工问题和路径规 划模型求解计算量大、计算时间长,对于复杂、大规 划问题,建立了一个混合模型并转化为二进制整数 模和随机的晶圆物料运输调度问题很难满足实时调 线性规划(Binary Integer Linear Programming,BILP) 度的需求;启发式规则方法包含单一启发式规则和 问题进行求解。 复合启发式规则,该方法计算量小、效率高、实行性 收稿日期:2017—02—25 基金项目:河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(2015GGJS一036);河南工业大学科技创新人才计划项目(2014CXRC02) 作者简介:宋昊举(1993一),男,河南安阳人,在读硕士,研究方向:晶圆制造物料运输系统建模、调度。 47 Equipment Manufacturing Technology No.05,2017 2.2基于启发式规则方法 针对晶圆制造AMHS调度问题,Yamashita等[7 I提出一种改进的先到先服务规则对物料运输系统实 3 AMHS调度研究发展趋势 随着晶圆尺寸从300 mnl向450 1TIm发展,整体 式AMHS的运用也会越来越广泛。对于AMHS调度 现实时指派,有效减少晶圆的等待时间;Kuo等[81综合 晶圆卡等待时间、搬运时间及运输小车位置等参数, 提出了一种基于模糊逻辑方法的动态选取物料调度 规则,虽然此方法具有动态适应性,但是本质仍属于 启发式规则;Jang等[91考虑系统中晶圆的当前位置及 未来运输信息,针对物料运输系统调度提出一种面 方法的研究也有了新的发展方向。对于运筹学方法 而言,虽然可以获得调度问题的最优解或者次优解, 但随物料运输调度规模增大,计算效率将迅速下降, 无法对大规模、复杂的AMHS进行有效调度。而将运 筹学方法与智能方法等相结合是AMHS调度研究的 向前馈的复合启发式规则;Bilge等【 01将运输小车的 调度和晶圆加工调度相结合,综合考虑运输时间、设 备缓冲区中物料数量等因素,提出基于多参数的复 合启发式方法,实现物料运输调度的全局优化。 2.3基于仿真优化方法 仿真优化方法被广泛应用于对AMHS中晶圆产 出率、在制品数量、加工设备利用率等性能指标的分 析,从而对系统采用合适的控制策略和调度方法以 提高产品准时交货率。以300 mm晶圆生产线为研究 对象,Lin等fffI根据瓶颈设备的实时隋况运用计算机 仿真方法进行调度,提出了一种基于推/拉结合的运 行规则,并运用e M—Plant进行离散时间仿真,得出: 当wafer到达率足够高时,AMHS性能将大幅提高, 晶圆在制品数量和加工周期也将大幅降低;对于多 目标优化下的半导造生产调度问题,Lee等【l21建 立以时间响应为触发,面向对象的Petri网的仿真模 型,并对其方法的有效性进行验证。 2.4基于人工智能方法 对于AMHS中分层协制、重调度控制等运 用人工智能的方法能很好得到解决。Min等[13】根据系 统状态运用神经网络进行控制规则的选择,将传统基 于规则面向设备或面向工件单一方式的控制策略转 化为动态变化的控制策略,满足了AMHS动态调度 的要求;对于AMHS动态调度问题,Kuo等㈣综合复 杂的产品组合和工艺路线,提出了一种基于模糊逻辑 的满足生产目标和制造指标的多目标智能OHT调度 器,该调度器可以根据生产的实时数据对AMHS调 度规则进行动态调整,并通过模型验证多目标智能调 度器的结果优于单一规则调度结果;以单闭环Inter— bay系统为背景,Wang等【 51综合工件加工时间、等待 时间和小车运输时间等,运用Agent技术提出三种启 发规则,对多时间调度采用竞标方式,并验证此方法 在全局性能掌控方面比传统启发规则更具优势。 48 发展方向之一。启发式规则方法由于自身简单实用 易操作的特点,在AMHS调度中研究最为广泛,但由 于现有启发式规则方法需要根据实际生产经验来设 计规则,方法设计缺少数学理论基础,且无法对动 态、随机的物料运输系统进行动态优化。因此,设计 更加高效可靠的启发式规则将成为下一步的研究趋 势。人工智能调度方法虽然可以有效解决运筹学和 启发式规则的缺点,但现有研究仍属于动态多启发 式规则方法范畴,AMHS的多目标整体优化能力欠 佳。因此,如何更好地结合启发式调度规则和智能方 法,是人工智能调度方法的研究方向。综上所述, AMHS调度研究至今尚未形成一套系统的理论和方 法,而通过剖析AMHS运行的特征和规律,设计相应 的调度方法,从而实现AMHS和晶圆制造系统全局 优化也是AMHS调度研究的研究发展趋势之一。 4结束语 信息化产业的快速发展使得晶圆制造业发展迅 速,AMHS作为晶圆制造工厂的重要一环,其目的是 在晶圆制造中能够最大程度地发挥作用,从而提高 晶圆制造性能指标。因此,通过晶圆制造AMHS调度 方法的研究,将进一步提高晶圆加工企业的生产效 率和市场竞争力,具有重要的工程意义和使用价值。 参考文献: [1】张洁.秦威.吴立辉.晶圆制造自动化物料运输系统调 度【M】.武汉:华中科技大学出版社,2015. 【2]孙寅斌.晶圆制造Interbay物料运输系统智能调度技术研 究[D】.上海:上海交通大学机械工程与动力学院,2011.【3】 G.Desauhniers,A.Langvin,D.Riopel,Dispatching and Conflict-Free Routing of Automated Guided Vehicles:An Exact Approach『J].The International Journal of Flexible Manufacturing Systems,2004(15):309—33 1. 【4】C.Wang,D.Liao,Prioritized Automatic material handling services in 300mm ̄undry manufacturing[C].Proceedings of Semiconductor Manufacturing Technology Workshop,2002: 《装备制造技术12017年第O5期 109-1 14. dispatching strategies for automated guided vehicles[J].Inter national Journal of Production Economics,2006,100:65—75. 【5】A.I.Correa,A.Langevin,L.M.Rousseau,Scheduling and routing of automated guided vehicles:A hybrid approach[J]. Computer&Operations Research,2007,34(6):1688—1707. 【6】R.Nakamura,K.Sawada,S.H.Shin.Simultaneous opti mization of dispatching and routing for OHT systems via hy [11]J.T.Lin,F.K.Wang,Y.M.Chang.A hybrid push/pull-dis patching rule for a photobay in a 300mm wafer fab[J]. Robotics and Computer—Integrated Manufacturing,2006,22: 47—55. brid system modeling[C]//Proceeding of the 39th Annual Conference on the IEEE Industial Electronics Societry.Wash ington,D.C.,USA:IEEE,2013:4416—4421. 【12】Y.F.Lee,Z.B.Jiang,H.R.Liu.Multiple-objective schedul ing and real-time dispatching for the semiconductor manufac turing system[J].Computer&Operations Research,2009,36 【7】H.Yamashita,Analysis of dispatching rules of AGV systems with multiple vehicles[J].IIE Transactions,2001(33):889- 895. (3):866—884. [13】H.S.Min,Y Yih.Selection of dispatching rules on multiple dispatching decision points in real-time scheduling of a semi 【8】C.H.Kuo,C.S Huang.Dispatching of overhead hoist vehicles in a fab intrabay using a multimission-oirented controller[J]. International Journal of Advanced Manufacturing Tech nology, conductor wafer fabrication system[J].International Journal of Production Research,2003,41(16):3921—3941. 【141 C.H.Kuo,C.S.Huang.Dispatching of overhead hoist vehi cles in a fab intrabay using a multimission-oriented controller 2006。(27):824—832. [9 J.9]J.Jang.,J.D.Suh,P.M.Ferreira,An AGV routing policy reflecting the current and future state of semiconductor and [J].International Journal of Advanced Manufacturing Technol ogy,2006(27):824-832. [15]K.J.Wang,J.T.Lin,G.Weigert.Agent-based interbay system control for a single-loop semiconductor manufacturing LCD production lines【J】.International Journal of Flexible Manufacturing System,2001,39(17):3901—3921. 【10]U.Bilge,G.Esenduran,N Varo1.Multi-attirbute responsive fab[J].Production Planning&Control,2007,18(2):74-90. Survey on the Current Situation of Wafer Fabrication Automated MateriaI Handling System Scheduling SONG Hao-ju,WU Li-hui,WANG Wei-hao (School of Mechanical&Electicalr Engineering,Henan University of Technology, Zhengzhou Henan 450007,China) Abstract:Automatic material handling system(AMHS)plays a very important role in wafer fabrication and has become an integral part of the wafer fabrication facility.Wafer fabrication AMHS has a large scale of transport tasks,transportation needs random,high real-time task requirements,through schedule optimization can signiif— cantly improve operational eficifency of AMHS and wafer fabrication system.In this paper,the present situation of AMHS scheduling method for wafer fabrication is briefly summarized,and the further research direction of AMHS scheduling is pointed out. Key words:wafer fabrication;automatic material handling system(AMHS);scheduling method (上接第40页) Research of the Solid Barrier for Integral Fuel Tank of Civil Aircraft BO xiao—li (Department of Strength Design,Shanghai Institute of Aircraft Design and Research,Shanghai 2002 1 0,China) Abstract:The integral fuel tank of civil aircraft is wing box segment structure which saving fuel,when calculating the hydraulic pressure of the fuel tank,the solid barrier is very important.The fuel tank internal barriers and baffles may be considered as solid boundaries if shown to be effective in limiting fuel flow.The report provides formula to calculate it,and analysis an example.Provide some reference to calculate the hydraulic pressure of the fuel tank of civil aircraft. Key words:civil aircraft;integral fuel tank;solid barrier 49