1.2.2　調(diào)度類型

1.2.2.1　基于調(diào)度對(duì)象的半導(dǎo)體生產(chǎn)線調(diào)度分類

半導(dǎo)體生產(chǎn)線規(guī)模龐大,設(shè)備類型各異,按照所關(guān)注問(wèn)題的不同可以分為工件調(diào)度、投料控制、瓶頸調(diào)度、批加工設(shè)備調(diào)度、生產(chǎn)線調(diào)度和維護(hù)調(diào)度等。

(1)工件調(diào)度

工件調(diào)度策略的優(yōu)劣直接影響到生產(chǎn)系統(tǒng)的性能,所以工件調(diào)度是半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度的研究重點(diǎn)。常用的工件調(diào)度方法有五種:傳統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)、離散系統(tǒng)仿真、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算智能和人工智能。

(2)投料控制

投料控制是指在一定的投料策略指導(dǎo)下,決定在何時(shí)投入多少原料到生產(chǎn)系統(tǒng),以便盡可能發(fā)揮生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。投料一般分為靜態(tài)投料和動(dòng)態(tài)投料兩種方式。靜態(tài)投料是根據(jù)事先設(shè)定的速率(如固定時(shí)間間隔投料或按隨機(jī)分布泊松流投料)進(jìn)行投料。這種投料方式因不能跟蹤生產(chǎn)線的實(shí)際變化,容易造成工件積壓,使生產(chǎn)線的性能下降;動(dòng)態(tài)投料是根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際情況(諸如交貨時(shí)間和在制品水平等性能指標(biāo)),使用啟發(fā)式方法進(jìn)行投料。

(3)瓶頸設(shè)備調(diào)度

瓶頸設(shè)備調(diào)度是指通過(guò)解決半導(dǎo)體生產(chǎn)線中瓶頸區(qū)域的調(diào)度問(wèn)題,從而推出整條生產(chǎn)線的優(yōu)化排程方案。瓶頸處容量的損失就是整個(gè)工廠的損失,因此瓶頸設(shè)備的調(diào)度問(wèn)題是十分重要的。

瓶頸識(shí)別的方法有很多,一般可以通過(guò)觀察在制品的隊(duì)列長(zhǎng)度和測(cè)量機(jī)器的利用率來(lái)獲知瓶頸設(shè)備。

① 分析制造系統(tǒng)中在制品的隊(duì)列長(zhǎng)度。在這種方法中,隊(duì)列長(zhǎng)度和等待時(shí)間中有一種是被測(cè)定的,具有最長(zhǎng)的隊(duì)列長(zhǎng)度或等待時(shí)間的機(jī)器被認(rèn)為是制造瓶頸。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)對(duì)隊(duì)列長(zhǎng)度或等待時(shí)間的簡(jiǎn)單比較就能檢測(cè)到系統(tǒng)的瞬時(shí)制造瓶頸;缺點(diǎn)是很多生產(chǎn)系統(tǒng)只有有限的在制品隊(duì)列或者根本沒(méi)有在制品隊(duì)列,在這種情況下,隊(duì)列長(zhǎng)度的方法就不能夠被用來(lái)檢測(cè)制造瓶頸。

② 測(cè)量生產(chǎn)系統(tǒng)中不同機(jī)器的利用率。利用率最高的機(jī)器為制造瓶頸。然而不同機(jī)器的利用率經(jīng)常是非常相近的,所以這種方法不能很確定地識(shí)別瓶頸設(shè)備。長(zhǎng)時(shí)間的仿真也許能準(zhǔn)確得到有意義的結(jié)果,但是這種方法受到穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的局限。測(cè)利用率的方法并不能確定瞬時(shí)制造瓶頸,而只能確定在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在的瓶頸設(shè)備,因此利用這種方法來(lái)檢測(cè)和監(jiān)控瓶頸的轉(zhuǎn)移是不合適的。

(4)批加工設(shè)備調(diào)度

批加工設(shè)備調(diào)度是半導(dǎo)體生產(chǎn)線調(diào)度的重要組成部分,對(duì)半導(dǎo)體生產(chǎn)線性能有重要影響。批量加工是半導(dǎo)體制造系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)。半導(dǎo)體制造生產(chǎn)線上的多卡并行批量加工設(shè)備,如氧化爐管等,大約占設(shè)備總數(shù)的20%~30%,其調(diào)度方案對(duì)改善半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的性能具有重要意義。

(5)生產(chǎn)線調(diào)度

生產(chǎn)線調(diào)度關(guān)注整個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)線中工件的流向及其在各設(shè)備上的加工序列,確定工件在各加工設(shè)備上的加工序列和開(kāi)始加工時(shí)間,即加工排程(scheduling)、工件分派(dispatching)與工件排序(sequencing)。工件調(diào)度使用的研究方法很多,既包括傳統(tǒng)的運(yùn)籌學(xué)方法、離散事件仿真技術(shù)與啟發(fā)式規(guī)則,也包括先進(jìn)的人工智能、計(jì)算智能與群體智能等算法,是當(dāng)前半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度研究的熱點(diǎn)。

(6)設(shè)備維護(hù)調(diào)度

設(shè)備維護(hù)調(diào)度用于決定何時(shí)將設(shè)備從生產(chǎn)線上撤下來(lái),進(jìn)行預(yù)訂的維護(hù)過(guò)程。設(shè)備維護(hù)主要有預(yù)防性維護(hù)(Preventive Maintenance,PM)和矯正性維護(hù)(Corrective Maintenance,CM)。在預(yù)防性維護(hù)時(shí),設(shè)備并未發(fā)生故障,其調(diào)度的最終目標(biāo)是尋求計(jì)劃停機(jī)時(shí)間與非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間的平衡點(diǎn);矯正性維護(hù)是由于設(shè)備意外故障后,對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的維修。后者由于是設(shè)備意外故障,會(huì)導(dǎo)致更高的成本。目前設(shè)備維護(hù)調(diào)度的研究主要集中于運(yùn)籌學(xué)方法或啟發(fā)式規(guī)則。

1.2.2.2　基于調(diào)度環(huán)境和任務(wù)的半導(dǎo)體生產(chǎn)線調(diào)度分類

基于調(diào)度環(huán)境和任務(wù)的不同,半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度還可分為靜態(tài)調(diào)度與動(dòng)態(tài)調(diào)度。

(1)靜態(tài)調(diào)度

靜態(tài)調(diào)度是指在制造系統(tǒng)狀態(tài)和加工任務(wù)確定的前提下,形成優(yōu)化的調(diào)度方案的過(guò)程。靜態(tài)調(diào)度以某一時(shí)刻t₀的制造系統(tǒng)狀態(tài)U(t₀)、確定的工件信息(具體的加工任務(wù)描述)及時(shí)間長(zhǎng)度T₀(一般稱為調(diào)度深度)為輸入,在滿足約束條件及優(yōu)化目標(biāo)的情況下,采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)度算法,生成調(diào)度周期[t₀,t₀+T₀]內(nèi)的調(diào)度方案。靜態(tài)調(diào)度的約束條件包括系統(tǒng)資源、產(chǎn)品的工藝流程、交貨期等,優(yōu)化目標(biāo)包括工件的評(píng)價(jià)加工周期、交貨期、制造系統(tǒng)的性能指標(biāo)如設(shè)備利用率、生產(chǎn)率等。利用靜態(tài)調(diào)度生成的調(diào)度方案一經(jīng)產(chǎn)生,所有工件的加工方案就被確定了,在后續(xù)的加工過(guò)程中也不再改變。

(2)動(dòng)態(tài)調(diào)度

動(dòng)態(tài)調(diào)度是指根據(jù)制造系統(tǒng)的狀態(tài)和加工任務(wù)的實(shí)際情況,動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生調(diào)度方案的過(guò)程。動(dòng)態(tài)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)方式有兩種:一是在已有靜態(tài)調(diào)度方案的基礎(chǔ)上,根據(jù)制造系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)及加工任務(wù)信息,及時(shí)對(duì)靜態(tài)調(diào)度方案進(jìn)行調(diào)整,產(chǎn)生新的調(diào)度方案,這種調(diào)度過(guò)程也稱為重調(diào)度;二是事先不存在靜態(tài)調(diào)度方案,直接按照制造系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)及加工任務(wù)信息,為空閑設(shè)備確定加工任務(wù),這種調(diào)度過(guò)程也稱為實(shí)時(shí)調(diào)度。

以上兩種方式都能夠獲得可操作性強(qiáng)的調(diào)度方案,但優(yōu)化計(jì)算過(guò)程又有所不同。實(shí)時(shí)調(diào)度在決策中往往只考慮局部信息,因此得到的調(diào)度方案只是可行的,與最優(yōu)調(diào)度方案可能有較大的距離;重調(diào)度則是在已有靜態(tài)調(diào)度方案的基礎(chǔ)上,根據(jù)更多的系統(tǒng)狀態(tài)信息及加工任務(wù)信息對(duì)靜態(tài)調(diào)度方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,得到的調(diào)度方案不僅具有可操作性,而且優(yōu)化效果也比較好,更接近最優(yōu)調(diào)度方案。

與靜態(tài)調(diào)度相比,動(dòng)態(tài)調(diào)度能夠針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的變化產(chǎn)生更加具有可操作性的決策方案。針對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)度的特點(diǎn),以下兩個(gè)因素必須予以充分考慮:一是優(yōu)化過(guò)程必須充分利用能夠反映制造系統(tǒng)狀態(tài)及加工任務(wù)情況的實(shí)時(shí)信息,二是動(dòng)態(tài)調(diào)度方案必須在不影響設(shè)備運(yùn)行的短時(shí)間內(nèi)完成。