前 言

調(diào)度問題普遍存在于工業(yè)工程中，其本質(zhì)是通過對有限資源的合理配置， 尋求系統(tǒng)目標的最大化。資源(包括物質(zhì)資源和時間資源)的限制與目標(如產(chǎn)量、效率、速度等)的追求之間存在著廣泛而多樣的客觀的矛盾，因此調(diào)度問題一直是學(xué)術(shù)界與工程技術(shù)界的研究熱點之一。

雖說調(diào)度問題的實際表象有多種，如生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)度、交通運輸調(diào)度、人員時間調(diào)度、項目進度調(diào)度等，但制造系統(tǒng)的調(diào)度毫無疑問是眾多調(diào)度問題中受關(guān)注最多、研究時間最長的一類。制造系統(tǒng)調(diào)度是企業(yè)生產(chǎn)活動組織和管理的中心問題，是提高企業(yè)綜合效益的有效途徑。它對提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平、節(jié)省成本、改進服務(wù)質(zhì)量、提高企業(yè)競爭力、加速收回投資以及獲得更高的經(jīng)濟效益有著十分重要的意義。借助于先進的生產(chǎn)計劃與調(diào)度方法，可以在不增加或少增加投入的基礎(chǔ)上為企業(yè)贏得更大的產(chǎn)出與利潤，獲得更大的投資回報率。

自1954 年約翰森發(fā)表了第一篇關(guān)于生產(chǎn)調(diào)度的經(jīng)典論文?以來，制造系統(tǒng)的調(diào)度問題走過了單機調(diào)度、多機調(diào)度、流水車間(flow-shop) 調(diào)度、作業(yè)車間(job-shop)調(diào)度、柔性制造系統(tǒng)(FMS，F(xiàn)lexible Manufacturing System) 調(diào)度等由簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程。其間，大量相關(guān)研究工作及成果的積累也進一步奠定了制造系統(tǒng)調(diào)度在調(diào)度研究領(lǐng)域中舉足輕重的地位。如果說調(diào)度領(lǐng)域內(nèi)許多早期的工作是在制造業(yè)的推動下發(fā)展起來的，那么不斷產(chǎn)生于制造業(yè)的實際問題還在提出新的挑戰(zhàn)。根據(jù)勞勒等?的觀點，隨著經(jīng)典調(diào)度問題的四個基本假設(shè)(即單件加工方式、確定性、可運算性和單目標性)不斷被突破，關(guān)于調(diào)度的研究重心已逐漸由經(jīng)典調(diào)度問題移向新型調(diào)度問題。本書重點討論的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度就屬于這一類新型調(diào)度問題。

20世紀80年代末90年代初，美國的庫瑪教授? 針對半導(dǎo)體、膠卷等行業(yè)的生產(chǎn)特點，提出了類多重入復(fù)雜制造系統(tǒng)的概念，并將其列為有別于flow-shop 和job-shop 的第三類生產(chǎn)制造系統(tǒng)。半導(dǎo)體制造系統(tǒng)作為類多重入復(fù)雜制造系統(tǒng)的典型代表，其調(diào)度問題具有大規(guī)模、不確定、多目標等綜合復(fù)雜性，集中體現(xiàn)了新型調(diào)度問題的多項特征。關(guān)于半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度方面的研究在理論上具有極強的挑戰(zhàn)性，而且也具有十分顯著的應(yīng)用意義。自我國“十五” 計劃開始，半導(dǎo)體制造業(yè)作為整個集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，一直是國家大力推進的行業(yè)之一，因而急需有相應(yīng)的理論、方法和應(yīng)用研究對其發(fā)展提供支持和指導(dǎo)。而目前的實際情況是：一方面，國內(nèi)外的相關(guān)研究存在著比較大的差距；另一方面， 國外先進的理論方法不一定適合我國半導(dǎo)體制造企業(yè)的實際需求，關(guān)注的重點問題也可能不一致。

關(guān)于半導(dǎo)體制造系統(tǒng)過程調(diào)度問題，筆者早在十幾年前就有所關(guān)注，基于已有的對柔性制造系統(tǒng)、離散事件動態(tài)系統(tǒng)和Petri 網(wǎng)等方面的研究基礎(chǔ)，已經(jīng)對這一領(lǐng)域的問題與現(xiàn)狀進行跟蹤了解和展開初步研究。直到最近幾年，隨著筆者及研究團隊科研工作的逐步深入，先后得到了國家重點基礎(chǔ) 研究發(fā)展計劃(973計劃)、國家自然科學(xué)基金和企業(yè)級合作等多項科研項目的資助，針對復(fù)雜制造過程優(yōu)化調(diào)度問題的研究進一步得以系統(tǒng)性展開。對該領(lǐng)域的理論、方法有了充分的調(diào)研和認識，而且積 累了一定的研究成果，并與著名的半導(dǎo)體制造企業(yè)合作，在相關(guān)研究成果的應(yīng)用實施方面進行了有益的探索嘗試。本書就是在這些工作和成果的基礎(chǔ)上撰寫而成的，把近20年來國內(nèi)外的相關(guān)研究成果和作者多年的經(jīng)驗積累相結(jié)合，嘗試對復(fù)雜半導(dǎo)體制造系統(tǒng)智能調(diào)度問題從理論到方法再到應(yīng)用進行系統(tǒng)化論述。全書共分為8章。

第1章對半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度問題進行了概述，主要介紹了半導(dǎo)體制造流程、半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度及其發(fā)展趨勢。第2章介紹了數(shù)據(jù)驅(qū)動的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度框架，實現(xiàn)了一種基于數(shù)據(jù)的復(fù)雜制造系統(tǒng)調(diào)度體系結(jié)構(gòu)。第3章圍繞半導(dǎo)體制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)預(yù)處理進行展開，介紹了幾種數(shù)據(jù)預(yù)處理方法：數(shù)據(jù)規(guī)范化、數(shù)據(jù)缺失值填補、基于數(shù)據(jù)聚類分析的異常值探測、基于變量聚類的冗余變量檢測。第4 章從長期性能指標和短期性能指標的角度，對半導(dǎo)體生產(chǎn)線性能指標相關(guān)性分析進行了介紹。第5章介紹了智能化投料控制策略，著重論述了基于極限學(xué)習(xí)機的投料控制策略。第6章以某實際生產(chǎn)線為背景，提出了一種基于模擬信息素機制的動態(tài)派工規(guī)則，并采用數(shù)據(jù)挖掘的方法對動態(tài)派工規(guī)則進行參數(shù)優(yōu)化。第7章介紹了兩種不同的閉環(huán)調(diào)度方法：基于負載均衡的半導(dǎo)體生產(chǎn)動態(tài)調(diào)度方法和性能驅(qū)動的半導(dǎo)體生產(chǎn)線動態(tài)調(diào)度方法。第8章主要介紹了大數(shù)據(jù)環(huán)境下的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展趨勢。以工業(yè)4.0為開端，接著介紹了工業(yè)大數(shù)據(jù)及其發(fā)展的三個階段及大數(shù)據(jù)環(huán)境下半導(dǎo)體制造調(diào)度發(fā)展趨勢，最后以應(yīng)用實例說明了大數(shù)據(jù)環(huán)境下半導(dǎo)體制造調(diào)度問題。

本書面向從事半導(dǎo)體制造系統(tǒng)計劃、調(diào)度和優(yōu)化等相關(guān)領(lǐng)域研究工作的科研人員，自動控制、工業(yè)工程等專業(yè)院校研究生和教師，制造管理及微電子制造行業(yè)生產(chǎn)管理或工程技術(shù)人員等，力求在半導(dǎo)體制造系統(tǒng)及其智能調(diào)度的理論方法、技術(shù)及應(yīng)用案例等方面為讀者提供有價值的參考和輔助。

與本書相關(guān)的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重點項目(61034004)、國家自然科學(xué)基金面上項目(51475334、61273046)、國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目(50905129)以及同濟大學(xué)青年英才計劃項目(0800219252)的資助。在本書的編寫過程中，崔美姬、湯珺雅、趙曉曉、汪詠等研究生參與了部分工作，在此向他們表示感謝。

半導(dǎo)體制造系統(tǒng)智能調(diào)度是具有NP 特征且具有高度復(fù)雜和挑戰(zhàn)性的課題，相關(guān)的研究還在不斷發(fā)展和完善之中，本書僅為筆者近年來學(xué)習(xí)和研究的一個階段性總結(jié)，其中難免會有不足之處，敬請讀者批評指正。

著　者

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