前 言

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

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

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

20世紀80年代末90年代初，美國的庫瑪教授? 針對半導體、膠卷等行業的生產特點，提出了類多重入復雜制造系統的概念，并將其列為有別于flow-shop 和job-shop 的第三類生產制造系統。半導體制造系統作為類多重入復雜制造系統的典型代表，其調度問題具有大規模、不確定、多目標等綜合復雜性，集中體現了新型調度問題的多項特征。關于半導體制造系統調度方面的研究在理論上具有極強的挑戰性，而且也具有十分顯著的應用意義。自我國“十五” 計劃開始，半導體制造業作為整個集成電路產業的基礎，一直是國家大力推進的行業之一，因而急需有相應的理論、方法和應用研究對其發展提供支持和指導。而目前的實際情況是：一方面，國內外的相關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體制造企業的實際需求，關注的重點問題也可能不一致。

關于半導體制造系統過程調度問題，筆者早在十幾年前就有所關注，基于已有的對柔性制造系統、離散事件動態系統和Petri 網等方面的研究基礎，已經對這一領域的問題與現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 研究發展計劃(973計劃)、國家自然科學基金和企業級合作等多項科研項目的資助，針對復雜制造過程優化調度問題的研究進一步得以系統性展開。對該領域的理論、方法有了充分的調研和認識，而且積 累了一定的研究成果，并與著名的半導體制造企業合作，在相關研究成果的應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上撰寫而成的，把近20年來國內外的相關研究成果和作者多年的經驗積累相結合，嘗試對復雜半導體制造系統智能調度問題從理論到方法再到應用進行系統化論述。全書共分為8章。

第1章對半導體制造系統調度問題進行了概述，主要介紹了半導體制造流程、半導體制造系統調度及其發展趨勢。第2章介紹了數據驅動的半導體制造系統調度框架，實現了一種基于數據的復雜制造系統調度體系結構。第3章圍繞半導體制造系統數據預處理進行展開，介紹了幾種數據預處理方法：數據規范化、數據缺失值填補、基于數據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，對半導體生產線性能指標相關性分析進行了介紹。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習機的投料控制策略。第6章以某實際生產線為背景，提出了一種基于模擬信息素機制的動態派工規則，并采用數據挖掘的方法對動態派工規則進行參數優化。第7章介紹了兩種不同的閉環調度方法：基于負載均衡的半導體生產動態調度方法和性能驅動的半導體生產線動態調度方法。第8章主要介紹了大數據環境下的半導體制造系統調度發展趨勢。以工業4.0為開端，接著介紹了工業大數據及其發展的三個階段及大數據環境下半導體制造調度發展趨勢，最后以應用實例說明了大數據環境下半導體制造調度問題。

本書面向從事半導體制造系統計劃、調度和優化等相關領域研究工作的科研人員，自動控制、工業工程等專業院校研究生和教師，制造管理及微電子制造行業生產管理或工程技術人員等，力求在半導體制造系統及其智能調度的理論方法、技術及應用案例等方面為讀者提供有價值的參考和輔助。

與本書相關的研究工作得到了國家自然科學基金重點項目(61034004)、國家自然科學基金面上項目(51475334、61273046)、國家自然科學基金青年科學基金項目(50905129)以及同濟大學青年英才計劃項目(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。

半導體制造系統智能調度是具有NP 特征且具有高度復雜和挑戰性的課題，相關的研究還在不斷發展和完善之中，本書僅為筆者近年來學習和研究的一個階段性總結，其中難免會有不足之處，敬請讀者批評指正。

著　者

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