晶圆制造Interbay物料运输系统的动态调度研究

The Interbay automated material handling system (Interbay system) in semiconductor wafer fabrication system (SWFS) has its own characteristics, such as large scale, complexity. This project investigates the dynamic scheduling methods of the Interbay system. The highlights of this project are as follows: 1) Construct a multi-object and multi-constraint model of unrelated parallel machine scheduling. 2) Analyse features of wafer lot and form a time-function based multi-dimension state model of wafer lot. 3) Propose a dynamic scheduling method based on an improved ant colony optimization (ACO) algorithm, including a novel description of pheromone on the parallel search trails of ants, a parallel search space model and the reduce method of parallel search net. 4) Design a genetic programming based compositional rule generator to generate compositional heuristics of scheduling rules, so as to implement Interbay system scheduling by these automatic generated rules. 5) Research on the protocol of data communication and the real-time synchronization mechanism of information to create a hard-in-the-loop platform. 6) Develope a dynamic scheduling prototype system for Interbay system to verify the above proposed approaches. The research contributions are to improve the performance of SWFS, such as reducing the cycle time of wafer fabrication and increasing the overall equipment effectiveness (OEE).

晶圆制造Interbay物料运输系统（简称Interbay系统）具有大规模、复杂性等特性，本项目研究Interbay系统的动态调度方法，建立非等效并行机调度多目标模型和多约束模型；对晶圆卡的特性进行分析，提出基于时间函数的晶圆卡多维状态模型；研究Interbay调度问题的蚁群并行搜索算法，提出蚁群并行搜索路径的信息素描述方法，提出蚁群并行搜索空间模型以及网络空间压缩方法；提出了基于遗传规划的复合启发式调度规则的构造方法，利用生成的规则实现Interbay系统的调度；研究硬件在环仿真的数据通讯处理协议与信息实时同步机制，建立Interbay系统硬件在环仿真平台。开发晶圆制造Interbay系统动态调度原型系统，对所提出的理论及方法进行实验验证。本项目研究，对提高晶圆制造物料运输系统的性能和晶圆制造系统的整体效益等具有重要的理论意义和实际应用价值。

本项目针对晶圆制造Interbay物料运输系统调度问题具备的大规模、复杂、实时和动态等特性，从调度模型、调度算法、集成调度、硬件仿真等方面对Interbay系统调度方法展开了一系列研究工作。.在调度模型方面，提出了基于时间函数的晶圆卡多维状态模型；根据Interbay系统的运输小车、工件和运输行为等元素与非等效并行机调度问题的机器、工件和工艺路径等元素之间的相似性，构建了Interbay系统非等效并行机运输调度问题；利用数据描述方法建立了针对动态干扰约束与关键运行性能指标的多约束、多目标模型。.在调度算法方面，将Interbay系统物料运输调度过程映射为蚁群并行搜索过程，建立了面向物料运输调度问题的蚁群并行搜索空间模型；针对非等效并行机物料运输调度方案的蚁群搜索过程，提出了基于动态性约束、干扰性约束和运输时间约束的搜索路径信息素描述方法；提出了蚁群并行搜索网络空间规模的修剪和压缩方法，提高了对复杂大规模物料运输调度问题的调度算法实时性。.在集成调度方面，针对物料运输调度系统与晶圆加工系统之间的相互影响，分析了面向时间、产品、和成本等多个角度的晶圆制造Interbay系统与Intrabay系统集成调度需求；构建了面向晶圆制造系统Interbay与Intrabay系统集成调度的多目标协同优化数学模型；针对集成调度问题的复杂特性，基于遗传规划方法设计了复合启发式规则生成器，利用复合规则实现晶圆制造系统的集成式调度。.在硬件仿真方面，建立了硬件系统与软件仿真平台的数据通讯和处理协议，实现了两者之间的数据可靠、高效的通讯和处理；设计了硬件系统与软件仿真平台的信息实时同步机制，实现了硬件系统与软件仿真平台信息的同步映射；利用VS.net和eM-plant等开发工具，开发了晶圆制造Interbay系统的动态调度仿真平台，并构建了软硬件集成的硬件在环仿真系统，实验验证了本项目提出的Interbay系统的动态调度方法。.以上研究工作为提高晶圆物料运输系统以及晶圆制造系统的整体效率提供了重要理论基础，在晶圆制造实际生产过程中存在着较为广泛的应用价值。