[發明專利]一種半導體生產線動態瓶頸分析方法

有效

• 申請號: 201310686851.1
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103676881B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 曹政才;邱明輝;李博;王炅;劉雪蓮
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種生產線動態瓶頸分析方法，屬于半導體加工與自動化控制領域，尤其涉及一種半導體生產線動態瓶頸分析方法。

背景技術

半導體制造業是一個資金密集型的高科技產業，對經濟發展具有重大的戰略價值。在世界制造業中心向亞太地區轉移和我國經濟持續快速發展的大背景下，我國的半導體產業得到了快速發展。為繼續保持我國半導體制造產業發展的良好勢頭和提升市場競爭力，不僅要擴大規模而且要提高生產效率。而半導體生產線被認為當今最為復雜的制造系統，具有多重入、大規模、混合加工方式、多產品、不確定性等特點，其優化調度問題成為學術界及工程界研究的熱點。瓶頸問題是半導體生產線優化調度的關鍵問題，瓶頸設備成為了其制約系統產量、生產周期和制品水平的關鍵因素。因此，如何對瓶頸設備進行有效地分析是半導體制造中提高其性能指標的基本保證。

以往生產線優化調度，均采用基于固定瓶頸的投料策略和派工規則控制生產。但半導體生產線不確定性等特點，導致了基于固定瓶頸的調度策略已不能滿足半導體生產線的生產要求。因此，需要對瓶頸設備進行分析，掌握其漂移趨勢，使相應的調度算法能適應現代制造模式下的動態生產環境。目前，針對瓶頸的研究主要存在以下幾個方面的問題：（1）影響瓶頸的參數變量較多，對關鍵變量的選取直接關系到瓶頸設備分析的準確性，而現有研究中缺乏對關鍵參數的選取；（2）在瓶頸預測方法上，大多采用基于數學分析和仿真技術的靜態預測，缺乏對工件種類、批次和設備故障等不確定性因素考慮；（3）基于固定瓶頸的調度方法，落后于瓶頸設備的變化，使得以固定瓶頸為中心制定的調度策略缺乏針對性，降低了生產控制的時效性。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種半導體生產線動態瓶頸分析方法，該方法綜合考慮了生產線上的信息，首先，利用設備的綜合瓶頸度結合瓶頸判定機制進行瓶頸識別；然后，通過增長修剪型神經網絡對半導體生產線的下一時刻瓶頸進行預測，并結合閉環控制思想動態修正網絡結構；最后，使用單因子試驗法對影響瓶頸的關鍵參數進行定量分析；最終可以優化生產線的參數設定、指導生產調度、提高生產性能指標。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種半導體生產線動態瓶頸分析方法，該方法包括以下步驟：1、確定影響瓶頸設備的關鍵參數；2、數據預處理；3、設備綜合瓶頸度；4、構建瓶頸設備預測模型；5、基于閉環控制思想動態修正模型；6、基于單因子試驗法的瓶頸分析。

如圖1所示，該半導體生產線動態瓶頸分析方法各個步驟的詳細操作過程如下。

1、確定影響瓶頸設備的關鍵參數。

1.1設備故障間隔時間、設備故障平均修復時間、設備平均加工時間、在制品水平(WIP)、投料策略貼現負載度（FDW）；其中，FDW定義如下：

其中，FDW_im為待投工件i在設備m上產生的虛擬產生負載度，FDW_im∈[0,1]；M為生產線上的設備數；N_T為生產線工件類總數；N_i為工件i的加工工序步數；q_i為在設備m上等待加工的i工件數量；t_ijm為工件i的第j道工序在設備m上的加工時間；θ_ijm為加工系數，即若工件i的第j道工序可以在設備m上加工則θ_ijm=1，否則θ_ijm=0；T_{release_i}為工件i投料時刻；T_now為目前時刻；ID_im為產品i在設備m上平均加工序號，具體的數學描述如下所示：

其中，k_irm為工件i在設備m上第r次重入的加工路徑序號；R_im為工件i在設備m上的重入次數。

1.2緩沖區隊列長度、設備利用率、設備相對負載；

1.3設備的等待時間、正常運行時間、阻塞時間。

2、數據預處理。

對從半導體生產線獲取的數據進行處理；處理過程包含以下步驟①剔除半導體制造系統預仿真時間段內及設備生產能力未達到飽和狀態時產生的數據；②剔除超出三倍數據樣本標準差的數據；將處理后的數據作為構建半導體生產線瓶頸預測模型的訓練與測試數據。

3、設備綜合瓶頸度。

3.1瓶頸設備關鍵參數。

3.1.1設備相對生產負載WL_m(t)。