一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法及装置，所述方法具体为：构建面向调度的半导体生产线CPS环境，感知半导体生产线在生产过程中各类突发扰动，在发生突发扰动时，基于生产线动态信息进行重调度；所述装置包括：通信模块，实现与实际生产线的通信；CPS环境构建模块，用于建立数字化三维模型；调度优化设计模块，用于实时感知生产信息，在生产信息变化时触发重调度，并根据生产线动态信息生成新的生产线调度方案，实现重调度。与现有技术相比，本发明专利技术具有可应用于半导体生产线等复杂制造系统、时效性高、调度效果佳等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法及装置
本专利技术涉及半导体生产线调度优化技术，尤其是涉及一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法及装置。
技术介绍
半导体生产线是一类典型的复杂制造系统，具有生产工艺复杂、加工周期长、对机器精度要求高、成本投入大等特点。如何借助于优化的生产计划和调度方案获取更大的收益，是半导体生产制造企业最为关心的问题之一。然而，在半导体生产过程中各类扰动事件时有发生，如设备故障、紧急订单、设备加工时间偏差等等。系统需要快速响应此类事件，在必要情况下适时调整调度方案，以保证生产线的高效运行。通过检索及分析国内外相关研究领域的科技文献后发现，在半导体生产线调度的实际应用中，生产线建模与调度优化二者通常是各自独立。一些研究往往是在生产过程开始前建立相应模型进行分析计算，根据所得结果制定合适的生产调度方案。例如在中国专利申请“基于多蚁群优化的半导体生产线排程方法”(公开号CN102253662A)中，李莉等运用了一种多蚁群优化的计算方法，结合考虑生产线的瓶颈加工区域，对半导体生产线的最佳调度方案进行并行搜索，从而实现排程。其他一些研究则是将仿真结果与生产线历史数据进行比较后，针对某一优化目标选择特定的调度策略。例如在中国专利申请“一种用于半导体生产线基于简化仿真模型的高效调度规则选择方法”(公开号CN105843189A)中，曹政才等以准时交货率和产出量为调度目标，利用简化的仿真模型在某一调度时刻对集中的调度规则进行快速评价，获得最优方案。此外，在中国专利“半导体集成电路生产中晶圆制造调度方法及调度系统”(公告号CN104423331B)中，王冕提出了一种由产品信息单元、时刻表单元、产品监控单元、优先级计算单元、优先级标准单元、显示单元等组件构成的集成电路晶圆制造与生产调度系统，根据交货紧急程度计算出各个产品和批次的优先级，从而制定适合的生产调度方案。但其缺点在于不能根据生产线状态的动态变化实时调整方案，原设计方案很可能由于设备故障或人员离岗等突发事件的发生而失效。在美国专利申请“用于半导体制造工厂动态分派的方法与系统(Methodandsystemfordynamicdispatchinginsemiconductormanufacturingplants)”(公开号：US5612886A)中，WengYi-Cherng提出了基于看板思想的，同时考虑工件优先级与排队时间的调度方法。该方法在思想上接近常用的FIFO(即先入先出策略)，在系统WIP较少的情况下具有较好优化性能，但当WIP水平较高的情况下，该策略的性能下降明显。尤其是在实际半导体生产线中，由于系统不确定因素较多，WIP数通常不会始终保持在较低水平。在美国专利“一种半导体生产过程动态调度方法与系统(Systemsandmethodsfordynamicsemiconductorprocessscheduling)”(公告号：US9659799B2)中，区别于传统半导体生产线调度研究中，针对加工时间、工件排队队长、最长等待时间等因素而使用的静态调度方法，KeithR.提出了基于生产组件的加工能力变化进行资源分配的动态调度方法，减少了缓冲区工件堆积，进而提高系统生产率。但是，该方法只适用于特定生产线条件下，并且仅考虑系统在较稳定生产状态下的动态变化情况，无法应对处理波动较大的系统变化。总而言之，针对传统半导体生产线的调度方法，进行仿真与决策的信息系统，通常不能及时响应生产线状态的变化；同时，生产系统也无法快速应用优化后的调度方案，影响调度效果。在如今各类新兴科学技术不断涌现并发展的背景之下，CPS(Cyber-PhysicalSystem)概念的提出与应用为这一问题的解决提供了新的思路。CPS是“工业4.0”以及智能制造实现的核心内容。它依靠物联网、信息通信以及大数据分析等技术手段，将工业生产过程中各类设备的数据信息通过网络与信息世界深度融合，并对生产过程进行协同优化，从而构成虚拟信息与物理设备相交互的智能化、数字化、网络化生产制造系统。近年来在生产制造及调度优化领域，CPS的相关研究也有众多的科技文献，并陆续出现了一些专利技术成果。雷雪凤通过对选煤厂建立CPS模型分析，提出了基于改进粒子群优化算法的选煤厂任务调度算法，对选煤过程进行动态调度。刘纯尧等人针对CPS的复杂和异构性，研究了基于大型传感器网络的CPS多优先级动态调度策略，改善了普通优先级调度方法的效果。伦永亮在提出了异构互联的CPS环境框架和情境感知模型的基础上，构建资源调度模型，利用设计的优化算法动态组织与分配资源，实现服务与资源配置的最佳方式。同时，一些典型的智能算法与CPS环境下生产调度的结合也是研究方向所在。HanJ等人将蚁群算法引入到一个离散结构环境下的CPS模型之中，同时考虑网络负载均衡以及服务质量建立了调度算法框架，借助仿真软件得到的模拟结果验证了其方法的有效性。在利用CPS进行预测调度方面，ZhouBH针对避免生产系统中不必要的任务切换目的，基于CPS环境设计了一种具有实时预测以及动态调整功能的生产调度模型，从而降低了低优先级生产任务对于整体生产性能的影响，提升了系统的实时性能。除此之外，TKaihara等人将CPS相关理论融入自动化工厂建设与管理之中，基于CPS原理构造了针对生产线在制品数WIP的动态调度方法，根据仿真结果和实际系统WIP的对比，指导调整调度策略，其结果大大提升了车间的生产性能水平，证明了方法的有效性。纵观国内外相关研究与科技文献后可以发现，针对生产制造系统的CPS调度优化研究仍处于起步阶段，仅仅止步于根据CPS概念提出系统建立框架，或是在构建的仿真情景中研究调度优化方法，较为缺少在实际生产制造系统中的应用。在中国专利申请“一种面向智能棉纺生产的CPS架构”(公开号CN106530111A)中，鲍劲松等人设计了一种面向智能棉纺生产的CPS框架，包括感知实体层、连接通信层、知识融合层、决策控制层。该专利技术以贯穿棉纺生产周期全过程的数据为主线，以智能感知为核心，以网络和海量计算为依托，实现棉纺生产过程中各类资源的高效配备，优化了生产流程，提高了生产效率。然而，此专利技术提出的CPS环境仅仅针对于棉纺生产领域，且棉纺生产过程为单一流水线型，研究价值较低。此外，其方法中资源配备的过程，不具有动态变化的特性，无法贯穿棉纺生产过程全周期。在中国专利申请“一种用于工业的CPS控制系统及其实现方法”(公开号CN106527383A)中，李庆鑫等人提出了一种用于工业的CPS控制系统实现方法，针对以工业柔性化生产复杂系统对信息物理融合的需求，提供一种动态环境下的分布式组件动态发现与自组织、基于组件的信息物理融合系统功能封装与驱动的工业控制器，适用范围更广，操作简单，能给工业生产带来更多的便利。但是，该专利技术主要面向工业生产中控制器与底层设备间的通信感知，缺乏上层模块的具体应用，属于CPS构建研究领域中较为底层的部分。因此，此专利技术在生产线调度优化方面没有更多的涉及，研究指导意义不大。在美国专利“信息物理系统及其在虚拟机中的控制方法(Cyber-physicalsystemandmethodofmonitoringvirtualmachinethe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法，其特征在于，该方法具体为：构建面向调度的半导体生产线CPS环境，感知半导体生产线在生产过程中各类突发扰动，在发生突发扰动时，基于生产线动态信息进行重调度，根据生产线变化状况适时调整调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种半导体生产线CPS环境下的调度优化方法，其特征在于，该方法具体为：构建面向调度的半导体生产线CPS环境，感知半导体生产线在生产过程中各类突发扰动，在发生突发扰动时，基于生产线动态信息进行重调度，根据生产线变化状况适时调整调度方案。2.一种实现如权利要求1所述方法的半导体生产线CPS环境下的调度优化装置，其特征在于，包括：通信模块，用于实现与实际生产线的通信；CPS环境构建模块，用于建立与实际的目标生产线相对应的数字化三维模型；调度优化设计模块，用于实时感知生产信息，在生产信息变化时触发重调度，并根据生产线动态信息生成新的生产线调度方案，实现重调度。3.根据权利要求2所述的半导体生产线CPS环境下的调度优化装置，其特征在于，所述通信模块通过OPC技术与MQTT通信协议相结合的数据通信网络与实际生产线间实现通信。4.根据权利要求2所述的半导体生产线CPS环境下的调度优化装置，其特征在于，所述CPS环境构建模块包括：信息采集单元，用于通过所述通信模块采集目标生产线信息；三维建模单元，用于根据所述目标生产线信息建立实际的目标生产线相对应的数字化三维模型；动作设计单元，用于生成所述数字化三维模型中各部件的动态动作参数。5.根据权利要求4所述的半导体生产线CPS环境下的调度优化装置，其特征在于，所述三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔非，马玉敏，曹秋实，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31