一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，该方法利用基于ELM的负荷均衡投料控制参数模型动态获取半导体生产线总负荷，以该半导体生产线总负荷为指导，采用负荷控制理论实现半导体生产线负荷均衡投料控制，该方法包括以下步骤：1)构建负荷均衡投料控制参数模型，以生产线实时状态及投料信息作为所述负荷均衡投料控制参数模型的输入，动态获取半导体生产线总负荷TWL_total；2)构建半导体生产线负荷均衡模型，根据半导体生产线总负荷TWL_total获得投料决策信息，包括工件优先级、投料触发机制和投料量。与现有技术相比，本发明专利技术具有投料控制实时性好、降低在制品数、缩短生产周期、提高生产效率等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法
本专利技术涉及一种自动控制领域的方法，具体地，涉及一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，属于先进制造

技术介绍
半导体生产线的控制与调度问题一直是学术界与工程界研究的热点问题。半导体生产线的优化调度与控制的研究具有重要的经济价值和学术价值。良好的调度控制策略能够帮助企业迅速响应市场的需求、提高产品满足客户需求的能力、缓解资本积累、缓冲存储空间、减少晶圆暴露于空气中的时间以及提高生产良品率。半导体生产线上主要存在两大类型的调度：投料控制和工件调度。投料控制处于调度系统的前端，决定何时投入何种工件组合到生产线上，以达到尽可能发挥生产线生产能力以及满足客户需求的目的。与工件调度相比，投料控制具有更加重要的影响。多年来投料控制一直是工业工程领域的研究热点。迄今已经有许多的研究成果，比较常规的方法如统一投料法、投料单投料法、固定时间间隔投料法、随机分布泊松流投料法、指数分布投料法等，这些方法一般是根据实际生产线的情况对投料单进行了相应设计，对半导体生产线的性能起到了一定的优化作用，是最早的、基于经验的算法，优化效果有限。此后研究者不断把其他的控制理论以及控制思想引入投料控制，提出了闭环投料控制算法，这种算法对生产线上的某一指标进行监控，视情况来对投料进行调整控制。监控指标可以分为两类：在制品数(WorkinProcess，WIP)和工作负荷(Workload)，基于这两类又衍生出了许多种改进的投料控制方法。如固定在制品(CONSTANTWIP，CONWIP)法，以WIP作为监控指标，尽量保持生产线上的WIP为预期恒定值，通过反馈对系统投料速率进行控制；避免饥饿投料控制方法(StarvationAvoidancePolicy，SA)基于约束理论(TheoryofConstraints，TOC)，同时引入虚拟库存概念，以实现保证瓶颈设备的利用率；固定工作负荷(CONLOAD)投料控制方法根据瓶颈设备的日加工能力来设置目标负荷，只有当瓶颈设备的负荷小于目标负荷时，才投入新工件；负荷调整投料控制方法(Workloadregulating，WR)力图通过投料来控制整个生产线的工作负荷，使工作负荷的分布与各个加工区的加工能力相适应，从而降低工件等待时间并充分利用设备加工能力。研究结果表明，这些根据生产线情况动态决定投料量的方式，比常规的静态方法在改进生产线性能指标上具有更大优势。但是上述方法也具有各自的问题，如CONWIP会出现在制品堆积现象，CONLOAD和SA无法适应“瓶颈漂移”情况，WR理论虽然提出了控制整个生产线负荷的方法，但是在实际应用中，往往也只关注对瓶颈设备工作负荷的控制。并且，上述方法忽略了隐含生产线实际调度环境特点及调度知识的大量相关数据，导致研究成果不能直接应用于实际生产线。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种实时性好、负荷均衡性好、有利于提高生产效率的半导体生产线投料控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，该方法利用基于ELM的负荷均衡投料控制参数模型动态获取半导体生产线总负荷，以该半导体生产线总负荷为指导，采用负荷控制理论实现半导体生产线负荷均衡投料控制，该方法包括以下步骤：1)构建负荷均衡投料控制参数模型，以生产线实时状态及投料信息作为所述负荷均衡投料控制参数模型的输入，动态获取半导体生产线总负荷TWL_total；2)构建半导体生产线负荷均衡模型，根据半导体生产线总负荷TWL_total获得投料决策信息，包括工件优先级、投料触发机制和投料量。进一步地，所述负荷均衡投料控制参数模型的构建过程包括：101)利用复杂制造系统生产调度仿真平台仿真获得原始样本集；102)从所述原始样本集中筛选最优样本；103)采用ELM方法建立负荷均衡投料控制参数模型，并利用所述最优样本对所述负荷均衡投料控制参数模型进行训练。进一步地，所述筛选最优样本具体包括：121)对原始样本集中的数据进行数据归一化；122)对各样本进行性能评价，根据综合评价值筛选最优样本，所述综合评价值的表达式为：其中，CIj表示第j条样本的综合评价值，y(j,i)为第j条样本的第i维性能指标数据的评分，ωi为第i维性能指标的权重。进一步地，所述负荷均衡投料控制参数模型中，半导体生产线负荷采用折算负荷法进行度量，即设备k的折算负荷TWLk表示为：其中，表示设备k可加工工序的前道工序集，表示集合中每道工序h的在制品集合，PTik为工件i在设备k上的加工时间，PRik为工件i对设备k的折算因子。进一步地，所述折算因子PRik的计算公式为：其中，Eik为工件i相对于设备k的上游设备集合，PCm表示设备m的加工能力，TWLm为设备m的负荷。进一步地，所述半导体生产线负荷均衡模型表示为：其中，SI为半导体生产线负荷均衡系数，表征生产线负荷按生产线设备加工能力分布的状况；TWLk为设备k的负荷；为半导体生产线设备负荷的平均值；n为半导体生产线设备总数；ωk为设备k的约束权重。进一步地，所述约束权重ωk的计算公式为：其中，utilk、utilj分别为设备k与j的利用率。进一步地，所述工件优先级的计算公式为：其中，为工件i在一个计划周期内会被瓶颈设备加工的负荷；CRi为工件i的临界比；的计算公式为：其中，为工件i在瓶颈设备的加工时间；代表工件i在计划周期内到达瓶颈设备的折算因子；CRi的计算公式为：其中，di为工件i的预期交货期，CTi为工件i的加工周期，Tnow为当前时间。进一步地，所述投料触发机制的触发条件包括：a)瓶颈区在计划周期内产生饥饿状态；b)存在紧急工件；c)有加工区处于饥饿状态；d)系统总负荷小于预期总负荷。进一步地，所述瓶颈区在计划周期内产生饥饿状态是指：瓶颈区负荷小于阈值ωB为瓶颈设备的约束权重。与现有技术相比，本专利技术具有以如下有益效果：本专利技术提出的半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，利用ELM从历史数据中提取相关信息，得到控制参数动态优化模型，再结合WLC理论实现对生产线的负荷均衡控制，借用WLC在负荷均衡控制方面的优势以及ELM在动态学习上的优势，解决了半导体生产线动态控制问题。从系统的观点出发，通过平衡生产线负荷分布，较好地折衷生产线性能指标，解决了现有投料控制方法多只考虑生产线局部信息(主要是瓶颈设备信息)，无法有效地控制生产线负荷水平以及负荷分布的问题。本专利技术解决了投料控制中常出现的由生产线负荷不均衡所导致的问题，具有投料控制实时性好、降低在制品数、缩短生产周期、提高生产效率等优点。附图说明图1为本专利技术中的半导体生产线投料控制结构；图2为本专利技术中的投料机制流程图；图3为本专利技术中的构建基于ELM参数优化模型流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本专利技术提供一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，该方法利用基于ELM(极限学习机，ExtremeLearningMachine)的负荷均衡投料控制参数模型动态获取半导体生产线总负荷，以该半导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，其特征在于，该方法利用基于ELM的负荷均衡投料控制参数模型动态获取半导体生产线总负荷，以该半导体生产线总负荷为指导，采用负荷控制理论实现半导体生产线负荷均衡投料控制，该方法包括以下步骤：1)构建负荷均衡投料控制参数模型，以生产线实时状态及投料信息作为所述负荷均衡投料控制参数模型的输入，动态获取半导体生产线总负荷TWL_total；2)构建半导体生产线负荷均衡模型，根据半导体生产线总负荷TWL_total获得投料决策信息，包括工件优先级、投料触发机制和投料量。

【技术特征摘要】
1.一种半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，其特征在于，该方法利用基于ELM的负荷均衡投料控制参数模型动态获取半导体生产线总负荷，以该半导体生产线总负荷为指导，采用负荷控制理论实现半导体生产线负荷均衡投料控制，该方法包括以下步骤：1)构建负荷均衡投料控制参数模型，以生产线实时状态及投料信息作为所述负荷均衡投料控制参数模型的输入，动态获取半导体生产线总负荷TWL_total；2)构建半导体生产线负荷均衡模型，根据半导体生产线总负荷TWL_total获得投料决策信息，包括工件优先级、投料触发机制和投料量。2.根据权利要求1所述的半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，其特征在于，所述负荷均衡投料控制参数模型的构建过程包括：101)利用复杂制造系统生产调度仿真平台仿真获得原始样本集；102)从所述原始样本集中筛选最优样本；103)采用ELM方法建立负荷均衡投料控制参数模型，并利用所述最优样本对所述负荷均衡投料控制参数模型进行训练。3.根据权利要求2所述的半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，其特征在于，所述筛选最优样本具体包括：121)对原始样本集中的数据进行数据归一化；122)对各样本进行性能评价，根据综合评价值筛选最优样本，所述综合评价值的表达式为：其中，CIj表示第j条样本的综合评价值，y(j,i)为第j条样本的第i维性能指标数据的评分，ωi为第i维性能指标的权重。4.根据权利要求1所述的半导体生产线动态负荷均衡投料控制方法，其特征在于，所述负荷均衡投料控制参数模型中，半导体生产线负荷采用折算负荷法进行度量，即设备k的折算负荷TWLk表示为：其中，表示设备k可加工工序的前道工序集，表示集合中每道工序h的在制品集合，PTik为工件i在设备k上...

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