本文關(guān)鍵詞：基于Petri網(wǎng)的多組合設(shè)備最優(yōu)調(diào)度與控制

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【摘要】：在半導(dǎo)體制造中,為了確保更高的質(zhì)量和精度,具有單晶圓加工技術(shù)的組合設(shè)備被廣泛應(yīng)用于晶圓加工。一臺典型的單組合設(shè)備是由以下部件構(gòu)成：一只用于搬運晶圓的機械手、兩個真空鎖和若干個用于晶圓加工的加工模塊。近年來,隨著晶圓加工過程日趨復(fù)雜,多組合設(shè)備逐漸被企業(yè)采用。它是由若干臺單組合設(shè)備,彼此之間通過緩沖模塊連接而成,它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為線型和樹型。由于一臺多組合設(shè)備的價格極其昂貴,因此,實際生產(chǎn)中亟需一種有效的方法來調(diào)度和控制它。在調(diào)度這樣一個系統(tǒng)時,其復(fù)雜性主要來源于各組合設(shè)備之間的耦合性。因此,它需要協(xié)調(diào)好相鄰機械手的動作從而使得它們在訪問緩沖模塊時能夠充分配合。考慮到機械手移動時間,本文集中研究加工過程主導(dǎo)型的兩種多組合設(shè)備,一種是線型單臂、緩沖模塊容量為2的多組合設(shè)備；另一種是線型混合、緩沖模塊容量為1的多組合設(shè)備。對于前一種情形,現(xiàn)有文獻(xiàn)提出了一種觀點,即,使用分解的方法可以證明系統(tǒng)的周期時間永遠(yuǎn)可達(dá)下界,至于如何做到,未曾有調(diào)度給出。同時,它們也沒有說明系統(tǒng)是如何從開始的加工瞬態(tài)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。對于后一種情形,據(jù)作者所知,迄今為止還沒有相關(guān)文獻(xiàn)提及混合多組合設(shè)備的調(diào)度問題�；旌隙嘟M合設(shè)備,是指系統(tǒng)中同時存在有單臂以及雙臂組合設(shè)備。盡管有文獻(xiàn)對緩沖模塊容量為1的單臂組合設(shè)備進(jìn)行了研究并提出了最優(yōu)的k-晶圓周期調(diào)度(k≥2),然而,跟1-晶圓周期調(diào)度比起來,前者具有不少缺點,比如難以控制和實現(xiàn)。它最大的缺點就是,在某些周期,晶圓被加工好以后,它將會在加工模塊中逗留更長時間,從而使得系統(tǒng)更容易違反晶圓逗留時間約束。調(diào)度一臺多組合設(shè)備是一個NP-難問題。因此,找到一種有效的方法來調(diào)度它,無論是在理論上還是實際應(yīng)用上都具有重大意義。本文主要研究線型多組合設(shè)備的調(diào)度和控制。在處理事件驅(qū)動系統(tǒng)的時候,由于Petri網(wǎng)是一種有效的工具,因此,它被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)系統(tǒng)中的建模,分析和控制中。本文就是利用Petri網(wǎng)來建模�；赑etri網(wǎng)模型,本文作了如下工作：1)對緩沖模塊容量為2的單臂多組合設(shè)備進(jìn)行了最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度分析。為了探討緩沖模塊容量對系統(tǒng)的影響,首先,我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行建模。這樣,機械手的等待,裝/卸以及加工/緩沖模塊的動態(tài)特性就可以被很好的描述出來。通過此Petri網(wǎng)模型,本文得出一個結(jié)論：對于加工過程主導(dǎo)的緩沖模塊容量為2的單臂多組合設(shè)備,總存在一個1-晶圓周期調(diào)度使得系統(tǒng)的周期時間可達(dá)下界。同時,本文還第一次提出了一個簡單的算法來獲取這樣一個調(diào)度。最后,給出實例驗證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。2)對緩沖模塊容量為1的混合多組合設(shè)備進(jìn)行了最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度分析。為了獲得一個最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度,首先,我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行建模�；诖四Ｐ�,本文提出了系統(tǒng)存在一個1-晶圓周期調(diào)度使得周期時間可達(dá)下界的充分必要條件,以及一個有效算法來判斷這樣一個調(diào)度是否存在。如果存在,僅僅通過一些簡單的計算就可以得到這樣一個調(diào)度。如果不存在,本文接著又提出了有效的算法來求得最優(yōu)生產(chǎn)周期以及最優(yōu)的1-晶圓周期調(diào)度。此算法在計算上是有效且在實際應(yīng)用中是容易實現(xiàn)的。最后,給出實例驗證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。3)對具有晶圓逗留時間約束的混合多組合設(shè)備進(jìn)行了調(diào)度可行性分析。調(diào)度一臺具有晶圓逗留時間約束的混合多組合設(shè)備非常具有挑戰(zhàn)性。基于所獲得的最優(yōu)1-晶圓周期調(diào)度,本文提出了系統(tǒng)存在一個可行調(diào)度,即滿足晶圓逗留時間約束,的充分必要條件。首先,我們利用Petri網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行建模。根據(jù)這個模型,系統(tǒng)的調(diào)度問題可歸結(jié)為如何分配機械手的等待時間。接著,本文提出了系統(tǒng)存在一個可行調(diào)度的充分必要條件,以及有效的算法來獲得這樣一個調(diào)度。這些算法只需要簡單的確定機械手等待時間即可,因此,十分有效。最后,給出實例驗證本文所提出的調(diào)度方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN305;TP301.1

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本文編號：1291315