[发明专利]一种半导体生产线动态瓶颈分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产线动态瓶颈分析方法，属于半导体加工与自动化控制领域，尤其涉及一种半导体生产线动态瓶颈分析方法。

背景技术

半导体制造业是一个资金密集型的高科技产业，对经济发展具有重大的战略价值。在世界制造业中心向亚太地区转移和我国经济持续快速发展的大背景下，我国的半导体产业得到了快速发展。为继续保持我国半导体制造产业发展的良好势头和提升市场竞争力，不仅要扩大规模而且要提高生产效率。而半导体生产线被认为当今最为复杂的制造系统，具有多重入、大规模、混合加工方式、多产品、不确定性等特点，其优化调度问题成为学术界及工程界研究的热点。瓶颈问题是半导体生产线优化调度的关键问题，瓶颈设备成为了其制约系统产量、生产周期和制品水平的关键因素。因此，如何对瓶颈设备进行有效地分析是半导体制造中提高其性能指标的基本保证。

以往生产线优化调度，均采用基于固定瓶颈的投料策略和派工规则控制生产。但半导体生产线不确定性等特点，导致了基于固定瓶颈的调度策略已不能满足半导体生产线的生产要求。因此，需要对瓶颈设备进行分析，掌握其漂移趋势，使相应的调度算法能适应现代制造模式下的动态生产环境。目前，针对瓶颈的研究主要存在以下几个方面的问题：（1）影响瓶颈的参数变量较多，对关键变量的选取直接关系到瓶颈设备分析的准确性，而现有研究中缺乏对关键参数的选取；（2）在瓶颈预测方法上，大多采用基于数学分析和仿真技术的静态预测，缺乏对工件种类、批次和设备故障等不确定性因素考虑；（3）基于固定瓶颈的调度方法，落后于瓶颈设备的变化，使得以固定瓶颈为中心制定的调度策略缺乏针对性，降低了生产控制的时效性。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种半导体生产线动态瓶颈分析方法，该方法综合考虑了生产线上的信息，首先，利用设备的综合瓶颈度结合瓶颈判定机制进行瓶颈识别；然后，通过增长修剪型神经网络对半导体生产线的下一时刻瓶颈进行预测，并结合闭环控制思想动态修正网络结构；最后，使用单因子试验法对影响瓶颈的关键参数进行定量分析；最终可以优化生产线的参数设定、指导生产调度、提高生产性能指标。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种半导体生产线动态瓶颈分析方法，该方法包括以下步骤：1、确定影响瓶颈设备的关键参数；2、数据预处理；3、设备综合瓶颈度；4、构建瓶颈设备预测模型；5、基于闭环控制思想动态修正模型；6、基于单因子试验法的瓶颈分析。

如图1所示，该半导体生产线动态瓶颈分析方法各个步骤的详细操作过程如下。

1、确定影响瓶颈设备的关键参数。

1.1设备故障间隔时间、设备故障平均修复时间、设备平均加工时间、在制品水平(WIP)、投料策略贴现负载度（FDW）；其中，FDW定义如下：

其中，FDW_im为待投工件i在设备m上产生的虚拟产生负载度，FDW_im∈[0,1]；M为生产线上的设备数；N_T为生产线工件类总数；N_i为工件i的加工工序步数；q_i为在设备m上等待加工的i工件数量；t_ijm为工件i的第j道工序在设备m上的加工时间；θ_ijm为加工系数，即若工件i的第j道工序可以在设备m上加工则θ_ijm=1，否则θ_ijm=0；T_{release_i}为工件i投料时刻；T_now为目前时刻；ID_im为产品i在设备m上平均加工序号，具体的数学描述如下所示：

其中，k_irm为工件i在设备m上第r次重入的加工路径序号；R_im为工件i在设备m上的重入次数。

1.2缓冲区队列长度、设备利用率、设备相对负载；

1.3设备的等待时间、正常运行时间、阻塞时间。

2、数据预处理。

对从半导体生产线获取的数据进行处理；处理过程包含以下步骤①剔除半导体制造系统预仿真时间段内及设备生产能力未达到饱和状态时产生的数据；②剔除超出三倍数据样本标准差的数据；将处理后的数据作为构建半导体生产线瓶颈预测模型的训练与测试数据。

3、设备综合瓶颈度。

3.1瓶颈设备关键参数。

3.1.1设备相对生产负载WL_m(t)。