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时还必须考虑各设备的实时制造能力等约束条件.生产系统的多样性和复杂性,使其很难通过建立物理模型或采用实际运行实验的方法对其进行检验和评价.产线在制品预测系统WFS(WIPForecastSystem)是基于离散型仿真技术理论所建立的生产系统在制品流动仿真系统.借助于计算机模拟技术,可以在脱离真实系统的环境下,获得接近于真实系统的运行结果,是对生产系统产能进行分析和评价的一种十分有效的方法.此系统可以根据当前现在设备的状态,以及未来对于设备计划内当机的预测,来实时模拟到达各站点的在制品分布,为产能评估和后续的生产资源安排提供更科学,更准确的依据.合理的产能规划能够避免千万美金的资本支出,降低运营成本,提高设备记忆人员的利用率,从而提高车间的生产效率,满足终端客户的需求.离散系统仿真的基本原理
半导体生产系统需要接收和处理大量的产品设计信息,加工工艺信息,制造资源信息,通过合理的调度进行硅片加工.在研究生产线产能规划和硅片制造流程的基础上,通过Java和Excel程序建立生产线仿真模型,对生产线的作业调度以及物流进行仿真,通过对分析结果的综合与评估,来改进和优化生产计划和作业调度方案,评估生产线能力和生产效率,分析设备的利用率,平衡设备负荷,解决瓶颈问题,为工厂,车间或生产线的规划,资源配置与布局以及生产调度计划制定,提供可靠的科学依据[1].
对象定义及其管理
生产线是由控制中心,工艺设备,量测设备,自动物料传输系统,物料储存区,光罩储存区,硅片分类区,设备零件清洗区等物流资源构成,并涉及各种作业计划和控制调度的信息与事件.通过分析生产线的结构和功能,分析在制品,设备等事物的物理特性,过程特性,时间特性和状态特性,根据生产线的实际构成和各个单元的实际连接关系,将整个制造系统划分为一系列相对独立的实体.在此基础上,根据不同设备的实时状况,制造工艺,对在制品流动进行实时仿真,通过Excel表格进行量化描述[2].
系统的设计
仿真系统需要围绕产品工艺流程进行设计.在分析加工制造系统的基础上,根据产品的加工工艺,以各生产片断的若干核心工艺设备或者静态产能瓶颈设备为研究对象,构建整条生产线.同时,按照生产线的加工速度,对每个研究对象进行生产顺序和生产周期的预设.系统需要和生产线数据库进行实时数据交换,从数据库获得研究对象的实时状态或预测状态,以及当前状态下的产品在制品分布图.为保持更大的柔性,系统还应具有人工输入设备状态信息的模拟功能.以此对设备可能出现的问题进行仿真模拟运算,量化影响结果,并对下游单位进行产能评估和预警.达到整体的协调一致和加工能力的合理配置,实现制造过程的高效率和高柔性.
本文来源:http://www.sxsky.net/xie/070230587.html
图1仿真系统逻辑
仿真系统的建立
半导体制造生产线是典型的离散事件系统.离散事件系统的时间是连续变化的,而系统的状态仅在一些离散的时刻上由于随机事件的驭动而发生变化[3].由于状态是离散变化的,而引发状态变化的事件是随机发生的,离散事件系统的模型很难用数学方程来描述.因此,根据制造生产线产品信息,工艺制程信息,设备状态信息,设备产能信息和生产线生产周期信息建立生产系统仿真模型,对整个生产系统进行动态产能评估和在制品物流预测.
模型仿真模型是对问题的直观描述,通过在制品走势的仿真模拟,对指定时段,指定研究对象的在制品库存进行预测[4].仿真系统通过JAVA程序构建,和EXCEL进行对接,通过EXCEL读取工艺流程,设备状态,生产线周期等信息,进行模拟产能运算.系统会对每一种设备的当前在制品库存总量作为一个整体进行循环计算.首先判断目前这些在制品是否小于该设备的当天的预测产能.如果小于当天预测产能,那这批在制品将会全部在当日完成加工,按照生产工艺流入下一站点,如果大于当天预测产能,该设备组将只会完成预测产能相对应的在制品数量的加工,将该批在制品送入下一站点,而将余下的在制品储存到第二天该站点的在制品库存中,和第二天从上游站点流入该站点的在制品一起作为整体,重新按照库存和预测产能的大小比较进行判断.
表1仿真系统运算逻辑
i设备i+1运算逻辑dd+1第j天当天产能1215按照设备状态计算得出上一天积压WIP010当天WIP流入量152WIP总量1512等于上一天积压WIP+当天WIP流入量流入下一站点1212等于IF(当天产能〉WIP总量,WIP总量,当天产能)积压WIP30等于WIP总量-流入下一站点第j+1天当天产能138按照设备状态计算得出上一天积压WIP30当天WIP流入量812WIP总量1112流入下一站点118剩余WIP04
图2仿真系统核心代码
JAVA自带对话框会对特殊设定进行人机交互式输入,包括指定设备的特殊状态等.JAVA同时和生产线的数据中心进行实时对接,从数据中心获得在制品实时分布,设备实时状态,生产周期以及未来数日设备状态预测等信息.通过模拟运算,JAVA会按设定返回多张EXCEL报表,核心程序代码如图2所示.
仿真运行
在制品走势仿真
离散事件是一系列按时序,随时发生的具体事实[5],它们只在离散的可数时刻上发生,这些事实一旦出现,将使系统中一个或若干个状态变量发生瞬时跃变.离散系统仿真就是通过模拟不同时间离散事件的发生以及对系统状态变化的影响来实现的.系统状态的变化又通过EXCEL电子表格具体化,.通过仿真可以查看整条生产线在制品的走势和分布,也可以查看指定设备的在制品预测.同时,仿真系统还可以进行生产线瓶颈设备的预测.对生产管理以及产能评估作出及时准确的预测.
设备维护调度仿真
设备维护调度是指对生产线上设备资源的分配和利用,就是根据仿真模拟结果,为设备选择非瓶颈期进行设备当机维护,以减少对生产线的影响,避免在错误的时间进行设备维护,从而造成更大的在制品堵塞.在分析设备维护调度问题的基础上,制定合理的设备维护规则及策略,然后依据所制定的调度规则及策略制定出合理的作业计划和调度方案,并通过触发器及其它相关对象加以实现.在静态和动态调度下,生成设备维护的推荐时间段.
评估与优化
设备利用率与瓶颈设备分析
设备利用率U
U等于需要用于生产的时间设备可用于生产的时间设备利用率反应了设备的荷载程度.是衡量设备负荷的重要参数.
瓶颈设备是指那些可用能力小于或等于需求能力的设备,当U>,100%时,表示该设备的利用率超出了他所能承受的最大限度,此时必须对一些参数记性调整,因为瓶颈设备控制着产品制造的完成时间,制约了整个生产线产出量.在生产线仿真的基础上,采用统计方法对工件通过主要设备的情况进行统计计算,统计的状态参数包括等待时间,加工时间,阻塞时间等,同时记录设备的维护起始时间和结束时间.通过对这些设备状态和硅片通过这些设备的时间的比较和分析,评估设备维护时间选择是否合理,找出瓶颈设备所在,以便对生产系统进行优化.
故障分析与评估
故障也是生产线主要性能指标之一,故障出现频率越低,说明设备利用率越高,设备性能越稳定.通过系统提供的功能,对设备故障间或持续时间的分布进行统计,并分析设备故障对在制品堵塞的影响.通过试验,比较与分析,找到较适当的故障间隔或持续时间的分布,以便差异化合理安排设备维修时间,为编制作业计划提供依据.
结论
本文主要研究大规模半导体生产线建模.半导体生产线由于工艺流程复杂,随机事件多,设备昂贵等,有必要通过仿真建模,找到准确描述其行为特征和变化规律的表示.本文基于JAVA语言的半导体模型,建立了在该模型基础上的一种离散事件动态仿真机制以及半导体生产线的仿真软件体系.最后讨论了基于仿真软件的运行结果进行生产线的平衡,改善和优化.研究结果对于对企业的产能评估,生产线的平衡,以及效率改善,降低生产成本具有重要的指导意义.
参考文献
[1]JeenyoungKang,Amethodfortargetschedulingofsemiconductorwaferfabricationbasedonevent-basedoptimizationmodelingan
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