CN103246240B - 一种批准备连续单处理的预测控制调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，属于生产计划与调度领域。批准备连续单处理是指生产任务只有达到一定批量后才能开动机器进行加工，但是加工时，并不是所有的生产任务一次性进行加工，而是生产任务单个连续不断的上机加工，其为流水线的方式进行连续加工生产，如半导体后道封装测试生产过程中的高速电镀线设备。本发明的目的在于提供一种提前预测的调度控制方法，进行设备开机时间的提前预测，即未到达最小批量时，机器就可启动开始进行加工，同时保证开机后最小加工批量的满足。不仅满足了企业大型设备批量开机生产的要求，同时又达到了Makespan要求，加速了生产，缩短了生产周期。

Description

一种批准备连续单处理的预测控制调度方法

技术领域

本发明涉及一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，属于生产计划与调度领域，特别是针对半导体后段制造过程中电镀工序的高速电镀线设备的调度控制而发明。

背景技术

生产管理程度的高低决定着一个企业的直接运营效益，其主要包括三个阶段：生产计划、生产调度和生产控制。其中生产调度是生产管理领域内的关键环节，其承接生产计划的粗略安排，同时对生产车间的控制给定更详细的生产安排。随着制造业自动化信息程度的提高，生产调度也逐渐由曾经的人工调度而转为自动调度。自动调度一般来说都是在实际生产状态监控的基础上进行的，其相比于人工调度而言，具有更全面、更有效的信息来源，同样能够做出更为合理有效的决策方案。本发明就是在自动调度提供全面及时信息的基础上的调度方法。

根据实际企业的生产场景来进行调度方法的研究是调度方法具有实用性及其可行的关键。本发明针对半导体封装测试生产过程中的特定调度环境进行方法研究。半导体制造主要包括三个环节：芯片设计、晶圆制造（前道）、封装测试（后道）。在这三个阶段中，芯片设计领域技术壁垒高，专业针对性高，一直由美国、日本等发达国家所垄断；晶圆制造技术更新换代快、生产资本昂贵、制造过程复杂，很难切入生产；而封装测试则是这三层结构中技术要求最低，同时也是劳动力最密集的一个领域。对于中国来说，半导体封装测试是半导体企业最早向中国转移的产业，同时也是中国半导体产业的重心。目前我国封装测试产业正迎来前所未有的发展机遇。在半导体生产计划与调度的研究方面，目前国内的研究单位主要有同济大学和清华大学。同济大学的乔飞等人主要是进行半导体前道晶圆制造的调度控制研究，其理论研究颇多，已发表相关专利、书籍、期刊文献等近百篇，研究已经颇为全面深入；清华大学的肖晶等人主要对半导体后道封装测试生产的调度控制进行了研究，发表文章甚少，研究还不是很深入。虽然半导体后段制造过程相对比较简单。但是其也具有自己的生产特点，如封装类型繁多，生产过程中加工任务的流动形式发生变化，某些工序存在机器的改机，存有批准备连续单处理设备等等，这些问题的存在也使半导体后段制造调度不同于一般的调度问题。目前，专门针对半导体后段制造系统调度方面的研究甚少，国内无论是期刊文献还是发明专利都基本没有。本单位已发表解决改机问题的“一种解决改机问题的分配限定调度方法”专利，本发明着重针对半导体后段制造过程中电镀工序的批准备连续单加工设备而述一种调度方法。

在专利“一种用于动态调度批处理任务的方法和装置”中，中国银联股份有限公司提出将批处理任务序列化为由任务节点组成的流程，然后根据任务节点的信息动态进行调度。其主要针对的是计算机系统中的程序作业调度，不适用于车间作业调度。在文献“基于混沌粒子群算法的单台批加工设备调度”中，吕铁鑫等提出了一种基于混沌粒子群算法的双层调度方法来解决批加工设备的调度问题，其主要解决的是批准备批处理设备的调度问题，本发明则针对的是批准备连续单处理设备的调度问题。

批准备单连续处理是指生产任务只有达到一定批量后才能开动机器进行加工，但是加工时，并不是所有的生产任务一次性进行加工，而是生产任务单个连续不断的上机加工，其为流水线的方式进行连续加工生产，如半导体后道封装测试生产过程中的高速电镀线设备。批准备批处理与批准备单处理的最主要的不同就是批准备单处理时，每个加工任务的开始加工时间和结束加工时间是不一样的；而批准备批加工的所有属于同一批处理的加工任务的开始加工时间和结束加工时间都是一样的。

发明内容

本发明的目的是提供一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，进行设备开机时间的提前预测，即未到达最小批量时，机器就可启动开始进行加工，同时保证开机后能够满足最小加工批量的要求。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，包括以下步骤：

步骤1：将待加工任务集初始化为所有途经本道工序的加工任务的集合，并将集合中的加工任务根据前道工序结束时间的先后顺序进行排序；将可选空闲设备集初始化为本道工序的所有加工设备的集合；

步骤2：如果可选空闲设备集是不为空，且待加工任务集中的加工任务总数N大于该加工企业设定的最小加工批量在待加工任务集中选择前个加工任务置于批准备加工任务集中，从可选空闲设备集中选择一台空闲设备，将批准备加工任务集中的所有加工任务分配给该设备，根据前道工序结束时间的先后顺序将批准备加工任务集中的所有加工任务依次记为

步骤3：开始本道工序的加工，设π_x＝π₁，即x＝1；

步骤4：将前道工序的结束时间赋给本道工序的起始加工时间计算本道工序的所有加工任务的起始加工时间

步骤5：对于各个加工任务π_i，如果前道工序的结束加工时间与本道工序的起始加工时间满足

$S_{{\mathrm{\π}}_{i,}j}>=E_{{\mathrm{\π}}_i,j-1},i=1,...N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }}---\left(2\right)$

则将批准备加工任务集中的所有加工任务分配给所选择的设备，且从待加工任务集中删除从可选空闲设备集中删除已经分配的设备，返回到步骤2；否则，令x＝x+1，返回到步骤4。

如果可选空闲设备集是为空，或待加工任务集中的加工任务总数N小于最小加工批量则从待加工任务集中选择前道工序最早结束的加工任务π_early，并找出所有已分配设备在本道工序中已安排加工任务的结束时间晚于π_early在前道工序的结束时间且与最接近的设备，将π_early分配给该设备进行加工，从待加工任务中删除该加工任务π_early；

如果待加工任务集为空，则结束本道工序的分配，进入下一道工序的分配；否则转至步骤2。

所述本道工序的所有加工任务的起始加工时间通过公式（1）计算，

$\left\{\begin{array}{c}{S}_{{\mathrm{\π}}_1,j}=E_{{\mathrm{\π}}_x,j-1}\\ S_{{\mathrm{\π}}_2,j}=E_{{\mathrm{\π}}_1,j}=S_{{\mathrm{\π}}_1,j}+t_{{\mathrm{\π}}_1,j}\\ S_{{\mathrm{\π}}_3,j}=E_{{\mathrm{\π}}_2,j}=S_{{\mathrm{\π}}_2,j}+t_{{\mathrm{\π}}_2,j}=S_{{\mathrm{\π}}_1,j}+t_{{\mathrm{\π}}_1,j}+t_{{\mathrm{\π}}_2,j}\\ \·\·\·\\ S_{{\mathrm{\π}}_i,j}=E_{{\mathrm{\π}}_{i-1},j}=S_{{\mathrm{\π}}_{i-1},j}+t_{{\mathrm{\π}}_{i-1},j}=S_{{\mathrm{\π}}_1,j}+\underset{{\mathrm{\π}}_1}{\overset{{\mathrm{\π}}_{i-1}}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{{\mathrm{\π}}_i,j}\\ \·\·\·\\ S_{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }}},j}=E_{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }}-1},j}=S_{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }-1},}j}+t_{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }-1},}j}=S_{{\mathrm{\π}}_1,j}+\underset{{\mathrm{\π}}_1}{\overset{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }-1}}}{\mathrm{\Σ}}}{t}_{{\mathrm{\π}}_{N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }},}j}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，为加工任务π_i在第j道工序的结束时间，为加工任务π_i的在第j道工序的起始加工时间。

在满足公式（2）的情况下，连续任务分配到同一设备M_j上，呈连续流水线式加工，满足后续加工作业的开始加工时间等于当前加工作业的结束加工时间，即连续单处理的加工模式。

$S_{{\mathrm{\π}}_{i+1},M_j}=E_{{\mathrm{\π}}_i,M_j}---\left(4\right)$

本发明具有以下优点：

1.进行设备开机时间的提前预测，即未到达最小批量时，机器就可启动开始进行加工，同时保证开机后能够满足最小加工批量的要求。

2．不仅满足了企业大型设备批量开机生产的要求，同时又达到了极小化最大完工时间（Makespan）要求，加速了生产，缩短了生产周期。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为不进行提前预测的调度实例图；

图3为使用本发明所述预测控制调度方法的调度实例图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明针对批准备连续单处理的预测控制调度方法的整体流程图如附图1所示。以半导体后段制造过程中电镀工序为例进行实例说明，图2、图3不同调度方法的结果图。其中，图2为不进行提前预测，企业常用的满足一定批量后开始加工的人工调度实例图；图3为本发明提出的预测控制调度实例图。对比这两个图可知，使用本发明的预测控制调度算法后，满足了Makespan要求，极小化了最大完工时间，缩短了生产周期。

以下结合技术方案实施例和附图对本发明的实施过程进行解释。

表1是描述了半导体后段制造过程中的电镀工序的前道工序的结束加工时间以及电镀工序的加工时间、机器最小批量等数据。

表1

根据表1中的数据信息，对整个调度方法的实施过程进行描述。在此设电镀工序的设备总数为2，分别为高速电镀线1、高速电镀线2，设定分配时刻，处于停机状态，前道工序与本道工序之间的中间运输时间不进行考虑。

算法执行过程进行如下：

1）初始化待加工任务集为所有历经本道工序的加工作业，总数N＝14；初始化所有本道工序的设备到可选空闲设备集中，总数为2。初始化电镀设备的最小加工批量 $N_{{\mathrm{\ζ}}_{\min }}=4.$

2)比较待加工任务集的作业总数N和电镀设备的最小加工批量总数得到

3)在待加工任务集中选择前道工序最早结束的前4个加工作业(A、B、C、D)放入批准备加工任务集中，并且对其进行排序，排序后次序为：(B、C、A、D)。选择高速电镀线1，将加工作业(B、C、A、D)分配给它。

4)假设在前道工序完成B后，高速电镀线1进行开机启动加工，则利用公式(9)计算加工作业(B、C、A、D)在本道工序的开始加工时间，计算如下：

S_B，j＝E_B，j-1＝0:15；

S_c，j＝E_B，j＝S_B，j+t_B，j＝0:15+10＝0:25；

S_A，j＝E_c，j＝S_c，j+t_C，j＝0:25+10＝0:35；

S_D，j＝E_A，j＝S_A，j+t_A，j＝0:35+15＝0:50；

5)比较加工作业(B、C、A、D)的前道工序的结束加工时间和本道工序的开始加工时间，比较如下：

S_B，j＝E_B，j-1；

S_C，j＞E_C，j-1；

S_A，j＞E_A，j-1；

S_D，j＞E_D，j-1；

6)满足公式(2)，则设定高速电镀线1于0:15开机启动加工。加工作业(B、C、A、D)的开始加工时间以此为：(0:15，0:25，0:35，0:50)，完工时间分别为：(0:25，0:35，0:50，1:10)

7)从待加工作业集中删除已分配的加工作业(B、C、A、D)，从可选空闲设备集中删除高速电镀线1。

8)比较待加工任务集的作业总数N＝14-4＝10和电镀设备的最小加工批量总数得到

9）在待加工任务集中选择前道工序最早结束的前4个加工作业（E、F、G、J）放入批准备加工任务集中，并且对其进行排序，排序后次序为：（E、G、F、J）。从可选空闲设备集中选择高速电镀线2，将加工作业（E、G、F、J）分配给它。

10）假设在前道工序完成E后，高速电镀线2进行开机启动加工，则利用公式（1）计算加工作业（E、G、F、J）在本道工序的开始加工时间，计算如下：

S_E,j＝E_E,j-1＝0:40；

S_G,j＝E_E,j＝S_E,j+t_E,j＝0:40+20＝1:00；

S_F,j＝E_G,j＝S_G,j+t_G,j＝1:00+25＝1:25；

S_J,j＝E_F,j＝S_F,j+t_F,j＝1:25+15＝1:40；

11）比较加工作业（E、G、F、J）的前道工序的结束加工时间和本道工序的开始加工时间，比较如下：

S_E,j＝E_E,j-1；

S_G,j＞E_G，j-1；

S_F，j＞E_F,j-1；

S_J,j＞E_J,j-1；

12）满足公式（2），则设定高速电镀线2于0:40开机启动加工。加工作业（E、G、F、J）的开始加工时间以此为：（0:40，1:00，1:25，1:40），完工时间分别为：（1:00，1:25，1:40，2:10）。

13）从待加工作业集中删除已分配的加工作业（E、G、F、J），从可选空闲设备集中删除高速电镀线2。

14）判断得出可选空闲设备集为空。

15）从待加工任务集中选择前道工序最早结束的待加工作业N，其前道工序结束加工时间为1:10，本道工序最早完成已分配任务的设备为高速电镀线1，最早完成时间为1:10，将待加工作业N分配给高速电镀线1，开始加工时间为1:10，结束加工时间为：1:10+15=1:25。从待加工任务集中删除加工作业N。

16）从待加工任务集中选择前道工序最早结束的待加工作业H，其前道工序结束加工时间为：1:20，本道工序最早完成已分配任务的设备为高速电镀线1，最早完成时间为1:25，将待加工作业H分配给高速电镀线1，开始加工时间为：1:25，结束加工时间为：1:25+20=1:45。从待加工任务集中删除加工作业H。

17）依次，将待加工作业K分配给高速电镀线1，开始加工时间为：1:45，结束加工时间为：1:45+25=2:10。

18）将待加工作业M分配给高速电镀线1，开始加工时间为：2:10，结束加工时间为：2:10+20=2:30。

19）将待加工作业I分配给高速电镀线2，开始加工时间为：2:10，结束加工时间为：2:10+15=2:25。

19）将待加工作业L分配给高速电镀线2，开始加工时间为：2:25，结束加工时间为：2:25+30=2:55。

20)分配结束。

根据公式（1）（2）可知，使用本方法的Makespan调度目标为2:55。

整个分配结果图如附图3所示。

Claims (3)

1.一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待加工任务集初始化为所有途经本道工序的加工任务的集合，并将集合中的加工任务根据前道工序结束时间的先后顺序进行排序；将可选空闲设备集初始化为本道工序的所有加工设备的集合；

步骤2：如果可选空闲设备集是不为空，且待加工任务集中的加工任务总数N大于该加工企业设定的最小加工批量在待加工任务集中选择前个加工任务置于批准备加工任务集中，从可选空闲设备集中选择一台空闲设备，将批准备加工任务集中的所有加工任务分配给该设备，根据前道工序结束时间的先后顺序将批准备加工任务集中的所有加工任务依次记为

步骤3：开始本道工序的加工，设π_x＝π₁，即x＝1；

步骤4：将前道工序的结束时间赋给本道工序的起始加工时间计算本道工序的所有加工任务的起始加工时间

步骤5：对于各个加工任务π_i，如果前道工序的结束加工时间与本道工序的起始加工时间满足

则将批准备加工任务集中的所有加工任务分配给所选择的设备，且从待加工任务集中删除从可选空闲设备集中删除已经分配的设备，返回到步骤2；否则，令x＝x+1，返回到步骤4；

步骤6：如果可选空闲设备集是为空，或者可选空闲设备集是不为空且待加工任务集中的加工任务总数N不大于最小加工批量则从待加工任务集中选择前道工序最早结束的加工任务π_early，并找出所有已分配设备在本道工序中已安排加工任务的结束时间晚于π_early在前道工序的结束时间且与最接近的设备，将π_early分配给该设备进行加工，从待加工任务中删除该加工任务π_early；

如果待加工任务集为空，则结束本道工序的分配，进入下一道工序的分配；否则转至步骤2。

2.根据权利要求1所述的一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，其特征在于，所述本道工序的所有加工任务的起始加工时间通过公式(1)计算，

式中，为加工任务π_i在第j道工序的结束时间，为加工任务π_i的在第j道工序的起始加工时间，为电镀工序加工时长。

3.根据权利要求1所述的一种批准备连续单处理的预测控制调度方法，其特征在于，在满足公式(2)的情况下，连续任务分配到同一设备M_j上，呈连续流水线式加工，满足后续加工作业的开始加工时间等于当前加工作业的结束加工时间，即连续单处理的加工模式：

$S_{{\mathrm{\π}}_{i+1},M_j}=E_{{\mathrm{\π}}_i,M_j}---\left(4\right).$