DE112019002939B4

DE112019002939B4 - Hochvolumiges autonomes materialtransportsystem zur verbesserung des durchsatzes und der zykluszeit in der ic-fabrik

Info

Publication number: DE112019002939B4
Application number: DE112019002939.8T
Authority: DE
Inventors: George W. Horn
Original assignee: MIDDLESEX INDUSTRIES SA; Middlesex Ind SA
Current assignee: MIDDLESEX INDUSTRIES SA; Middlesex Ind SA
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: US10948905B2; DE112019002939T5; KR20210020081A; CN112313788A; US20190377331A1; WO2019241175A1; TW202014363A

Abstract

Ein asynchrones Logistiksystem zum Bewegen und Bearbeiten von Ware in Arbeit (engl.: work in process, Abk.: WIP) innerhalb einer Fertigungsumgebung, die mehrere Werkzeugstationen umfasst, von denen jede mindestens ein Fertigungswerkzeug zur Bearbeitung der WIP umfasst, wobei das System umfasst:ein inter-prozessuales-Transportsystem zum selektiven Bewegen des WIP zwischen Fertigungswerkzeugen, wobei das Transportsystem aufeinanderfolgende Fördersegmente umfasst, wobei jedes Fördersegment eine jeweilige Antriebseinheit zum selektiven Bewegen des WIP auf dem Fördersegment und eine jeweilige Steuerung aufweist, die zum autonomen und selektiven Bewegen des WIP zumindest auf der Grundlage eines Eingangssignals von einem nächstfolgenden Fördersegment, welches das Vorhandensein oder Fehlen von WIP darauf anzeigt, eingerichtet ist;mehrere Werkzeugschnittstellen, die jeweils an ein entsprechendes Fördersegment des Transportsystems angrenzen und eine entsprechende Steuerung zum autonomen und selektiven Bewegen von WIP zwischen dem angrenzenden Fördersegment und einem jeweiligen Fertigungswerkzeug aufweisen; undein örtlich begrenztes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Steuerungszonen aufweist, wobei jede Steuerungszone mehrere sequentielle Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen und einen jeweiligen Steuerungszonenprozessor in kommunizierender Verbindung mit jedem der jeweiligen Fördersegment- und Werkzeugschnittstellensteuerungen aufweist, wobei der Steuerungszonenprozessor für jeden WIP innerhalb der jeweiligen Steuerungszone eine eindeutige Kennung des WIP und Daten aufweist, die für die erforderliche Bewegung und Bearbeitung des WIP charakteristisch sind, wobei der Steuerungszonenprozessor zur selektiven Steuerung des Betriebs von einem der jeweiligen Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen dient, wodurch die autonome Bewegung und Bearbeitung des WIP innerhalb der Steuerungszone beeinflusst wird; undein umgebungsweites, regionalisiertes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Regionen aufweist, wobei jede Region mehrere Steuerungszonen und ein entsprechendes Abfertigungssteuergerät in kommunizierender Verbindung mit jedem entsprechenden Steuerungszonenprozessor und mit allen anderen Regionsabfertigungssteuergeräten des regionalisierten Bewegungskoordinationssystems aufweist, um eine umgebungsweite Koordination der WIP-Bewegung und Bearbeitung zu ermöglichen.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Pat. Appl. Nr. 62/683,185 , eingereicht am 11. Juni 2018.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung bezieht sich hier allgemein auf den Bereich der Fördernetzwerksysteme für Produktionsumgebungen und im Besonderen auf ein fördereinrichtungsbasiertes Transportsystem mit mehreren verlagerten inter-stationären Umlaufwegen, Werkstückpuffern, Transportwegen zwischen den Bahnen und Werkzeugschnittstellen, wobei sich die Fördereinrichtung aus einzeln steuerbaren autonomen Segmenten zusammensetzt, die einen kollisions- und reibungsfreien Transport der Ladungsträger ermöglichen. DE 11 2008 001 754 T5 , US 2005 /0 133 340 A1 , WO 00/71 445 A1 und WO 01/04 741 A1 offenbaren Gegenstände, die in den Bereich von Transport- und auch Lagerungssystemen eingeordnet werden können..
HINTERGRUND
Heutzutage werden Fabriken für integrierte Schaltkreise (engl.: integrated circuit; Abk. IC) mit Materialhandhabungssystemen gebaut, die die Bewegung der Substrate zwischen den Prozessen automatisieren. Diese gegenwärtigen Materialhandhabungssysteme ahmen den früher vorherrschenden manuellen Transport und die Handhabung von Substratträgern zwischen den Prozessen nach. Solche Systeme basieren auf diskreten Methoden, Chargen eine nach der anderen von Werkzeug zu Werkzeug mittels automatisierten, diskreten Roboterfahrzeugen zu bewegen, die Over- Head-Transporte (OHTs) genannt werden, benannt nach den einzelnen Roboterfahrzeugen, die auf Hängebahnen laufen und die einzelnen Chargen von Prozesswerkzeug zu Prozesswerkzeug transportieren. Der Nachteil solcher diskreten Transportsysteme liegt in ihrer begrenzten Kapazität, da die Fahrzeuge die gemeinsam genutzten Schienensysteme überlasten. Darüber hinaus sind solche Systeme auch dadurch nachteilig, da sie nicht in der Lage sind, ausreichend auf Schwankungen im Fertigungsprozess zu reagieren, wie z.B. auf einen plötzlichen Anstieg der Nachfrage nach der Bewegung von WIP-Trägern (Work in Process), und erfordern daher den Einsatz von Zwischenlagern für den Überlauf. Am wichtigsten ist jedoch, dass sie Wartezeiten für die
Bewegung von Ware in Arbeit durch ein Roboterfahrzeug einführen, bevor die Transportleistung für den nächsten Prozess erbracht wird. Diese Wartezeit ist variabel, wie in einem Taxisystem mit einer begrenzten Anzahl von Fahrzeugen. Diese Abweichungen führen selbst und durch Multiplikation mit anderen Prozessvariablen zu Unsicherheiten in der Fertigung. Diese Variablen behindern die Fabrikkapazität und erhöhen die Zykluszeit.
ZUSAMMENFASSUNG
Die nun vorgestellten Systeme und Methode führen asynchrone Fördernetzwerke in die IC-Fertigung ein. Diese Fördernetzwerke dienen als interprozessuale Transporte, wodurch die Transportkapazitätsbeschränkungen fahrzeugbasierter Systeme beseitigt werden. Nachfrageschwankungen können gepuffert werden, ohne dass externe Lager wie z.B. Lagerhäuser verwendet werden müssen. Die Variabilität der Wartezeiten für den Transportdienst wird ebenfalls eliminiert. Die Gesamtzykluszeiten in der Fabrik werden somit reduziert, während gleichzeitig die Produktionskapazität erhöht wird.
Während Fördereinrichtungen in IC-Fabriken bereits früher eingesetzt wurden, wurde ein integriertes autonomes Fördernetzwerksystem mit direkter automatisierter Werkzeugschnittstelle bisher nicht verwendet oder als vorteilhafte Lösung für ein eigenständiges Fabrik-Logistiksystem für den Transport von Ladungsträgern direkt von und zu den zugehörigen Prozessen verstanden.
Das einzig akzeptierte Konzept für moderne Work in Process (WIP)-Logistiksysteme mit hoher Kapazität ist heute und in den letzten zwanzig Jahren der diskrete Fahrroboter, das fahrzeugbasierte Automatisierte Materialflusssystem (engl.: Automated Material Handling System; Abk. AMHS), das ausschließlich auf dem Prinzip der Automatisierung einzelner Bewegungen eines Wafer-Trägers zwischen Prozesswerkzeugen beruht. Im Gegensatz zu solchen fahrzeugbasierten Systemen wird die Fördernetzwerklogistik mit Hilfe von Vorhersagen der Warteschlangen-Netzwerktheorie entworfen, mit dem Ziel, die Fertigungsvariabilität zu minimieren. Für Fachleute, die sich in der Technik des Einsatzes von AMHS in der IC-Fertigung auskennen, ist es nicht offensichtlich, wie ein Fördernetzwerk in der Lage wäre, einzelne Substratträger von unterschiedlichen Quellen zu unterschiedlichen Zielorten zu befördern, wie es ein herkömmliches Taxisystem tut. Dies ist in erster Linie auf die irrtümliche Vorstellung zurückzuführen, dass Fördersysteme als lineare Eisenbahnnetze fungieren, die Fahrpläne benötigen. Im Gegenteil, Fördernetzwerke sind nicht linear in dem Sinne, dass sie geradlinigen, sich kreuzenden Wegen folgen, ähnlich wie Stadtstraßen. Solche Wege werden dann mit Fördereinrichtungen kombiniert, die in der Lage sind, eine große Anzahl von Trägern autonom und asynchron ohne Kollision zu bewegen.
Das autonome Fördernetzwerk AMHS kombiniert reine, reibungslose Förderprinzipien mit einem einzigartigen Netzwerk-Layout, um die logistischen Anforderungen von IC-Fertigungsumgebungen zu erfüllen. Mechanische Fördereinrichtung-zu-Werkzeug-Schnittstellen, auch als Equipment Delivery Interfaces (EDi) bezeichnet, überbrücken das Fördernetzwerk zu den einzelnen Werkzeugen. Ein Betriebssoftware-Modul integriert die Funktionalität des Fördernetzwerks und der EDi's. Das Ergebnis ist ein voll funktionsfähiges interprozessuales Fabrik-Logistiksystem.
Figurenliste
Veranschaulichenden Ausführungsformen der offenbarten Technologie werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren detailliert beschrieben, die durch Bezugnahme hierin einbezogen sind. Es zeigen:

1 ist ein Diagramm, das Fabrikbetriebskurven für ein Transportsystem nach dem Stand der Technik und ein System gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 ist eine schematische Darstellung einer Kette von inneren Transportschleifen mit einer äußeren Schleife, wie sie in einer Werkzeugstation gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet wird;
3 ist eine schematische Darstellung mehrerer Werkzeugstation-Transportschleifen aus 2, eingerahmt von einem äußeren Schleifenweg;
4A ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Werkzeugstation-Transportschleifenkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4B ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Werkzeugstation-Transportschleifenkonfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5A ist eine schematische Darstellung eines Teils der ersten Ausführungsform der Werkzeugstation-Transportschleife von 4A, die eine Schnittstelle zu einer Ausrüstungslieferungsschnittstelle (engl.: equipment delivery interface; Abk. EDi) bildet, die mit den entsprechenden Prozesswerkzeugen verbunden ist;
5B ist eine schematische Darstellung eines Teils der zweiten Ausführungsform der Werkzeugstation-Transportschleife von 4B mit einer Schnittstelle zu einer EDi, die mit den entsprechenden Prozesswerkzeugen verbunden ist;
6 ist eine schematische Darstellung der modularen Fördernetzwerkelemente gemäß der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine schematische Darstellung der verteilten Steuerungspfade für ein Fabriktransportsystem und -verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine schematische Darstellung einer EDi-Ausführung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung; und
9 ist eine schematische Darstellung der Komponenten der EDi-Ausführung von 8.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Herstellung eines ICs kann aus über tausend Arbeitsgängen bestehen, die sequenziell auf einem einzigen Substratwafer durchgeführt werden. Die Prozesssequenz führt den Substratwafer rekursiv durch Werkzeuge mit einer Anzahl von Hunderten bis Tausend oder mehr, wobei die Werkzeuge in der Sequenz wiederholt verwendet werden. Während der Herstellung kann die akkumulierte Bearbeitungszeit in den Werkzeugen im Allgemeinen zwölf bis dreißig Tage betragen, während die Zeit für den Weg des Substratwafers vom Beginn bis zum Ende der Herstellung, auch als Zykluszeit bezeichnet, dreimal länger dauern kann. Im Allgemeinen verfügt die logistische Infrastruktur, das so genannte Automated Material Handling System (AMHS), über zwei Drittel der gesamten Zykluszeit und wird damit zu einem kritischen Element der Fertigungsausführung. Diese über die eigentliche Herstellungszeit hinausgehende Zusatz- oder Zuschlagzeit wird durch Schwankungen im Herstellungsprozess verursacht, die durch den Transport eingeführt werden, sowie durch inhärente Schwankungen. Die Variabilität im gesamten Herstellungsprozess ist ein Widerstand gegen den Durchlauf der Ware in Arbeit durch die Fabrik. Daher ist das Fabrikmanagement zu Recht damit beschäftigt, solche Variabilitäten zu reduzieren und so die Zykluszeit zu minimieren.
Die Betriebsleistung einer Fabrik wird durch ihre Betriebscharakteristik oder „OC“ (engl.: operating characteristic) charakterisiert. Diese setzt die normierte Zykluszeit mit dem Durchsatz der Fabrik funktionell in Beziehung durch die Gleichung $C T = α (\frac{U}{1} - U) + 1$
wobei CT = Zykluszeit und α den Variabilitätskoeffizienten darstellt. Siehe 1, wobei die obere Kennlinie die Betriebscharakteristik eines fahrzeugbasierten AMHS nach dem Stand der Technik darstellt. Variabilitäten können beim Transport von Produkten durch die Fabrik, bei den Prozesswerkzeugen und in der logistischen Infrastruktur vorhanden sein. In der vorliegenden Offenbarung ist das Anliegen der offenbarten Logistik die Reduzierung oder Umgehung von Variabilitäten, die den fahrzeugbasierten AMHS-Systemen nach dem Stand der Technik innewohnen, und damit die Verbesserung der Zykluszeit und des Durchsatzes in der Fabrik. Dies wird durch ein mehrkomponentiges, integriertes Fördernetzwerksystem erreicht, das durch die untere Kennlinie der Betriebscharakteristik in 1 dargestellt ist.
Das Ziel bei der Gestaltung eines Transportweges innerhalb einer Fertigungsumgebung besteht darin, WIP-Trägern zu ermöglichen, von jedem beliebigen Werkzeug zu jedem anderen Werkzeug in der Fabrikumgebung auf die zeitlich kürzeste Weise zu wechseln. Dies kann am effizientesten erreicht werden, indem man Schleifen von Wegen innerhalb jeder Werkzeuginsel oder -station erzeugt, da die Werkzeuge aus Gründen der Funktionalität üblicherweise in Inseln oder Zellen angeordnet sind. Es wird auf 2 verwiesen. Jede Schleife 20a-20e, die einer entsprechenden Station zugeordnet ist und auch als intra-stationäre Förderschleife bezeichnet wird, hat einen identischen, singulären Richtungsweg; wie dargestellt, bewegen sich WIP-Träger auf jeder Schleife innerhalb einer Zelle z.B. nur im Uhrzeigersinn. Die Schleifenwege 20 werden dann zu einer Ansammlung von Einzelschleifen verkettet, wobei die einzelnen Schleifen einander benachbart sind. Die benachbarten Schleifen haben keine gemeinsamen Fördersegmente, obwohl sie einander benachbart sind. Somit sind die benachbarten intra-stationären Förderschleifen benachbart, ohne jedoch miteinander zusammenzufallen.
Damit die WIP-Träger von Schleife zu Schleife weiterbewegt werden können, wird eine umlaufende größere Rahmenschleife 22, die auch als interstationäre Förderschleife bezeichnet wird, um die kleinere Schleifenkette gelegt und umschließt diese als Rahmen. Die äußere Rahmenschleife teilt sich somit die Wege in Intervallen mit jeder der kleineren Schleifen. Die äußerste linke Schleife 20a teilt sich einen Großteil ihres Weges mit der größeren Rahmenschleife 22, während die zweitäußerste linke Schleife 20b den oberen und unteren Teil ihres Weges mit der größeren Rahmenschleife 22 teilt. Diese größere Rahmenschleife 22 nimmt die gleiche Laufrichtung wie die eingeschlossenen kleineren Schleifen an, und zwar im Uhrzeigersinn im dargestellten Beispiel von 2. Wenn sich die Schleife der inter-stationären Fördereinrichtung Fördersegmente mit einer der Schleifen der intra-stationären Fördereinrichtung teilt, fällt die Schleife der inter-stationären Fördereinrichtung mit der Schleife der intra-stationären Fördereinrichtung zusammen. Wenn die Schleifen der intra-stationären Fördereinrichtung 20 aneinandergrenzen, sind die Bewegungsrichtungen in den nächstgelegenen Schleifenabschnitten entgegengesetzt, wie durch vertikale Pfeile in den äußersten linken Schleifen 20a, 20b dargestellt.
An diesen benachbarten Positionen ist mindestens ein Abzweig oder ein kurzer, überbrückender Förderweg 21 von Schleife zu Schleife vorgesehen, um die Umkehrung der Laufrichtung eines WIP entlang der Wege zu ermöglichen. Der Abzweig kann unidirektionale oder bidirektionale Fördersegmente an der Schnittstelle zwischen jeder Schleife und dem Abzweig aufweisen. Diese unidirektionalen oder bidirektionalen Fördersegmente können sowohl mit der jeweiligen intra-stationären Förderschleife als auch mit dem Abzweig als koinzident bezeichnet werden und ermöglichen es selektiv, einen WIP entlang der jeweiligen Förderschleife vorwärts zu befördern oder orthogonal zum jeweiligen Schleifenweg auf den Abzweig zu bewegen. Der Abzweig kann ein oder mehrere linear fördernde Fördersegmente zwischen den bidirektionalen Fördersegmenten aufweisen. Solche Segmente werden im Folgenden näher erläutert. In einer weiteren Ausführungsform kann der Abzweig nur aus zwei bidirektionalen Fördersegmenten bestehen.
In 3 werden die in Bezug auf 2 offenbarte Schleifenanordnung und Transportverfahren verwendet, um Transportwege in einer Fabrik, wie z.B. einer IC-Fertigungsfabrik, zu schaffen. Die Transportwege stellen Förderlinien dar, die ein Netzwerk bilden, auf dem Work in Process (WIP)-Träger fahren und die meisten Werkzeuge in einer IC-Fabrik miteinander verbinden. Die Blöcke 20a, 20b kennzeichnen Stationen oder Zellen mit Werkzeugen, möglicherweise etwa zehn bis dreißig. Der Raum zwischen den Werkzeugstationen wird als intra-stationärer Raum 24 bezeichnet. Die Werkzeuge in der Werkzeugstation zeigen in diese intra-stationären Räume. Die Vorderseite jedes Werkzeugs ist mit einem Werkzeuganschluss zur Aufnahme von WIP-Trägern in das Werkzeug ausgestattet. Das Netzwerk der Förderwege zeigt die Richtung des WIP-Flusses an.
Die beiden unteren linksäußersten Werkzeugstationen 20a, 20b im Fördernetzwerk von 3 sind zur Verdeutlichung in 4A vergrößert dargestellt. Diese Abbildung zeigt zwei Stationen oder Zellen der Werkzeuge 20a, 20b und zwischen diesen beiden den intra-stationären Raum 24, in dem die WIP-Träger zu den Prozesswerkzeugen gebracht werden. Um die Verwendung eines solchen Fördernetzwerks für WIP-Trägerbewegungen zu verstehen, wird ein einzelner WIP-Träger im Netzwerk verfolgt. Ein Beispiel: Der WIP-Träger kann sich auf der inter-stationären Förderlinie 36 des Fördernetzwerks bewegen, wobei er an Punkt A in die Abbildung eintritt. Wenn er sich der linken Station 20a nähert, tritt er in die Station ein und fährt auf der äußersten linken intra-stationären Förderlinie 30 nach Süden. Wenn es sich bei diesem WIP um ein WIP mit hoher Priorität handelt und die Notwendigkeit besteht, alle anderen Träger auf dieser intra-stationären Förderlinie zu umgehen und in eines der Werkzeuge auf der linken Seite der Station einzufahren, wird es auf den linken E/A- Prioritätsausgangsanschluss 32 bewegt. Der „Ausgang“ bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die jeweilige intra-stationären Förderlinie 30. Hier wird er von der EDi 40 abgeholt (wird weiter unten im Detail erläutert) und an den Werkzeuganschluss des gewünschten Werkzeugs geliefert (nicht abgebildet). Wenn es sich um einen nicht priorisierten Ladungsträger handelt, wird er südwärts zum Abzweig CL weitergeführt, wo die Entscheidung getroffen werden kann, ob der Ladungsträger auf der rechten Seite der Station an die parallele, nach Norden verlaufende intra-stationäre-Fördereinrichtung 30 übergeben wird, die mit der zweiten Station 20b verbunden ist, oder ob er südwärts weitergeführt wird und sich am normalen E/A-Anschluss 34 der Fördereinrichtung am unteren Ende der jeweiligen Station 20a anstellt. Dort wird die EDi 40 den Ladungsträger an die Werkzeuge liefern. Träger, die ihren Ursprung an einem Werkzeug auf der linken Seite der Station 20a haben, würden von der EDi 40 zu der nach Süden gerichteten Fördereinrichtung 30 am Eingang 38 zu dieser Fördereinrichtung am Boden der Station bewegt werden. Von dort aus würde die Fördereinrichtung 30 den WIP-Träger zur inter-stationären Linie 36 am unteren Ende der Station bewegen und nach Westen zum Punkt BB weiterfahren.
Ladungsträger, die von Station 20b aus auf der rechten Seite einfahren, würden auf der rechten intra-stationären Fördereinrichtung 30 in ähnlicher Weise nach Norden fortschreiten. Ladungsträger, die von Werkzeugen ausgehen und an dem mit dem oberen Pfeil gekennzeichneten Anschluss in den Förderbereich einfahren, würden die Station 20b auf der nördlichen inter-stationären-Linie 36 verlassen und östlich zu Punkt B weiterfahren. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass es sich hierbei lediglich um Beispiele für die Flexibilität bei der Bewegung von WIP-Ladungsträgern handelt, die durch ein modularisiertes Fördernetzwerk, wie es hier beschrieben wird, ermöglicht wird. Wie in 3 zu sehen ist, können sich intra-stationäre Fördereinrichtungen, die die Seiten von intra-stationären Förderschleifen bilden, über inter-stationäre Förderschleifen erstrecken und so einen Abzweig zwischen den inter-stationären Fördereinrichtungen bilden und benachbarte intra-stationären Förderschleifen vertikal verbinden.
Der Fachmann kann sich vorstellen, dass diese Ladungsträgerlogik in der Station eine prioritäre Ladungsträgerzustellung als normale direkte Ziellieferung in eine FIFO-Warteschlange der EDi und eine Neuzuweisung der Ladungsträgerpriorität vor dem Eintritt in die Warteschlange der EDi ermöglicht. Im Hinblick auf letzteres könnte ein Ladungsträger z.B. wieder in Umlauf gebracht werden, indem seine Priorität herabgesetzt wird und andere Ladungsträger vor ihm vorrücken können, z.B. indem er von der südlich gelegenen intra-stationären Fördereinrichtung 30 über den Abzweig CL auf die nördlich gelegene intra-stationäre Fördereinrichtung 30 bewegt wird, ihn nach Norden bewegt und dann über den Abzweig CR zurück auf die südlich gelegene intra-stationäre Fördereinrichtung 30 bewegt wird, wodurch er sich hinter Ladungsträgern einreiht, vor denen er sich zuvor befunden hat.
Die beschriebene Anordnung für Trägerbewegungen sind Beispiele, und verschiedene Anwendungen können andere Förderlinienanordnungen und Einzelbewegungen erfordern. Zum Beispiel kann es mehrere Fördereranschlüsse und EDi's innerhalb einer einzelnen Station geben, oder mehrere Abzweigungen zwischen intra-stationären Fördereinrichtungen 30. Alternativ kann es auch gar keine Abzweigungen geben.
In Bezug auf 4B sind z.B. mehrere E/A-Anschlüsse dargestellt, die mit einer intra-stationären Fördereinrichtung 30 verbunden sind. In diesem dargestellten und nicht einschränkenden Beispiel ist jedes Werkzeug in jeder Station mit zwei Ausgängen und einem Eingang versehen. Auch hier beziehen sich „Ausgang“ und „Eingang“ in diesem Zusammenhang auf die intra-stationären Fördereinrichtung 30. In dem Ausführungsbeispiel in 4B ist ebenfalls eine einzelne EDi 40 pro Werkzeug dargestellt.
Eine Detailansicht einer einzelnen Station 20b aus 4A ist in 5A dargestellt. Dargestellt sind inter-stationären Fördereinrichtungen 36, die entlang der Peripherie der Station laufen, eine intra-stationäre Fördereinrichtung 30, ein Prioritätsausgangsanschluss 32 (der auch als Eingangsanschluss dienen kann), normale Ausgangs- und Eingangsanschlüsse 34, 38, eine oder mehrere EDi's 40 und mehrere Prozesswerkzeuge 26a-26d. Die EDi's 40 in dieser Abbildung sind so dargestellt, dass sie einen Fördererteil umfassen, der als Puffer für den Roboter-Trägermanipulator dient, der im Folgenden näher beschrieben wird.
Eine detaillierte Ansicht einer einzelnen Station 20b aus 4B ist in 5B dargestellt. Dargestellt sind inter-stationäre Fördereinrichtungen 36, die entlang der Peripherie der Station laufen, eine intra-stationäre Fördereinrichtung 30, Ausgangs- und Eingangsanschlüsse 34, 38, eine oder mehrere EDi's 40 und mehrere Prozesswerkzeuge 26a-26e.
In einem operativen Ausführungsbeispiel hat die EDi die folgenden priorisierten Funktionen. Zunächst holt sie einen WIP, der die Bearbeitung an einem Werkzeug abgeschlossen hat, vom jeweiligen Werkzeuganschluss ab und legt ihn im zugehörigen Puffer ab. Wenn kein WIP bereit ist, aus einem Werkzeuganschluss entfernt zu werden, lädt die EDi WIP aus dem zugehörigen Puffer in einen Werkzeuganschluss. Wenn im zugehörigen Puffer kein Platz für einen WIP vorhanden ist, der von einem Werkzeuganschluss entfernt wurde, gibt die EDi das WIP direkt an das Fördernetzwerk frei.
Die Priorisierung der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse in einer ersten Ausführungsform umfasst das Entladen eines WIP an einen Eingangsanschluss 38, bevor ein nächster WIP von der intra-stationären Fördereinrichtung 30 an einen Ausgangsanschluss 34 freigegeben wird. Dadurch wird die Pufferkapazität maximiert. Die Werkzeugpuffer werden voll gehalten, wenn WIP verfügbar ist. Ist jedoch ein WIP fertig gestellt und an einem Werkzeuganschluss verfügbar, hat das Verschieben eines WIP zur nächsten Prozessstation und dem entsprechenden Puffer die höchste Priorität, um Verarbeitungsverzögerungen zu minimieren.
Die Fördertransportwege weisen einzelne, sequentiell ausgerichtete Fördersegmente 50 auf, die gemeinsam als Infrastrukturnetz fungieren. In 6 sind zwei Längen von Fördersegmenten dargestellt. Ein kürzestes Längensegment 50a ist die kleinste Fördererlänge, die durch die Abmessungen des WIP-Trägers definiert ist. Diese Segmentlänge muss länger als die maximale WIP-Trägerlänge sein. Ein längeres Fördersegment 50b ist ein ganzzahliges Vielfaches der Länge des kleinsten Fördersegments 50a. Während Segmente mit zwei Längen dargestellt sind, können viel mehr Segmente mit unterschiedlichen ganzzahligen Vielfachen vorgesehen werden. Die Segmente sind geometrisch so konstruiert, dass sie den Abmessungen des WIP-Trägers entsprechen, wobei die Modularität eine flexible Konstruktion der Transportwege ermöglicht, indem verschiedene Modullängen zusammengefasst werden, die durch eine Längeneigenschaft des ungefähren WIP-Trägers teilbar sind. Die Modullängen können z.B. 0,5 m; 1 m; 1,5 m; 2 m usw. für 300 mm Standard-Waferträger betragen. Einige Fördersegmente können die Träger einfach linear bewegen. Andere Fördersegmente, wie z.B. solche, die an Ecken eines Förderweges oder an Kreuzungen zwischen mehreren Förderwegen angeordnet sind, ermöglichen eine multidirektionale Translation der Träger, einschließlich der Option, die Träger bei Bedarf zu drehen.
Diese segmentierte Modularität erfüllt funktionell die Anforderungen an einen natürlichen und einfachen Netzwerkaufbau und ermöglicht es einem integrierten Steuerungssystem, Träger in asynchroner, kollisionsfreier Weise zu bewegen. Dementsprechend wird ein Fördererabschnitt oder -modul, wie in 6 dargestellt, in eine oder mehrere ganzzahlige Einheiten von Fördererlängen segmentiert. Jedes Fördersegment 50a, 50b ist mit entsprechenden, unabhängigen Sensor- und Antriebselementen versehen. Die Erfassung kann die Anwesenheit, Beschleunigung oder Verzögerung, Geschwindigkeit und Richtung des Trägers umfassen. So kann jedes Modul über Sensoren verfügen, die das Vorhandensein oder die Bewegung von Trägern durch optische Erfassung, induktive Erfassung, Gewichtserfassung, Drehrate der rotierenden Elemente, auf denen sich ein Träger innerhalb eines Moduls bewegt, usw. erfassen.
Sequentielle Fördersegmente 50 sind in der Lage, den Status zwischen einander zu kommunizieren. Da die Träger entlang des Förderweges bewegt werden, kann jeder unabhängig von jedem anderen bewegt werden, solange ein nachgeschaltetes Fördersegment nicht von einem anderen Träger belegt ist. Kollisionen von Trägern werden so vermieden. Dies ermöglicht eine asynchrone Bewegung der Träger auf dem Förderer. Der Fördererantrieb jedes Segments ist so konstruiert, dass bei Beschleunigung, Verzögerung oder konstantem Antrieb keine relative Reibungsbewegung zwischen Fördererantrieb und WIP-Träger verursacht wird, wodurch eine minimale oder gar keine Partikelerzeugung durch Reibung gewährleistet ist.
Jedes Segment 50 innerhalb eines Fördermoduls 60 wird individuell durch entsprechende integrierte Firmware und Hardware gesteuert. Ein solches Fördermodul kann z.B. die Fördersegmente und EDi's enthalten, die mit den angrenzenden Werkzeugstationen 20a, 20b verbunden sind, und kann als Steuerungszone bezeichnet werden. In Bezug auf 7 umfasst jedes Fördersegment mindestens einen Motor zum selektiven Beschleunigen, Abbremsen, Betreiben und Anhalten eines Antriebselements, das mit mindestens einem Antriebsband gekoppelt ist, auf dem ein Träger befördert werden kann. Ein WIP-Träger 66 auf dem (den) Band/Bändern kann somit in Bezug auf jedes Segment selektiv angehalten, gestartet und/oder vorgeschoben werden. In einer Ausführung wird eine Segmentmotorsteuerplatine und/oder eine damit verbundene Eingangs-/Ausgangsplatine 61 mit integrierter Steuerungsfirmware programmiert, die die autonome Bewegung jedes WIP-Trägers zu einer nachgeschalteten Position steuert, die nicht von einem stationären Träger besetzt ist. Jeder WIP-Träger wird über die integrierten Steuerungen autonom von Segment zu Segment vorwärts bewegt, während die mit dem jeweiligen Träger verbundenen Daten, z.B. Trägerziel, ID usw., ebenfalls übertragen werden.
Die Steuerung 64, die der jeweiligen Steuerungszone 60 zugeordnet ist, verfolgt alle WIP-Träger innerhalb der Zone, einschließlich einer eindeutigen Kennung des WIP. Andere Informationen, die die Steuerungszonen-Steuerung mit dem WIP assoziiert, können den Status des WIP innerhalb der allgemeinen Bearbeitungsanforderungen für diesen WIP beinhalten. Sobald der WIP von der jeweiligen Steuerungszone zur nächsten sequentiellen Steuerungszone befördert wird, werden die WIP-Informationen von der alten Steuerungszonen-Steuerung an die neue Steuerungszonen-Steuerung weitergeleitet, z.B. über eine Ethernet-Verbindung 68. In einem nicht einschränkenden Beispiel weisen Steuerungszonen etwa 50 Fördersegmente auf, wobei eine höhere oder niedrigere Anzahl von Fördersegmenten pro Steuerungszone vorgesehen ist.
Obwohl unter der Steuerung des zentralisierten Bewegungskoordinationssystems 72, das die WIP-Bewegung mit anderen Vorgängen innerhalb der Fertigungsumgebung, wie z.B. der Werkzeugsteuerung, integriert, erfolgt die Versendung der Träger von Träger-Eingangs- zu Träger-Ausgangspunkten im Netzwerk insgesamt auf verteilte Weise; das Fördernetzwerk wird von verteilten Prozessoren gesteuert. Eine funktionale Steuerungshierarchie für das Netzwerk besteht im Allgemeinen aus drei Ebenen. Ebene 1 ist die asynchrone, unabhängige, autonome, kollisionsfreie Bewegung von Trägern von Fördersegment 50 zu Fördersegment durch die Funktionalität, die in der mit jeder Segmentsteuerung verbundenen Firmware implementiert ist. Ebene 2 verkettet eine große Anzahl solcher Segmente zu einer Steuerungszone 60 unter der Steuerung eines integrierten Prozessors 64, einer so genannten Transfer Management Unit (TMU). Dieser Prozessor verfolgt alle Träger innerhalb seiner Zone zusammen mit den dem Träger zugeordneten Daten. Wenn ein Träger die Zone eines solchen Prozessors verlässt, werden alle mit diesem Träger verbundenen Daten an den nächsten integrierten Prozessor der benachbarten Steuerungszone weitergeleitet. Die Steuerungsebene 3 wird als Dispatch Controller (DC) 70 bezeichnet, der eine große Anzahl von integrierten TMU-Prozessoren zu einem Bereich verkettet. Dieser DC ist mit anderen solchen DCs verbunden, wodurch eine fabrikweite Integration des Fördernetzwerks und der sich darauf bewegenden Träger erreicht wird. Jeder DC umfasst eine beliebige Anzahl von graphischen Benutzerschnittstellen (engl.: graphical user interfaces, Abk.:GUI), die die Bewegungen der Träger anzeigen und eine Benutzerschnittstellen zum AMHS-Fördernetzwerk bilden und gleichzeitig als Schnittstelle zu den Fabrik-Host-Steuerungen 71 dienen.
Die Kommunikation zwischen den Fördersegmenten 50, einschließlich einer Anzeige, ob ein nachgeschaltetes Fördersegment von einem Träger belegt ist, wird durch die Verwendung eines Kommunikations-Bus 62, wie z.B. eines Controller Area Network (CAN) Bus, erreicht, der die Steuerungen 61 der sequentiellen Elemente der Segmente 50 miteinander verbindet. Eine lokale Zonensteuerung/CPU 64, die einer Steuerungszone der Fördereinrichtung 60 zugeordnet ist, kommuniziert einerseits mit dem Kommunikations-Bus 62 und andererseits mit einem Netzwerkkommunikationskanal 68, wie z.B. einer Ethernet-Verbindung. Daten von mehreren Zonensteuerungen werden also von einer entsprechenden Versandsteuerung 70 gesammelt, die vorzugsweise über eine graphische Benutzerschnittstelle GUI verfügt. Auf diese Weise kann ein Benutzer die Leistung des Fördernetzwerks nach Belieben überwachen, einstellen oder anderweitig beeinflussen. In der dargestellten Ausführungsform kommuniziert die Versandsteuerung 70 auch mit dem zentralisierten Bewegungskoordinationssystem 72, das auch als Fabrik-Host-Steuerung bezeichnet wird und als Maschinenkoordinatensystem (engl.: machine coordinate system, Abk.: MCS) oder Fertigungsausführungssystem (engl.: manufacturing execution system, Abk.: MES) implementiert sein kann, über einen Netzwerkkommunikationskanal 68 wie z.B. eine Ethernet-Verbindung. Diese Systeme implementieren eine zentralisierte Steuerung der Trägerbewegung in Koordination mit z.B. einer entsprechenden WIP-Priorität, relevanten Werkzeugstatusinformationen und Netzwerkstatusinformationen.
Gemeinsam wird das Streamen von Ladungsträgern und die kollisionsfreie Ansammlung von Ladungsträgern ermöglicht, je nachdem, ob stationäre nachgeschaltete Ladungsträger erkannt werden. Die integrierte Steuerung ersetzt somit die normalerweise praktizierte externe WIP-Flusssteuerung, die ansonsten den Versand von Ladungsträgern steuert, und reserviert gleichzeitig freien Platz auf dem Förderband für Ladungsträger, die an einen Zielort geschickt werden sollen - eine an sich ineffiziente Praxis. Die hier offenbarte integrierte Steuerungsmethodik mit der Segmentierung der Fördermodule und der verteilten, lokalen Fördersteuerung erreicht somit einen schnelleren, dichteren oder volumenstärkeren WIP-Fluss, indem alle Fördererräume autonom ausgefüllt werden, ohne dass für jede Sendung zum Zielort zentral Platz reserviert werden muss.
Die Logiksteuerungssoftware, die das Trägertransfermanagement implementiert, ist in integrierten, verknüpften und verteilten CPUs, einschließlich der Segmentmotorsteuerungen 61 und Steuerzonensteuerungen/CPUs 64, resident. Eine Versandsteuerung 70 verbindet die verteilte und integrierte Logiksoftware mit dem Fabrik-Host 72 und mit verteilten GUIs. Funktionell steuert diese Logiksoftware die massenweise gleichzeitige Bewegung von Trägern auf dem gesamten Fördernetzwerk, wobei sich mehrere Quelle-zu-Ziel-Träger gleichzeitig durch mehrere Zweige und Abzweigungsknoten des Netzwerks bewegen. Die Quelle eines Trägers, der über eine EDi in die Netzwerkdomäne eintritt, ist eines von Hunderten oder mehr Prozesswerkzeugen. In ähnlicher Weise kann das Ziel eines solchen Trägers jedes andere von Hunderten oder mehr Prozesswerkzeugen sein. Während Prozesssequenz-Rezepte vom Werks-Host bestimmt werden (je nach hergestelltem IC-Baustein), erfolgt ihre präzise Ausführung auf lokaler Ebene durch das Transportnetzwerk und seine integrierte Software.
EDi wird als Terminologie für ein Modul verwendet, das zwischen dem WIP-Förderertransport und der Prozessausrüstung platziert wird. Seine Funktionalität bezieht sich auf die Bewegung der WIP-Träger vom Förderer, an E/A-Anschlüssen, zum Prozesswerkzeug und in umgekehrter Richtung. Es handelt sich um eine robotergestützte Erweiterung des Fördernetzwerks. Jede EDi ist ein Teil der Domäne des Transportnetzwerks, was bedeutet, dass die Bewegungen der WIP-Träger durch die EDi von der Logiksoftware des Förderernetzwerks gesteuert werden.
In Bezug auf 8 wird ein Träger 80 durch das Fördernetzwerk (in 8 nicht dargestellt) zu einem E/A-Anschluss 81 einer Werkzeugstation transportiert. Der Träger wird dann auf einen horizontalen Förderweg 82 bewegt, der einen Teil der EDi bildet. Der Träger wird lateral oder in der Y-Achse bewegt, bis er unter einem Balken 83 angeordnet ist. Ein Wagen 84 ist dazu eingerichtet, auf dem Balken ein- und auszufahren, was als X-Richtung definiert werden kann. Unter dem Wagen hängt an mehreren Kabeln 87 ein Greifer 85, der dazu eingerichtet ist, selektiv einen Träger darunter zu greifen und den Träger auf und ab zu bewegen, was als Z-Achse definiert werden kann. Der horizontale Förderweg, der Balken, der Wagen, die Kabel und der Greifer bilden zusammen die EDi. Eine CPU kann mit der EDi verbunden sein, um lokal gespeicherte logische SteuerungsFirmware auszuführen, um die Manipulation des Trägers zusammen mit dem übrigen Fördernetzwerk zu implementieren. Sowohl die Fördereinrichtung als auch die EDi-Steuerung sind über einen Datenkanal wie z.B. Ethernet mit der zentralen Versandsteuerung des Netzwerks verbunden. Die CPU und die Steuereinheit für die EDi können in eine EDi-Komponente, wie z.B. den Wagen, integriert sein oder innerhalb einer lokalen Transfer-Management-Einheit (engl.: transfer management unit, Abk.: TMU) implementiert werden, die dann drahtlos mit der EDi kommuniziert, wie z.B. über drahtloses Ethernet oder Bluetooth. Die EDi, mit einer eigenen TMU, fungiert als TMU-Zone innerhalb des Förderernetzwerks.
Der Wagen 84 fährt also über den Förderweg 82 aus und senkt dann den Greifer 85 mittels der Kabel 87 ab. Der Wagen kann über motorisierte Spulen zum Heben und Senken des Greifers über die Kabel verfügen. Zum Beispiel kann die EDi eine spiralförmige Drahttrommel und eine Hubservosteuerung aufweisen. Die EDi kann mit Netz- oder Batteriestrom versorgt werden, der von einer in Verbindung mit dem Wagen 84 montierten Batterie geliefert wird. Eine solche Batterie kann drahtlos aufladbar sein. Sobald der Greifer mit dem Träger 80 in Kontakt kommt, greift er mechanisch in den Träger ein und hebt den Träger mittels der Kabel an. Der Wagen fährt ein, oberhalb des Werkzeuges und des Werkzeuganschlusses 86, und senkt dann den Träger zum Anschluss ab.
Nachdem die Ladung durch das Werkzeug 86 bearbeitet wurde, bringen der Greifer 85 und der Wagen 84 der EDi den Träger 80 auf den horizontalen Förderweg 82 zurück. Der Träger wird dann durch das Fördernetzwerk zu einem anderen Werkzeug transportiert und schließlich von einer anderen EDi, die sich den gleichen horizontalen Förderweg 82 teilen kann, an dieses Werkzeug geliefert. Alternativ kann der Träger dann zu einem Ausgangsanschluss in einer Station weitergeleitet und dann an eine entsprechende intra-stationären Fördereinrichtung übergeben werden. In Analogie dazu fungiert die EDi als Fingerverlängerung des Förderernetzwerks. Er erfüllt seine Funktion, indem er drei Maschinenanweisungstypen ausführt: (1) horizontale Bewegungen auf einem linearen Balken 83, vom Fördereranschluss 81 zum Werkzeuganschluss 86 und umgekehrt; (2) vertikale Bewegungen zum Senken oder Heben von WIP-Trägern an einer Fördereinrichtung 82 und am Werkzeuganschluss 86; und (3) Greifen von Trägern durch ihre SEMI-Standard-„Pilzkopf“ Merkmale. Der Greifer kann selektiv nach innen ragende Finger (nicht abgebildet) zum Greifen solcher Merkmale haben.
9 veranschaulicht beispielhaft physikalische Elemente der EDi. Ein Servoantrieb mit Zahnriemen 90 wird in Verbindung mit einer Vierdrahtspiraltrommel 91 zur Manipulation der mit einem Pilzkopfgreifer 85 verbundenen Kabel 87 eingesetzt. Kabelgebundene Leistung kann bereitgestellt werden. Alternativ kann eine drahtlose Stromversorgung bereitgestellt werden. In diesem Fall weist die EDi drahtlose Resonanzstromspulen 94 in Verbindung mit einer Batterie 92 auf, z.B. einer 12V-Lithium-Ionen-Batterie. Die Kommunikation zu und von der lokalen EDi-CPU und Steuerungseinheit kann über ein Maschinensteuerungs- und Überwachungssystem und die CAN-Bus-Schnittstelle 97 erfolgen. Die drahtlose Kommunikation zur Steuerung der EDi würde auch über einen drahtlosen Transceiver (nicht abgebildet) erfolgen. Der Wagen umfasst entweder einen Linearschlitten mit einem zugehörigen Zahnriemen und Motor 93A oder einen Linearmotor 93B. In die Antriebsmechanismen der EDi ist eine Anti-Pendel-Elektronik 95 integriert, um eine nichtlineare Bewegung eines Trägers während des Transports zu verhindern.
In der vorstehenden Diskussion wurde auf den Transport von WIP-Trägern Bezug genommen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Offenbarung auf die direkte Beförderung von WIP, ohne einen Träger, anwendbar ist und auch auf die Beförderung einer Vielzahl von Werkstücken oder Trägern angepasst werden kann.
Die vorstehende Beschreibung ist auf bestimmte Ausführungsformen ausgerichtet. Dennoch können andere Variationen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, wobei einige oder alle Vorteile dieser Ausführungsformen erreicht werden können. Diejenigen, die sich in der Technik auskennen, werden es außerdem zu schätzen wissen, dass Änderungen an den oben beschriebenen Systemen und Methoden vorgenommen werden können, ohne von den hier offenbarten Konzepten abzuweichen. Dementsprechend sollte die Erfindung nicht als durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden. Darüber hinaus können verschiedene Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen ohne die entsprechende Verwendung anderer Merkmale verwendet werden. Daher sollte diese Beschreibung lediglich als Veranschaulichung verschiedener Prinzipien und nicht als Beschränkung der Erfindung gelesen werden.
Viele Änderungen an den hier beschriebenen und dargestellten Details, Materialien und der Anordnung von Teilen und Schritten können von den Fachleuten im Lichte der hierin enthaltenen Lehren vorgenommen werden. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die folgenden Ansprüche nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt sind und andere als die speziell beschriebenen Praktiken einschließen können und so weit auszulegen sind wie es gesetzlich zulässig ist.

Claims

Ein asynchrones Logistiksystem zum Bewegen und Bearbeiten von Ware in Arbeit (engl.: work in process, Abk.: WIP) innerhalb einer Fertigungsumgebung, die mehrere Werkzeugstationen umfasst, von denen jede mindestens ein Fertigungswerkzeug zur Bearbeitung der WIP umfasst, wobei das System umfasst: ein inter-prozessuales-Transportsystem zum selektiven Bewegen des WIP zwischen Fertigungswerkzeugen, wobei das Transportsystem aufeinanderfolgende Fördersegmente umfasst, wobei jedes Fördersegment eine jeweilige Antriebseinheit zum selektiven Bewegen des WIP auf dem Fördersegment und eine jeweilige Steuerung aufweist, die zum autonomen und selektiven Bewegen des WIP zumindest auf der Grundlage eines Eingangssignals von einem nächstfolgenden Fördersegment, welches das Vorhandensein oder Fehlen von WIP darauf anzeigt, eingerichtet ist; mehrere Werkzeugschnittstellen, die jeweils an ein entsprechendes Fördersegment des Transportsystems angrenzen und eine entsprechende Steuerung zum autonomen und selektiven Bewegen von WIP zwischen dem angrenzenden Fördersegment und einem jeweiligen Fertigungswerkzeug aufweisen; und ein örtlich begrenztes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Steuerungszonen aufweist, wobei jede Steuerungszone mehrere sequentielle Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen und einen jeweiligen Steuerungszonenprozessor in kommunizierender Verbindung mit jedem der jeweiligen Fördersegment- und Werkzeugschnittstellensteuerungen aufweist, wobei der Steuerungszonenprozessor für jeden WIP innerhalb der jeweiligen Steuerungszone eine eindeutige Kennung des WIP und Daten aufweist, die für die erforderliche Bewegung und Bearbeitung des WIP charakteristisch sind, wobei der Steuerungszonenprozessor zur selektiven Steuerung des Betriebs von einem der jeweiligen Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen dient, wodurch die autonome Bewegung und Bearbeitung des WIP innerhalb der Steuerungszone beeinflusst wird; und ein umgebungsweites, regionalisiertes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Regionen aufweist, wobei jede Region mehrere Steuerungszonen und ein entsprechendes Abfertigungssteuergerät in kommunizierender Verbindung mit jedem entsprechenden Steuerungszonenprozessor und mit allen anderen Regionsabfertigungssteuergeräten des regionalisierten Bewegungskoordinationssystems aufweist, um eine umgebungsweite Koordination der WIP-Bewegung und Bearbeitung zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, wobei jede Steuerungszone mindestens ein Fördersegment neben einem Fördersegment einer anderen Steuerungszone zum selektiven Austausch von WIP dazwischen aufweist.
System nach Anspruch 2, wobei beim Austausch eines WIP von einem Fördersegment einer ersten Steuerungszone gegen ein Fördersegment einer zweiten Steuerungszone der Steuerungszonenprozessor der ersten Steuerungszone dem Steuerungszonenprozessor der zweiten Steuerungszone die jeweilige eindeutige Kennung des WIP und die für die erforderliche Bewegung und Bearbeitung des WIP charakteristischen Daten mitteilt.
System nach Anspruch 1, wobei das Transportsystem eine Vielzahl von intra-stationären Förderschleifen umfasst, wobei jede intra-stationäre Förderschleife mehrere sequentielle Fördersegmente umfasst, die dazu eingerichtet sind, den WIP autonom und selektiv in eine Richtung um die jeweilige Schleife zu bewegen.
System nach Anspruch 4, wobei jede intra-stationäre Förderschleife ferner mindestens eine der mehreren Werkzeugschnittstellen umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei das mindestens eine Fertigungswerkzeug jeder Werkzeugstation einen Werkzeuganschluss neben einer entsprechenden Werkzeugschnittstelle aufweist.
System nach Anspruch 6, wobei jede Werkzeugschnittstelle dazu eingerichtet ist, autonom und selektiv einen WIP zwischen einer jeweiligen intra-stationären Förderschleife und einem Werkzeuganschluss zu verschieben.
System nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Werkzeugschnittstelle umfasst: eine laterale Puffer-Fördereinrichtung zur Aufnahme eines WIP von der jeweiligen intra-stationären Förderschleife und zum selektiven Bewegen des WIP in die Nähe des mindestens einen Fertigungswerkzeugs; einen Balken, der sich oberhalb und orthogonal zu der lateralen Puffer-Fördereinrichtung erstreckt; einen Wagen zum selektiven Bewegen auf dem Balken; und einen Greifer, der mit mehreren längenverstellbaren Kabeln am Wagen aufgehängt ist, wobei, wenn der Wagen auf dem Balken oberhalb des WIP auf der lateralen Puffer-Fördereinrichtung angeordnet ist, der Greifer dazu eingerichtet ist, durch Verlängerung der Kabel abgesenkt zu werden, um mit dem WIP in Eingriff zu kommen und in den WIP mechanisch einzugreifen, wobei, wenn der Greifer mit dem WIP mechanisch in Eingriff gekommen ist, der Greifer dazu eingerichtet ist, den WIP durch Einziehen der Kabel anzuheben, und der Wagen dazu eingerichtet ist, sich auf dem Balken zu bewegen, wodurch sich der WIP oberhalb eines Werkzeuganschlusses befindet, und wobei, wenn sich der WIP oberhalb des Werkzeuganschlusses befindet, der Greifer dazu eingerichtet ist, durch Verlängerung der Kabel abgesenkt zu werden, wodurch der WIP zum Werkzeuganschluss abgesenkt wird.
System nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Werkzeugschnittstelle umfasst: eine laterale Puffer-Fördereinrichtung zur Aufnahme eines WIP von dem mindestens einen Fertigungswerkzeug; einen Balken, der sich oberhalb und orthogonal zu der lateralen Puffer-Fördereinrichtung erstreckt; einen Wagen zum selektiven Fahren auf dem Balken; und einen Greifer, der mit mehreren längenverstellbaren Kabeln am Wagen aufgehängt ist, wobei, wenn der Wagen auf dem Balken oberhalb des WIP an dem Werkzeuganschluss angeordnet ist, der Greifer dazu eingerichtet ist, durch Verlängerung der Kabel abgesenkt zu werden, um mit dem WIP in Eingriff zu kommen und in den WIP mechanisch einzugreifen, wobei, wenn der Greifer mit dem WIP mechanisch in Eingriff gekommen ist, der Greifer dazu eingerichtet ist, den WIP durch Einziehen der Kabel anzuheben, und der Wagen dazu eingerichtet ist, sich auf dem Balken zu bewegen, wodurch sich der WIP oberhalb der Puffer-Fördereinrichtung befindet, und wobei, wenn sich der WIP oberhalb der Puffer-Fördereinrichtung befindet, der Greifer dazu eingerichtet ist, durch Verlängerung der Kabel abgesenkt zu werden, wodurch der WIP zur Puffer-Fördereinrichtung abgesenkt wird.
System nach Anspruch 4, wobei jede intra-stationäre Förderschleife in der Nähe mindestens einer anderen intra-stationären Förderschleife liegt, aber nicht mit dieser zusammenfällt, wobei jede der benachbarten intra-stationäre Förderschleifen dazu eingerichtet ist, WIP selektiv in der gleichen Richtung um die jeweilige Schleife zu bewegen.
System nach Anspruch 10, ferner umfassend mindestens einen Förderer-Abzweig zwischen zwei benachbarten intra-stationären Förderschleifen, wobei jeder Abzweig zwei erste Fördersegmenten aufweist, die jeweils mit einer entsprechenden der beiden benachbarten intra-stationären Förderschleifen zusammenfallen, wobei die ersten Fördersegmente dazu eingerichtet sind, einen WIP selektiv entweder auf das nächste aufeinanderfolgende Fördersegment innerhalb der entsprechenden intra-stationären Förderschleife zu bewegen oder einen WIP selektiv zwischen der entsprechenden intra-stationären Förderschleife und dem Abzweig auszutauschen.
System nach Anspruch 11, wobei jeder Abzweig ferner mindestens ein zweites Fördersegment zwischen den beiden ersten Fördersegmenten umfasst und dazu eingerichtet ist, einen WIP selektiv auf ein nächstfolgendes Fördersegment innerhalb des Abzweigs zu bewegen.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend mindestens eine inter-stationäre Förderschleife, die mehrere intra-stationäre Förderschleifen umgibt und teilweise mit diesen zusammenfällt, wobei die mindestens eine inter-stationäre Förderschleife dazu eingerichtet ist, einen WIP selektiv zwischen intra-stationären Förderschleifen unter der Steuerung eines entsprechenden Steuerungszonenprozessors zu bewegen.
System nach Anspruch 13, wobei jede inter-stationäre Förderschleife dazu eingerichtet ist, WIP in derselben Richtung zu bewegen wie die intra-stationäre Förderschleifen, mit denen sie zusammenfällt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eines ersten Fördersegmentes mit der Steuerung eines zweiten, aufeinanderfolgenden Fördersegmentes in kommunizierender Verbindung steht, um Statusdaten des zweiten Fördersegmentes zu empfangen, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines WIP auf dem zweiten Fördersegment anzeigen, wobei die Steuerung des ersten Fördersegmentes in der Lage ist, autonom und selektiv einen WIP auf dem ersten Fördersegment in Reaktion auf die Statusdaten des zweiten Fördersegmentes zu bewegen, wodurch der WIP selektiv zu dem zweiten Fördersegment bewegt werden kann, ohne das Risiko einer Kollision mit einem anderen WIP auf dem zweiten Fördersegment.
System nach Anspruch 1, wobei ein jeweiliger der Steuerungszonenprozessoren mit der Steuerung jedes der mehreren Fördersegmente innerhalb der jeweiligen Steuerungszone in kommunizierender Verbindung steht, um selektiv Statusinformationen von diesen zu empfangen und selektiv Anweisungen an diese zu geben.
System nach Anspruch 16, wobei eine erste Fördersegmentsteuerung dazu eingerichtet ist, autonom einen WIP zu einem zweiten, aufeinanderfolgenden Fördersegment zu bewegen, nachdem von einer zweiten Fördersegmentsteuerung Daten empfangen wurden, die das Fehlen eines WIP auf dem zweiten, aufeinanderfolgenden Fördersegment anzeigen, und in Abwesenheit eines Befehls von dem jeweiligen Steuerungszonenprozessor, der die erste Fördersegmentsteuerung anweist, den WIP nicht zu dem zweiten, aufeinanderfolgenden Fördersegment zu bewegen.
Verfahren zum selektiven Bewegen und Bearbeiten von Ware in Arbeit (WIP) innerhalb einer Fertigungsumgebung, die mehrere Werkzeugstationen umfasst, von denen jede mindestens ein Fertigungswerkzeug zur Bearbeitung der WIP umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines asynchronen Logistiksystems zum Bewegen und Bearbeiten von WIP innerhalb der Fertigungsumgebung, wobei das Logistiksystem umfasst ein inter-prozessuales-Transportsystem zum selektiven Bewegen des WIP, wobei das Transportsystem aufeinanderfolgende Fördersegmente umfasst, wobei jedes Fördersegment eine jeweilige Antriebseinheit zum selektiven Bewegen des WIP auf dem Fördersegment und eine jeweilige Steuerung aufweist, die zum autonomen und selektiven Bewegen des WIP zumindest auf der Grundlage eines Eingangssignals von einem nächstfolgenden Fördersegment, welches das Vorhandensein oder Fehlen von WIP darauf anzeigt, eingerichtet ist; mehrere Werkzeugschnittstellen, die jeweils an ein entsprechendes Fördersegment des Transportsystems angrenzen und eine entsprechende Steuerung zum autonomen und selektiven Bewegen von WIP zwischen dem angrenzenden Fördersegment und einem jeweiligen Fertigungswerkzeug aufweisen; und ein örtlich begrenztes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Steuerungszonen aufweist, wobei jede Steuerungszone mehrere sequentielle Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen und einen jeweiligen Steuerungszonenprozessor in kommunizierender Verbindung mit jedem der jeweiligen Fördersegment- und Werkzeugschnittstellensteuerungen aufweist, wobei der Steuerungszonenprozessor für jeden WIP innerhalb der jeweiligen Steuerungszone eine eindeutige Kennung des WIP und Daten aufweist, die für die erforderliche Bewegung und Bearbeitung des WIP charakteristisch sind, wobei der Steuerungszonenprozessor zur selektiven Steuerung des Betriebs von einem der jeweiligen Fördersegmente und Werkzeugschnittstellen dient, wodurch die autonome Bewegung und Bearbeitung des WIP innerhalb der jeweiligen Steuerungszone beeinflusst wird; und ein umgebungsweites, regionalisiertes Bewegungskoordinationssystem, das mehrere Regionen aufweist, wobei jede Region mehrere Steuerungszonen und ein entsprechendes Abfertigungssteuergerät in kommunizierender Verbindung mit jedem entsprechenden Steuerungszonenprozessor und mit allen anderen Regionsabfertigungssteuergeräten des regionalisierten Bewegungskoordinationssystems aufweist, um eine umgebungsweite Koordination der WIP-Bewegung und Bearbeitung zu ermöglichen. Aufnehmen eines ersten WIP auf dem Logistiksystem; und autonomes und selektives Bewegen des WIP von einem ersten Fördersegment zu einem zweiten, nachfolgenden Fördersegment durch selektive Ansteuerung der Antriebseinheit des ersten Fördersegments durch die jeweilige Steuerung zumindest teilweise als Reaktion auf Daten von dem zweiten Fördersegment, die das Vorhandensein oder Fehlen eines WIP auf dem zweiten, nachfolgenden Fördersegment anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Transportsystem ferner eine Vielzahl von intra-stationären Förderschleifen umfasst, wobei jede intra-stationäre Förderschleife logisch einer entsprechenden Steuerungszone zugeordnet ist und umfasst: mehrere sequentielle Fördersegmente, die dazu eingerichtet sind, WIP autonom und selektiv in eine Richtung um die jeweilige Schleife zu bewegen, mindestens eine der mehreren Werkzeugschnittstellen, und einen Werkzeuganschluss von mindestens einem Fertigungswerkzeug, der an die mindestens eine Werkzeugschnittstelle angrenzt, das Verfahren umfasst ferner: Aufnehmen eines WIP durch eine der mindestens einen Werkzeugschnittstellen von einem Fördersegment der jeweiligen intra-stationären Förderschleife; und Ablegen des WIP durch die Werkzeugschnittstelle am Werkzeuganschluss unter der Steuerung des jeweiligen Steuerungszonenprozessors.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei jede intra-stationäre Förderschleife benachbart, aber nicht zusammenfallend zu mindestens einer anderen intra-stationären Förderschleife ist, die logisch derselben Steuerungszone zugeordnet sind, wobei jede der benachbarten intra-stationären Förderschleifen dazu eingerichtet ist, WIP selektiv in derselben Richtung um die jeweilige Schleife zu fördern, das Transportsystem umfasst ferner mindestens einen Förderer-Abzweig zwischen zwei benachbarten intra-stationären Förderschleifen, und mindestens eine inter-stationäre Förderschleife, die die Vielzahl von intra-stationären Förderschleifen umgibt und teilweise mit diesen zusammenfällt, wobei die mindestens eine inter-stationäre Förderschleife dazu eingerichtet ist, selektiv einen WIP zwischen intra-stationären Förderschleifen zu befördern, wobei das Verfahren ferner das Steuern von ausgewählten der Fördersegmente, die mindestens eine der benachbarten intra-stationären Förderschleifen und die mindestens eine inter-stationäre Förderschleife umfassen, durch den jeweiligen Steuerungszonenprozessor umfasst, um den WIP zu einem der folgenden zu fördern: einem Fördersegment benachbart zu einer der mindestens einen Werkzeugschnittstelle, einem der mindestens einen Förderer-Abzweige oder einem Fördersegment der mindestens einen inter-stationären Förderschleife.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend Kommunizieren des jeweiligen Steuerungszonenprozessors mit der lokalen Steuerung jedes der mehreren Fördersegmente, um Statusinformationen von diesen zu empfangen und selektiv Anweisungen an diese zu geben.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend das Bestimmen einer relativen Priorität durch einen Steuerungszonenprozessor für jeden WIP innerhalb einer intra-stationären Förderschleife, der eine Bearbeitung durch ein Fertigungswerkzeug innerhalb der intra-stationären Förderschleife erfordert, und selektives Steuern mindestens eines der Folgenden: eines Förderer-Abzweigs, der intra-stationären Förderschleife, der inter-stationären Förderschleife, die mit der intra-stationären Förderschleife zusammenfällt, und einer Werkzeugschnittstelle, während zur gleichen Zeit einzelne Fördersegmente innerhalb der jeweiligen Steuerungszone autonom WIP zu nachfolgenden Fördersegmenten ohne Eingabe von dem jeweiligen Steuerungszonenprozessor bewegen.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das selektive, autonome Bewegen des WIP von einem ersten Fördersegment zu einem zweiten, nachfolgenden Fördersegment durch selektive Betätigung der Antriebseinheit des ersten Fördersegments durch die jeweilige Steuerung zumindest teilweise als Reaktion auf das Fehlen eines Befehls von dem jeweiligen Steuerungszonenprozessor, der die erste Fördersegmentsteuerung anweist, das WIP nicht zu dem zweiten Fördersegment zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das autonome Bewegen eines WIP von einem ersten Fördersegment, das logisch einer ersten Steuerungszone zugeordnet ist, durch den ersten Fördersegmentprozessor, der die jeweilige Fördersegment-Antriebseinheit steuert, zu einem zweiten Fördersegment, das logisch einer zweiten Steuerungszone zugeordnet ist, und das automatische Übertragen von WIP-Kennungsdaten und Daten, die für die erforderliche Bewegung und Bearbeitung des jeweiligen WIP charakteristisch sind, von dem Prozessor der ersten Steuerungszone zu dem Prozessor der zweiten Steuerungszone.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das Empfangen einer Anzeige an einer Werkzeugschnittstellensteuerung, dass ein bearbeitetes WIP an einem jeweiligen Werkzeuganschluss ausgegeben wurde, und das autonome Bewegen des bearbeiteten WIP von dem Werkzeuganschluss zu einem der folgenden: einer lateralen Puffer-Fördereinrichtung, die der Werkzeugschnittstelle zugeordnet ist, und einem Fördersegment innerhalb der jeweiligen Steuerzone.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Werkzeugschnittstelle umfasst die laterale Puffer-Fördereinrichtung, einen Balken, der sich oberhalb und orthogonal zu der lateralen Puffer-Fördereinrichtung erstreckt; einen Wagen zum selektiven Fahren auf dem Balken; und einen Greifer, der mit mehreren längenverstellbaren Kabeln am Wagen aufgehängt ist, wobei das Verfahren ferner, wenn der Wagen auf dem Balken oberhalb des WIP an dem jeweiligen Werkzeuganschluss angeordnet ist, das Absenken des Greifers durch Verlängerung der Kabel bis zum Eingriff mit dem WIP und den mechanischen Eingriff mit dem WIP umfasst, Anheben des WIP durch Zurückziehen der Kabel, Bewegen des Wagens auf dem Balken, bis sich der WIP über der lateralen Puffer-Fördereinrichtung befindet, Absenken des Greifers durch Verlängerung der Kabel, wodurch der WIP auf die laterale Puffer-Fördereinrichtung abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend das Empfangen einer Anzeige an einer Werkzeugschnittstellensteuerung, dass sich ein WIP auf der lateralen Puffer-Fördereinrichtung befindet und eine Bewegung zu einem entsprechenden Werkzeuganschluss erfordert, und das autonome Bewegen des WIP von der Puffer-Fördereinrichtung zum Werkzeuganschluss.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Werkzeugschnittstelle umfasst die laterale Puffer-Fördereinrichtung, einen Balken, der sich oberhalb und orthogonal zu der lateralen Puffer-Fördereinrichtung erstreckt; einen Wagen zum selektiven Fahren auf dem Balken; und einen Greifer, der mit mehreren längenverstellbaren Kabeln am Wagen aufgehängt ist, wobei das Verfahren ferner, wenn der Wagen auf dem Balken oberhalb des WIP auf der Puffer-Fördereinrichtung angeordnet ist, das Absenken des Greifers durch Verlängerung der Kabel bis zum Eingriff mit dem WIP und den mechanischen Eingriff mit dem WIP umfasst, Anheben des WIP durch Zurückziehen der Kabel, Bewegen des Wagens auf dem Balken, bis sich der WIP über dem Werkzeuganschluss befindet, und Absenken des Greifers durch Verlängerung der Kabel, wodurch der WIP bis zum Werkzeuganschluss abgesenkt wird.