JP4262482B2 - 一体型スケジューラおよび材料制御システム - Google Patents

Description

［関連出願との相互参照］
なし

［連邦補助研究または開発に関する表明］
なし

本発明は、一般にネットワーク状の車両ベースの材料取扱いシステムにおける材料制御システムに関し、特に各ジョブに関連した臨界ピックアップ時間によってジョブに優先順位を割り当てる材料制御システムであって、変化する要求を補償するために、フィードバック制御システムを使用して、材料取扱いシステムの状態および性能を監視する材料制御システムに関する。

電動式モータ輸送車両（ＭＴＶ）は、しばしば製造した物品を輸送し操作するための製造および倉庫環境で使用される。そのような車両は、それらのクリーンな動作および低雑音性に起因して、そのような環境に望ましい。１以上のＭＴＶは、交通管理システムの制御の下で、電動式モータによって、しばしば固定されたレールや軌道に沿って推進される。この交通管理システムは、典型的には、材料制御システムから材料移動要求を受ける。これにより、交通管理システムは、ＭＴＶを種々のジョブに割り当てる制御と、所定の経路に沿ってＭＴＶの移動させる制御とが可能になる。

特に、コンピュータ制御式の材料輸送システムは、施設内の種々の作業場間で材料を移動するためのものとして知られている。そのようなシステムは、一例として、半導体組立施設内で使用され、半導体ウエハを連続した作業場へと移動する。１つのタイプのウエハ輸送システムでは、モノレール軌道が作業場を通過するようにルート付けされ、そして複数のＭＴＶがその軌道上に搭載され、その上を移動可能である。これらのＭＴＶは、処理用の作業場へウエハを配送し、また必要な処理動作が完了した後にウエハを作業場から取り除く責任がある。軌道は、その軌道に沿って複数の経路を与えるルート付け部分またはモジュールを通常は１以上含んで連結された一連の軌道部分からなる。一般に、そのようなシステムにおける１つのノードは、そこで車両が停車され、荷積みされ、荷下ろしされ、方向転換される位置である。かくして、１つのノードは、車両が通過しなければならない１つの作業場や、車両が方向転換される１以上の軌道の交差点ということになる。

そのような材料取扱いシステムでは、軌道上の車両は、接続されたモードで動作する。接続されたモードの動作では、通常はコンピュータを含む中央交通管理システムが、ある種の材料ロットを移動するようにＭＴＶを割り当て、宛先をＭＴＶに割り当て、そして材料取扱いシステムの動作全体を監視する。この監視には、各ＭＴＶの状態および位置、輸送される必要のある材料ロットの状態および位置、材料輸送システムの各ノードの状況の監視が含まれる。

中央交通管理システムは、それ故、発送元ノードから宛先ノードへ材料ロットを輸送するための材料ロット移動要求を実行する責任がある。この要求は、典型的には材料制御システムによって発せられる。そのようなものとして、中央交通管理システムは、実行されるべき各移動要求にＭＴＶを割り当てること、ならびに各移動要求の実行を監視することに責任がある。典型的には、材料制御システムは、開ループ制御器として動作し、到来する移動要求をファーストイン・ファーストアウト（ＦＩＦＯ）単位で開始する。材料制御システムが開ループ制御器であるため、ＭＴＶの割り当ては、現在の交通状態や、ＭＴＶの利用可能性または処理段階における問題の関数ではない。そのようなものとして、典型的な材料制御システムは、変化する条件や、材料取扱いシステムにおける他の問題に応答することは不可能である。これらは、到来する移動要求の実行能力に否定的な衝撃を与えることがある。この結果、一致しない配送時間や、種々のノードでシステム資源を浪費する待ち行列に残存するＭＴＶや、下位最適手法で移動要求を実行することによる材料バッチ処理の遅延が生じる。

それ故、期限現在のシステム条件に従って移動要求をランク付け、また適時材料配送の確率を増加させる一体型スケジューラおよび材料制御システムを提供することが望まれる。
［発明の簡単な開示］

一体型スケジューラ／材料制御システムは、複数の移動要求を受信し、各移動要求に関連した臨界ピックアップ時間に従ってこれら複数の移動要求を優先順位付けする。交通管理システムからの車両利用データを使用して、一体型スケジューラ／材料制御システムは、後の期間に延期されるべき移動要求の数を決定し、それから現在の期間に実行されるべき移動要求の数を計算する。一体型スケジューラ／材料制御システムは、実行されるべき移動要求と移動要求の数を、実行用に交通管理システムに受け渡す。

移動要求の実行を優先順位付けするためのシステムおよび方法は、材料制御システム内の移動要求の順序付けされたリストを与える。この順序付けされたリストは、移動要求の優先順位付けされたリストを含む。このシステムおよび方法は、複数の移動要求を受信し、また複数の移動要求のそれぞれに関連した臨界ピックアップ時間を決定する材料制御システムを含む。この材料制御システムは、複数の移動要求をランク付けし、また将来の期間に延期されるべき移動要求の数を決定する。将来の期間に延期されるべき移動要求の数を使用して、材料制御システムは、現在の期間内に実行されるべき移動要求の数を計算する。材料制御システムは、現在の期間内に実行された移動要求の数が実行されるべき移動要求の数を越えるまで、前記順序付けされたリスト内で、交通制御器に対して、次の移動要求を開始する。移動要求はまた、各移動要求に関連した期限や、それらランク付けされた順序で順番に実行された移動要求に従ってランク付けすることもできる。

本発明の追加的な形態、特徴および利点は以下の詳細な説明において説明される。

本発明は、図面に関連してなされる発明の詳細な説明を参照することによってより十分に理解される。

［発明の詳細な説明］
本発明によれば、先ず受信した移動要求を各移動要求に関連した臨界ピックアップ時間に基づいて優先順位付けし、次いで閉ループフィードバック制御システムを利用して、１以上のシステムパラメータを監視し、また実行される移動要求の数を調整することによって、材料制御システムは、材料取扱いシステムにおける材料輸送車両（ＭＴＶ）交通を監督する。図１は、１０個のノードが軌道１２２によって相互接続された材料輸送システム（ＭＴＳ）の例示的接続形態１００を示している。図１に示されるように、例えばノード１０４は、ノード１０２，１０６，１１８に接続している。また図１に示されるように、材料輸送車両（ＭＴＶ）は、１つのノードからの材料を回収することに、または他のノードへ材料を輸送することに、複数のルートを利用可能である。例えば、ノード１０２からノード１２０へ移動するための可能な経路のいくつかは、ノード１０２−１０４−１１８−１２０であり；ノード１０２−１０４−１０６−１１６−１１８−１２０であり；ノード１０２−１０４−１０６−１０８−１１２−１１６−１１８−１２０である。

ここで使用されるように、「移動要求」とは、ホストから材料制御システム（ＭＣＳ）への要求であって、発送元ノード、宛先ノード、期限およびタイムスタンプを含んでいる。ホストは、製造実行システム（ＭＥＳ）およびスケジューラからのデータの双方を一体化する。ＭＥＳは、種々の処理フローデータ、例えば処理ルートデータおよび処理ツールデータを有する。スケジューラは、処理フローデータを受信して、特別なツールによって処理される特別なノードで材料ロットが必要となる時点を決定する。ホストは、処理フローデータとスケジュールデータを一体化して、ＭＣＳに移動要求を与える。ここで使用されるように、「発送元ノード」とは、材料ロットが宛先ノードへ輸送されることを待機しているノードまたは場である。ＭＴＶは、その材料ロットを回収して、宛先ノードへと進行する。ここで使用されるように、「宛先ノード」とは、ＭＴＶ材料ロット配送を受け取るノードまたは場である。図１に示された接続形態は、説明目的だけを意図した任意の接続形態であって、決して制限することを意味するものではない。交通管理システム（図示せず）は、一連の所定の時間内に、ＭＴＶを介して材料の分配および配送を制御する。

この材料制御システムは、時間を一連の不連続な期間に分割し、そして複数の移動要求を分析して、どの移動要求が次の期間内に実行されるものであるかを決定する。材料制御システムは、複数の移動要求を受け取り、所定の測定基準に従って順序付けされたリストに、これらの移動要求を優先順序付けする。材料制御システムは、順序付けされたリストの移動要求の中のいくつが次の期間内に実行されるかを、ＡＭＨＳの現在の条件に基づいて決定する。材料制御システムは、優先順序付けされたリストから次の期間内に実行されるであろう特別な移動要求を選択する。

このことを達成するために、図２に示すように、ＭＥＳ２０４は、スケジューラ２０３に処理フローデータを与える。スケジューラ２０３は、この処理フローデータを分析し、処理スケジュールデータをホスト２０５に与える。ホスト２０５は、処理フローデータと処理スケジュールデータを一体化して、交通管理システム２０８を制御するＭＣＳ２０６に、このデータを与える。

ＭＥＳは、他の処理データに加えて、製造環境内で使用される処理段階、ツール、および処理ルートを記述する処理フローデータを有する。スケジューラ２０６は、この処理フローデータを受信して、処理スケジュールを決定する。この処理スケジュールは、特別な処理時間に作業場やツールに配送されるべき特別な材料ロットに対するデータを含むことがある。このことにより、スケジューラは、製造プロセスのいくつかの特徴、例えば時間、経費、電力消費、他の製造測定基準を最小化できる。スケジューラ２０３は、この処理スケジュールデータをホスト２０５に与える。ホスト２０５は、このデータを一連の移動要求中に組み込む。この移動要求は、ＭＣＳ２０６に与えられる。ＭＣＳ２０６は、この移動要求を分析して、交通管理システム２０８に一連の移動要求を与える。このリストは、種々の基準に従って優先順次付けされるか、さもなければランク付けされる。交通管理システム２０８は、移動要求を実行することに利用可能な複数のＭＴＶ２１０の割り当ておよびルート付けの最低レベルの制御を与える制御情報を種々のノード２０９に与える。その代わりに、スケジューラ、ホストおよびＭＣＳは、機能的に個別に設けらる必要はなく、一体化されても良い。

ＭＣＳ２０６は、受信した各移動要求に関連した臨界ピックアップ時間を計算することによって、移動要求を優先順位付けする。ＭＣＳ２０６は、材料ロットに関連した「期限」を使用する。この「期限」は、その材料ロットが特別なノードに配送されなければならない時を規定して、その材料ロットの臨界ピックアップ時間を決定する。図４は、移動要求の臨界ピックアップ時間をグラフ的に示している。前の処理工程“ｎ”の終端４０２および次の処理工程“ｎ＋１”の始端４０４は、材料ロットの処理段階間の移動を制限する時間線の端点を印している。このシステム内の移動に関連して、材料ロットをノード間で移動させるに必要な平均輸送時間がある。この平均輸送時間は、発送元および宛先ノード間を移動するＭＴＶに対して選択されたルートと、選択されたルートに沿ったＭＴＶの平均速度と、およびそのルートに沿った他の遅延、例えばＭＴＶを方向転換させるに必要な時間の関数である。かくして、臨界ピックアップ時間４０８は、適切なノードにおける材料ロットの期限からの平均輸送時間４１０を、次の処理工程“ｎ＋１”の始端４０４の時間からマイナスしたものとなる。ＭＣＳ２０６は、受信した移動要求を、各移動要求に関連した臨界ピックアップ時間に従って優先順位付けする。特に、ＭＣＳ２０６は、現時点に近い関連した臨界ピックアップ時間を有する移動要求に対して高い優先順位またはランキングを与える。１つの実施形態では、ランク付けされた移動要求は、このランク付けされた順序で実行される。より多くの移動要求がＭＣＳ２０６によって受信される場合、ＭＣＳは、新規に受信された各移動要求に対して臨界ピックアップ時間を決定し、その決定された臨界ピックアップ時間による移動要求のランキングを与える。新規にランク付けされた移動要求は、それからランク付けリスト内に適切に挿入される。

あるいは、ＭＣＳ２０６は、先ず、特別な移動要求に関連した期限に基づいて移動要求を優先順位付けすることができる。この実施形態では、移動要求は、それらがランク付けされた順序で実行される。この場合、ＭＣＳは、前述したようにロットの期限に基づいて臨界時間を計算する。さらに多くの移動要求がＭＣＳ２０６によって受信される場合、ＭＣＳは、新規に受信された各移動要求を、それに関連した期限に従ってランク付けし、その決定された臨界ピックアップ時間による移動要求のランキングを与える。新規にランク付けされた移動要求は、それからランク付けリスト内に適切に挿入される。

図５に示すように、フィードバック制御システム５００は、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３および交通管理システム２０８を含むように描かれている。典型的なフィードバック制御器の模範では、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３は、その制御器であり、また交通管理システム２０８は、制御されるべき処理である。そして、フィードバック機能５０８は、その制御器に対してシステム性能の基準を与える。到来する移動要求５０２と未決着の移動要求５１４は、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３に入力されて、上述したようにそれらの関連した臨界ピックアップ時間に従って優先順位付けされる。未決着の移動要求５１４は、前の期間に交通管理システム２０８によって実行されていない移動要求であって、交通管理システム２０８によって一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３に与えられるものである。交通管理システム２０８は、完了されるべき移動要求のランク付けリスト５１２を受けて、これらの要求を即時に実行するか、あるいは未実行の移動要求を待ち行列化して、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３に未決着の移動要求５１４として戻す。交通管理システム２０８は、完了された移動要求５０４を出力する。フィードバック機能５０８は、交通管理システム２０８によって与えられる車両利用パーセント５０６を受信して、次の期間に延期すべき移動要求５１０の数を計算する。フィードバック機能５０８は、実行されるべき移動要求を、車両利用可能性に基づいて、減少または増加させることに使用することもできる。

以下の数式は、図５に示されたシステムから求められる。

ここで、φは未決着移動の待ち行列、Ｍは交通管理システムによって完了されるべき移動、Ｃは完了された移動の出力、Ｖは車両利用、Ｔは平均配送時間、ｎはＡＭＨＳ内の車両の数、Ｉは到来する移動要求の待ち行列、Ｈは延期されるべき移動の数である。数式（１）および（３）の導関数をとり、そしてＨについて解くことによって、フィードバック基準が決定される。これは、時間と、到来する移動要求と、車両利用と、完了された移動要求との関数である。

数式（２）から次のことが判る。

数式（５）を∂Ｈ／∂ｔについて解き、そして数式（４）および（６）から代入することによって、

が生じる。従って、次のようになる。

フィードバック基準Ｈは、非常に小さなｄｔについて計算でき、そして期間ｔ_ｉからｔ_ｉ＋１にわたって積分される。Ｈはそれから数式（３）に代入され、そしてＡＭＨＳによって次の期間に完了されるべき移動の数Ｍが計算される。与えられた期間に対する移動要求の最大数を人工的に設定することによって、残存する移動は、実質的に次の期間まで延期される。到来する材料ロットの移動要求は、上述した臨界ピックアップ規則に基づいて優先順位付けされるので、最高優先順位の移動要求だけが実行用にＡＭＨＳに転送される。

上述した一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３は、それ故、与えられた期間内に利用されるＭＴＶの数を制御する。高使用頻度の期間中に、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３は、与えられた期間内に実行される移動要求の数を減らして、高使用頻度の期間中に材料輸送システムにかかるストレスを低減する。このようにして、最高優先順位を有する移動要求だけが実行され、それより低い優先順位、即ち将来に向かって長い臨界ピックアップ時間を有する移動要求は、要求の少ない期間まで遅延される。同様に、低車両使用頻度の期間に、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３は、与えられた期間内に実行される移動要求の数を増やして、材料取扱いシステムの資源を効率的に利用する。かくして、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３は、最高要求期間の車両利用を減らし、低要求期間の車両利用を増やし、そして使用される車両の数を劇的に増加または減少させることを少なくした円滑な車両利用を提供する。従って、最高優先順位の移動要求は、最小の時間で確実に配送される。これは、ＭＴＳの状況に基づいて、移動および配送中の車両の数が一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳ５０３によって制御されるからである。このことは、混雑したノードや待ち行列内で待機中のＭＴＶにおける交通渋滞および停滞の確率を低減する。

図５を参照して現在説明されている一体型スケジューラ、ホスト、およびＭＣＳの動作が、図３Ａおよび３Ｂに示されたフロー図を参照して以下で説明される。図３Ａおよび３Ｂを参照すると、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳは、ステップ３０２に示されるように、到来する移動要求を受信する。一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳは、ステップ３０４に示されるように、受信した移動要求のそれぞれに対する臨界ピックアップ時間を計算する。一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳは、ステップ３０６に示されるように、受信した移動要求を、それらの関連した臨界ピックアップ時間に従って、優先順位付けする。上述したように、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳは、ステップ３０８に示されるように、フィードバック関数Ｈを計算する。この関数Ｈは、次の期間に延期されるべき移動要求の数を計算することに使用される。上述したように、一体型スケジューラ／ホスト／ＭＣＳは、ステップ３１０に示されるように、Ｈについて計算された値を使用して、Ｍの値、即ち次の期間に実行されるべき移動要求の数を計算する。

既に実行された移動要求の数を示す指数は、ステップ３１２に示されるように、１に初期化される。実行された移動要求の指数は、ステップ３１４に示されるように、完了されるべき移動要求の数と比較される。次の移動要求指数が移動要求の数よりも小さい場合、ステップ３１６に示されるように、交通管理システムが移動要求に対応するようにＭＴＶを割り当てることを実行するために、次の移動要求が実行用に交通管理システムに受け渡される。次の移動要求指数が移動要求の数よりも大きい場合、ステップ３２２に示されるように、次の移動要求と、さらに低い優先順位を有する後続の移動要求は、次の期間での実行用に待ち行列化され、処理はステップ３０２に戻る。ステップ３１６に示されるように、交通管理システムが次に実行されるべき移動要求を受けると、交通管理システムは、その移動要求を遂行するように、ＭＴＶを割り当てる。ステップ３１８に示されるように、割り当て可能なＭＴＶが存在することを決定するためにチェックが行われる。割り当て可能なＭＴＶが存在する場合、そのＭＴＶは割り当てられ、そしてステップ３２０に示されるように、その移動要求は実行される。既に実行された移動要求の数を示す指数は、インクリメントされ（ステップ３２２）、処理はステップ３１４に戻って次の移動要求の実行を開始する。移動要求の実行に利用できるＭＴＶが存在しない場合、現在の移動要求と、さらに低い優先順位を有する後続の移動要求は、ステップ３２２に示されるように、次の期間での実行用に待ち行列化され、処理はステップ３０２に戻る。

当業者は、ここに開示された発明の概念から逸脱することなく、上述した交通管理用の方法および装置に対する変形および変更がなされるものであることを認めるであろう。従って、この発明は、添付された請求の範囲の精神および範囲によってのみ制限されるものと見られるべきである。

自動材料取扱いシステムの例示的接続形態の模式図である。 本発明による交通管理システムのブロック図である。 本発明による交通管理方法を示すフローチャートである。 臨界ピックアップ時間を表す。 本発明によるフィードバック制御システムのブロック図である。

Claims (11)

1. 材料輸送車両を有した自動材料取扱いシステムに用いる所定期間内の材料のピックアップおよび配送をスケジューリングするための方法であって、
   複数の移動要求を受けるステップと、
   前記複数の移動要求のそれぞれに対する臨界ピックアップ時間を計算するステップと、 各移動要求に対して計算された臨界ピックアップ時間に従って前記複数の移動要求をランク付けリストにランク付けするステップと、
   将来の期間に延期されるべき移動要求の数を計算するステップと、
   前記計算した延期されるべき移動要求の数に基づいて、前記所定期間内に実行されるべき移動要求の数を計算するステップと、
   実行された移動要求の数が実行されるべき移動要求の数を越えるまで、次にランク付けされた移動要求を実行するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記実行するステップは、
   実行する移動要求を実行するために材料輸送車両が割り当て可能であるかを決定するステップと、
   材料輸送車両が割り当て可能である場合に、
   前記材料輸送車両を割り当てるステップと、
   前記移動要求を実行するステップと、
   材料輸送車両が割り当て可能でない場合に、
   前記移動要求および残存する後続の移動要求を、将来の期間に処理されるべきものとして、前記ランク付けリストに戻すステップと
   を更に含む請求項１記載の方法。
3. 前記臨界ピックアップ時間を計算するステップは、
   移動要求の次のステップｎ＋１の処理時間を決定するステップと、
   発送元ノードから宛先ノードまでの材料輸送時間を決定するステップと、
   前記材料輸送時間を前記ステップｎ＋１の処理時間から減算するステップと
   を更に含む請求項１記載の方法。
4. 複数の移動要求をスケジューリングするための装置であって、交通管理システムと、優先順位付けモジュールと、フィードバックモジュールとを備え、
   前記交通管理システムは、複数の未決着移動要求の入力および第１の出力と、複数の完了した移動要求の第２の出力と、車両利用パラメータの第３の出力とを有し、
   前記優先順位付けモジュールは、複数の移動要求、複数の未決着移動要求およびフィードバックパラメータを受けるように構成および配置され、
   前記優先順位付けモジュールは、所定の期間内に実行されるべき移動要求の数を計算し、また、複数の移動要求のそれぞれに関連した臨界ピックアップ時間に従って複数の移動要求および複数の未決着移動要求を優先順位付けするように動作し、
   前記優先順位付けモジュールは、実行されるべき移動要求の数に等しい複数の優先順位付けされた移動要求を自動材料取扱いシステムの入力に与えるように動作するものであり、
   前記フィードバックモジュールは、自動材料取扱いシステムから車両利用パラメータを受けて、将来の期間に延期されるべき移動要求の数を計算し、
   そして、延期されるべき移動要求の数をフィードバックパラメータとして前記優先順位付けモジュールに与えるものであることを特徴とする装置。
5. 前記交通管理システムは、実行されるべき移動要求を入力として受けるロケータモジュ ールを含み、このロケータモジュールは、自由な材料輸送車両を配置し、その材料輸送車両を入力移動要求の実行に割り当てるように動作する請求項４記載の装置。
6. 材料輸送車両を有した自動材料取扱いシステムにおける材料のピックアップおよび配送をスケジューリングするための方法であって、
   各移動要求に関連した期限を含む複数の移動要求を受けるステップと、
   前記複数の移動要求をランク付けリストにランク付けするステップと、
   将来の期間に延期されるべき移動要求の数を計算するステップと、
   前記計算した延期されるべき移動要求の数に基づいてランク付けされた移動要求の数を順番に実行するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
7. 前記ランク付けするステップは、前記移動要求のそれぞれに関連した期限に従って前記移動要求をランク付けするステップを更に含む請求項６記載の方法。
8. 前記期限に等しい次のステップｎ＋１の処理時間を決定するステップと、
   発送元ノードから宛先ノードまでの材料輸送時間を決定するステップと、
   前記材料輸送時間を前記ステップｎ＋１の処理時間から減算するステップとにもとづいて、前記移動要求に対する臨界ピックアップ時間を計算するステップ
   を更に含む請求項７記載の方法。
9. 前記実行するステップは、
   実行する移動要求を実行するために材料輸送車両が割り当て可能であるかを決定するステップと、
   材料輸送車両が割り当て可能である場合に、
   前記材料輸送車両を割り当てるステップと、
   前記移動要求を実行するステップと、
   材料輸送車両が割り当て可能でない場合に、
   前記移動要求および残存する後続の移動要求を、将来の期間に処理されるべきものとして、前記ランク付けリストに戻すステップと
   を更に含む請求項６記載の方法。
10. 少なくとも１つの追加的な移動要求を受けるステップと、
    前記少なくとも１つの追加的な移動要求をランク付けするステップと、
    前記ランク付けされた少なくとも１つの追加的な移動要求を前記ランク付けされた複数の移動要求の適切な位置に挿入するステップと
    を更に備える請求項６記載の方法。
11. 前記ランク付けされた移動要求を実行するステップは、
    現在実行されるべき移動要求の数を計算するステップと、
    実行された移動要求の数が現在実行されるべき移動要求の数を越えるまで次にランク付けされた移動要求を実行するステップと
    を備える請求項６記載の方法。

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