半导体封装测试生产计划与调度协同性优化研究

Semiconductor manufacturing system (SMS) acts as more complex production process. From demand forecast and production planning till shop floor production scheduling, every portion performs the complex process with miscellaneous data quantity. It is imperative to dig out the collaboration between production planning and scheduling for complex manufacturing system optimization. With respect to the internal complexity, randomness and uncertainty of semiconductor manufacturing, this project build the multi-factory production planning collaboration, production planning and scheduling collaboration from the perspectives of mechanism, transmission and aggregation, information mining. The multi decoupling point collaborative model will be proposed, and the production collaboration optimization will be conducted accordingly. The research will optimize the ordering on-time delivery rate, inventory management, and provide a theoretical basis and implementing technology for revealing the evolution and further the forecast and optimization technology.

半导体制造系统是一个复杂、高度不确定性的离散动态系统。从客户需求预测，生产计划制定，再到车间生产调度实施，整个制造过程流程长、数据量繁杂。作为其制造链下游的封装测试阶段，由于其生产周期短、订单变动性大、产品家族分类复杂，研究该阶段生产计划与调度的协同性对于实现复杂制造系统的协同化生产管理具有重要意义。针对半导体封装测试生产系统的内在复杂性、随机性以及优化鲁棒性弱等问题，本项目从协同性产生机理、协同性传递与分布的角度，建立包含多工厂生产计划协同、生产计划与调度协同、订单与生产调度协同等多耦合协同关系，构建多耦合点协同模型，并基于模型进行复杂制造系统生产协同性优化，为复杂制造系统中订单交付率、库存管理等绩效指标的建模，预测和优化技术的发展与应用提供新颖性的技术方法。

本课题从系统化、协同化的角度构建适合半导体封装测试生产自身特点的协同体系结构，对生产计划与调度进行建模，研究生产协同过程中的关键技术和协商机制，并进行协商优化。具体地，本文的主要工作包括以下几个方面：.1）提出了半导体封装测试生产计划与车间调度混合控制体系框架结构。详细讨论了生产计划与调度之间的协同关系，对存在的问题进行了阐述和分析，对生产计划与调度过程中的关键因素进行模块化分类，建立了相互之间分层递阶和分布式混合结构。.2）提出了基于半成品延迟分化的封装测试生产计划与调度协同优化方法。在大批量定制生产环境下，讨论了生产计划与调度的协同问题。应用面向订单装配生产模式，对二者进行了模块化划分，建立了以半成品仓库为耦合点的延迟分化协同模型。模型以半成品仓库为耦合点，对生产计划与调度过程的原材料、在制品、半成品、订单等多因素进行分析，将订单作为关键要素进行了详细的讨论，提出了“日库存量”定义，对订单智能体与其他智能体的关系进行了数学量化分析。并讨论了原材料仓库、生产线在制品、半成品仓库、成品仓库、订单需求等模块的功能划分和相互协作关系。.3）提出了基于对策论的延迟分化协商机制和基于纳什平衡理论的协商优化方法。在半成品延迟分化的协商过程中，对订单的满足和库存（成品、半成品和在制品）管理上的冲突和制约，将基于对策论的二人非零和合作对策作为半成品延迟分化模型的协商机制，并将“阈值保证”和“触发补偿”机制引入到协商过程中，实现了订单和调度之间的平衡。针对平衡稳定性问题，在半成品延迟分化模型所定义的日库存量数学关系基础上，建立订单惩罚指数函数和库存函数作为赢得平衡函数，运用纳什平衡理论进行平衡稳定性讨论。运用启发式遗传基因算法寻求博弈双方的赢得函数的纳什均衡解，达到调度与订单的协同优化和冲突平衡。