| 出版日期：2005-06-27 总期号：1423 本年期号：46 |
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生产计划与调度系统
加速半导体制造业变革 乔非 李莉 在当今激烈竞争的市场环境中，要想占领更多的市场份额，就要比业内竞争对手更有优势。半导体制造产业就是身处这样环境中的一个行业。最好的质量、最佳的客户服务、最低的制造成本、快速响应以及灵活性的特点，这些因素是左右半导体企业发展的关键。生产计划与调度系统能够帮助半导体制造企业实现这些因素。 自1958年美国德克萨斯仪器公司（TE）独立发明第一块半导体集成电路至今，半导体制造产业走过近50年的发展历程。据预测，在未来10～15年内，亚太地区将成为全球半导体制造业的中心，我国则有望成为全球半导体制造业重镇。 随着经济全球化的趋势日益加强与信息技术的迅速发展，市场环境发生了根本性的变化。面对激烈竞争的市场环境，企业界的重要对策就是采用将制造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新一代先进制造技术。 制造企业信息化集成框架 半导体制造企业信息化集成框架，主要包括五个层次（如图所示），即ERP系统、生产计划与调度系统、制造执行系统、设备自动化与运输系统以及工艺与测量自动化系统。 ERP系统 ERP系统关注的是企业的资源，即人、财、物。该系统从企业全局的角度对经营和生产进行全面计划，并实施企业资源的一体化管理。它以财务管理为核心，将资金流、物流与信息流加以有机结合，使整体价值链管理的概念得以实现。它强调企业流和半制成品的管理，通过对半制成品的管理实现企业的人员、财务、制造与销售之间的整合，支持企业业务过程重组。 目前，使用ERP进行生产计划存在的一个问题是很难将生产线上的实际运行信息考虑进去，如果仅依据客户需求进行生产计划的制订，再按照理论设备能力进行需求平衡，生成能力计划，这样制定的计划往往无法保证与实际生产的紧密结合，而不能有效地在实际生产中发挥作用。 生产计划与调度系统 生产计划与调度系统在充分考虑生产现场信息的条件下，对ERP生成的生产计划进行细化、分解，使之成为可供现场使用的操作计划。 在半导体制造环境下，由于生产运行变化迅速，要求做出快速、正确的决策，这就必须依靠先进的辅助决策工具——生产计划与调度系统。 制造执行系统MES MES提供从接受订货到制成最终产品全过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行和过程。MES通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任务作为关键因素的信息。 设备自动化与运输系统 在半导体制造环境下，其关键的加工设备大都为自动化生产设备，并且设备一般都与MES互连，从而提供实时的设备运行信息。 工艺与测量自动化 在半导体制造环境下，存在许多自动化检测仪器，工艺文件一般也是固定的，都与MES实现互连，实现数据的采集。 由上述分析可知，生产计划与调度系统是实现半导体制造企业生产管理优化的重要环节，是实现企业信息化不可或缺的重要组成部分。 调度软件技术发展趋势 目前，针对半导体制造的调度软件还是比较少见的。该软件往往是作为MES系统中的一个子系统，但提供的功能都是比较有限的，往往是使用简单的调度规则对待加工WIP进行排序，确定加工优先级，难以实现整个生产系统的生产优化管理。 目前，半导体制造调度软件主要关注进行能力平衡的生产计划、基于离散事件仿真技术的生产排程以及基于启发式规则的实时调度。 在进行能力平衡的生产计划中，使用的技术已经由原来单纯的线性规划进展到当前的模糊集与线性规划相结合的方法。但是目前的软件中存在的不足是只考虑了中长期的生产计划（如月计划、年计划等），对短期的计划（即投料计划）考虑的较少，并且在计划中往往不考虑实际的生产现场运行信息，因此，做出的计划往往与生产现场难以相符。 在已有的半导体制造调度软件中，只有部分软件基于离散事件仿真技术进行生产排程。在这类软件中普遍存在的问题是做出的生产排程由于生产现场的高度不确定性，往往过了一段时间或很快就变得无效，因此在实际应用中受到了很大的限制。 基于启发式规则的实时调度是目前半导体制造调度软件的主流，并且该软件常常嵌在MES中，为生产提供指导。该方法简单、快速、可行，但是这种方法的一个最大弱点就是往往只使用很简单的调度规则，只关注某个性能指标，并且考虑的是局部信息，因此调度的结果很可能与系统的优化目标有较大的偏差。 在设备维护调度方面，现有的半导体制造调度软件只是单纯地按照设备技术参数或时间参数安排设备维护保养，柔性较差。并且设备维护如果安排的不好，会对设备的利用率造成较大的影响，以致降低生产线的产能。理想的情况是根据生产线上的实际情况动态地安排设备维护保养。 现有的半导体制造调度软件对人员调度考虑的较少，并且在实际的半导体制造企业中，人员通常是充足的，可按无限能力来计算。 综上所述，目前已有的半导体制造调度软件并不能满足生产线的实际需求，半导体制造企业需要柔性更高的、更切合生产实际的调度系统。 生产计划与调度系统架构 针对半导体制造企业在生产计划与调度优化上越来越强烈的需求，专家设计了半导体制造企业生产计划与调度系统架构。该系统既可以对来自ERP的生产计划单进行细化、分解，再经过分析、计算与处理，将其转换为操作指令传递给MES系统；另一方面，可以通过MES系统获取底层生产线的实时运行状态信息，计算客户拟下订单的交货期，从而为客户提供准确的交货日期，提高客户的信任度与忠实度，并进一步获得新的客户。 设计的半导体制造企业生产计划与调度系统由七大模块组成，主要包括：数据通用接口模块、生产计划模块、生产排程模块、设备维护调度模块、重调度决策模块、实时调度模块与性能分析模块。 数据通用接口模块 数据通用接口模块使得该系统能够与各种类型的MES或其他数据采集系统集成，从而保证通用性、可扩展性与实用推广性。 生产计划模块 生产计划模块有两个功能：一是按照生产线的当前状态，将ERP下达的生产计划单分解为合理的日投料计划，在保证产品交货期的同时尽量保持生产线上的WIP平稳，以期望获得良好的生产线性能；二是按照生产线的当前状态，对可能的客户的订单预测其交货期，提高客户的信任度与忠诚度。 生产排程模块 生产排程模块可以基于离散事件仿真技术或其他技术，按照相应的日投料计划与生产运行信息，生成每日或每班详细的生产排程，为操作人员进行相应的操作提供指导。另外，该模块还可用于验证生产计划模块生成的日投料计划是否合理，以进一步修改，提高硅片制造生产线性能。 设备维护管理模块 设备维护管理模块的功能有两个：一是按照设备参数生成既定的设备维护计划；二是按照既定的设备维护计划与生产排程模块生成的生产排程，将设备维护动态地插入生产排程中，并将生成的设备维护调度计划反送给生产排程模块，以生成新的考虑设备维护调度的每日详细的生产排程。 重调度决策模块 重调度决策模块对生产线的运行状态信息进行跟踪，分析判断是否启发重调度，以及启发何种重调度。将相应的重调度算法在生产排程模块上加以应用，重新生成新的生产排程。 实时调度模块 实时调度模块用于为每台设备实时地生成调度方案，给出当前在设备前排队的工件加工优先级，选择最合适的工件优先在设备上加工。 性能分析模块 将实际制造过程测定的结果与过去的历史记录和企业制定的目标以及客户的要求进行比较。其输出的报告或在线显示可以用以辅助生产线性能的改进和提高。 由上述分析可知，在该体系架构下，投料控制、优化调度、实时调度与设备维护调度将协同进行，这样更加有助于提高调度的优化，从而大大提高企业生产管理水平。 
半导体制造企业信息化集成框架 点评 在当今激烈竞争的世界经济中，要占有“最有价值”的地位，必须使企业具有最好的质量、最佳的客户服务、最低的制造成本、快速响应以及灵活性的特点。而要达到这样的水平，就必须在正确的时间提供正确的信息，进行最佳的决策。生产计划与调度系统能够真正向企业提供以上这些功能。 我们在对半导体制造企业信息化框架深入分析的基础上，指出了生产计划与调度系统在企业生产管理优化中的重要地位。进而提出了半导体制造企业生产计划与调度系统架构，该架构能够指导半导体企业顺利实施自己的生产计划与调度系统，从而提高企业对动态市场的快速反应能力，提高企业竞争力。 |
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