课题基金 / 基金详情

芯片代工厂物料派单调度与运输路径规划联合优化

批准号:
72101094
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
苏宙行
依托单位:
学科分类:
运筹与管理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
苏宙行

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
智能制造是我国制造强国战略的主攻方向之一,而集成电路制造作为一个极其复杂的系统工程,其智能化对制造强国战略意义重大。物料派单调度与运输路径规划是芯片制造过程中的重要环节,高效的物料派单调度与运输路径规划在提高产能的同时,还可以降低单位生产成本,助力绿色制造。本项目将对芯片代工厂中的真实需求进行系统建模,围绕产能优化对芯片代工厂物料派单调度与运输路径规划联合优化开展研究。面向其中的多层次复杂决策,建立运输能力感知的物料派单调度问题模型与智能拥塞控制使能的运输路径规划问题模型,探索模型间的交互与反馈机制。采用数学启发式算法实现物料派单调度智能决策,使用基于松弛-修复两阶段求解技术实现运输路径格局优化,结合时空状态图与弹射链等技术进行车流疏导,并探索多层次求解框架下的子算法联动协同。本项目在理论上探索求解相关核心问题的智能优化算法,在实践上为真实智能制造系统提供算法内核,为芯片制造的智能化赋能。
英文摘要
Intelligent manufacturing is one of the major objectives of China's manufacturing power strategy. As the manufacture of integrated circuits is a highly complex system engineering problem, its intelligence is very important to the manufacturing power strategy. Material dispatch scheduling and transferring path planning are important steps in semi-conductor manufacturing. Effective material dispatch scheduling and transferring path planning can not only increase the productivity, but also reduce the unit production costs which is benefit to green manufacturing. This project will systematically model the real-world demands in foundries, and study the joint optimization of material dispatch scheduling and transferring path planning in order to achieve productivity optimization. Aiming at the multi-level complex decision within it, we will construct a transporting capability-aware material dispatch scheduling model and an intelligent congestion control-enabled transferring path planning model, and then explore the interaction and feedback mechanism between the two models. Furthermore, we will adopt a matheuristic algorithm for the intelligent decision of material dispatch scheduling, a two-stage relax-repair framework for the structural route optimization, and a time expansion graph and ecjection chain technique for traffic grooming, and then investigate the collaboration among the sub-algorithms. In theory, this project studies the intelligent optimization algorithms for solving the corresponding key problems. In practice, it offers an algorithm core to real smart manufacturing systems, and enables the intelligence of chip manufacturing.
芯片的生产制造主要围绕晶圆展开,每块晶圆需要按照指定的顺序在不同设备上依次完成多道工序。芯片代工厂的产能一方面取决于相关设备的性能、数量与布局,另一方面还受到规划与调度算法的影响,智能化的物料派单调度与运输路径规划对产能提升意义重大。本项目主要研究物料派单调度与运输路径规划的智能优化算法,助力芯片代工厂的智能化运营管理,提高产能并降低交付延误。对于物料派单调度,首先需指定各晶圆的各道工序具体由哪一台设备执行,随后确定分配至每台设备上的工序的执行顺序。对于运输路径规划,首先应为每个运输任务分配运输车,随后为运输车规划取货与运输的路径。针对该问题,从以下三个方面开展了研究:1)针对物料派单调度问题的关键科学问题,提出了一种基于自适应加权技术的局部搜索算法。自适应加权技术为工序的执行时间分配权重,并在搜索过程中动态更新权重,引导搜索向更有希望的搜索区域进行,并结合禁忌搜索策略,帮助搜索逃离局部最优解并提高搜索多样性。2)针对运输路径规划问题,设计了高效的基于迭代局部搜索的多重启动元启发式算法,结合问题特征设计了基于带重装载的两级随机变邻域下降、延迟接受爬山准则、子路径移除的松弛引入、拆分重插入、弹射链等策略,高效地求解了多个相关路径规划问题。3)针对物料派单调度与运输路径规划的联合优化中上层模型对下层的约束和目标估计不准确的关键挑战,在上层模型中引入了多组可调节的参数,基于双层优化框架,设计了一种小生境差分进化算法来求解子算法间相互作用动态交互的多模态黑盒优化问题。基于相关成果在国际国内算法竞赛中取得了3项全球冠军与2项全国一等奖,在SCI一区知名国际期刊发表论文5篇,于人工智能领域中国计算机学会推荐的A类会议3篇,被UTD24期刊录用论文1篇,申请并获得软件著作权2项。算法已部分集成至芯片代工厂核心零部件供应商弥费科技的自动物料搬运系统中,为智能制造技术的发展贡献了力量。
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