物流配送文参考文献财经

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目录

1微型连接器信号完整性的改善设计李华

9A公司产品物流配送建模与仿真岳倩

15跨国企业供应链网络规划的优化方法研究刘赛琦

23离散型生产系统仿真在半导体制造业产能规划中的应用刘鹏,杜正春

微型连接器信号完整性的改善设计

李华

(上海交通大学机械与动力工程学院,200030)

摘 要信号完整性是电子产品非常重要的参考指标,传递电子信号的电子连接器产品也需要满足不同系统的信号完整性问题.本文就卡缘连接器在外设组件互连标准2.0(PCI-E2.0)系统中的信号完整性问题进行展开研究.首先确认PCI-E2.0系统对产品的规格要求,再对现有产品进行仿真分析,找出较差的性能参数并进行展开分析,总结出改善的方向,然后结合卡缘连接器的结构特点进行改善.最后的新设计实现了改善目标.

关 键 词信号TheSignalIntegrateImprovedDesignofCardedgeConnector

LiHua

(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,200030)

Abstract:Signalintegrateiseryimportanttargettoelectricalproducts,electricalconnectorsthatsendelectricalsignalsalsoneedtomeetsignalintegrateproblemordifferentsystems.Thecardedgeconnector'ssignalintegratesissueforPCI-E2.0systemisstudiedinthispaper.First,confirmthePCI-E2.0specificationrequiredtoconnector.Thendothesimulationforcurrentconnector,findoutthenotgooditems.Afteranalysis,weetochangedirection.Then,dotheimprovementaccordingtotheparticularstructureofcardedgeconnector.Finally,thenewdesigncanmeettherequirements.

Keywords:Signalintegrate,Cardedgeconnector,PCI-E2.0

引言

随(PCB)和硅片将表现出与低速设计截然不同的行为,即出现信号完整性问题.

信号完整性问题能导致或者直接带来信号失真,定时错误,不正确数据,地址和控制线以及系统误工作甚至系统崩溃,解决不好会严重影响产品性能并带来不可估量的损失[2].目前,信号完整性问题已成为高速产品设计中非常值得注意的问题.

卡缘连接器产品主要是传递子印刷板(模组卡)与主印刷板间的信号.此前,卡缘连接器一般是以机械产品设计的思路来进行设计与生产,而电气规格一般较少被提及,主要是因为连接器目前使用的电子局部系统的频率和速度并不高,很少出现电气问题.随着电子系统的发展,越来越多的电子系统厂商要求连接器能满足更高频率系统的要求,解决信号完整性问题,不致使信号在传递的过程中失真[3].

1信号完整性简介

信号完整性是指信号未受到损伤的一种状态,它表示信号质量和信号传输后仍保持正确的功能特性.信号完整性问题研究的是电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题.主要表现在对时序的影响,信号振铃,信号反射,近端串音,远端串音,开关噪声,非单调性,地弹,电源反弹,衰减,容性负载,电磁辐射,电磁干扰等[4].

对于连接器所面临的信号完整性受电子系统设计的影响,不同的系统,会有不同的规格要求.一般需要卡缘连接器满足的关键信号完整性参数有:

1)插入损耗,是指在传输系统的某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗,它表示为该元件或器件插入前负载上所接收到的功率与插入后同一负载上所接收到的功率以分贝为单位的比值.

2)回波损耗,是电缆链路由于阻抗不匹配所产生的反射,是一对线自身的反射.

3)近端串音,电缆链路中一对线与另一对线之间的因信号耦合效应而产生的串扰.

2PCI-E2.0的信号完整性

对于笔记本内部的卡缘连接器产品随着电子产品的发展信号传送的速率和频率越来越高很多客户开始要求卡缘连接器产品满足PCI-E2.07.5GHz,系统阻抗为85Ω.其它关键的信号完整性参数插入损耗回波损耗和端串音规格要求如表1表1PCI-E2.0规格要求

插入损耗:≧-0.5dB,f≦2.5GHz≧-[0.8*(f-2.5)+0.5]dB,2.5<,f≦5GHz≧-[3*(f-5)+2.5]dB,5<,f≦7.5GHz,回波损耗:≦-15dB,f≦3GHz≦-5dB,3<,f≦5GHz≦-1dB,5<,f≦7.5GHz,近端串音:≦-32dB,f≦2.5GHz≦-26dB,2.5≦f≦5GHz≦-20dB,5≦f≦7.5GHz,在明确客户需求的PCI-E2.0的信号完整性规格之后,需要对厂内现有的卡缘连接器产品进行仿真确认,再依据模拟结果来优化设计.

现有产品的信号完整性

在信号的频率和速度提高的同时,电子零件传输信号时,一般是采用较为先进的差分传输.差分传输是在这两根线上都传输信号,这两个信号的振幅相等,相位相反.如图1所示.

图1差分信号图示

卡缘连接器也是要采用差分排部的方式来传输信号.为确认现有的产品是否满足客户要求的PCI-E2.0规格需求,对卡缘连接器产品进行仿真分析.图2为现有产品的分析模型,其中塑料的介电常数(εr)为3.6,端子的导电率为13%.

图2卡缘连接器分析模型

高频分析一般是采用Ansoft/Q3D软件.仿真结果显示,现有产品的插入损耗能满足PCI-E2.0的规格要求,外排端子优于内排,离规格线较远.近端串音虽然离规格线较近,但尚能满足PCI-E2.0的规格要求,同样是外排端子优于内排端子.但是现有产品的回波损耗比较差,特别是内排端子,超过规格线较多,如图3所示.

图3模拟分析结果

确认产品的阻抗,发现产品阻抗偏小严重,内排端子为58.9Ω,外排端子为68.8Ω,与系统

图4阻抗模拟结果

综上,模拟结果表明,产品的阻抗偏小较多,回波损耗也不能满足PCI-E2.0的规格,需要对此两项高频问题进行分析展开,找出可供改善的因子进行优化改善.在设计改善过程中,优先在对产品的制造和生产冲击不大的情况下,进行最大化改善,若仍不能满足需求,才会考虑对产品结构进行诸

4问题分析

4.1阻抗偏低分析

阻抗是单位电流通过导体产生的电压降,由电阻部分(实部)和反应部分(虚部)组成.

(1)

(2)

(3)

其中:

Z—阻抗

R—导体电阻

XL—感抗

XC—容抗

ω—角速度

L—电感

C—电容

当通路上流经高频信号时,所呈现出来的阻抗为:

(4)

G—导间电导

对于微型连接器,端子的电阻和端子间的电导很小,在高频信号流经时,可按理想传输线来分析,即R等于0,G等于0,理想状况下的阻抗为特征阻抗Z0:

(5)

电感的计算公式比较复杂,且卡缘连接器的信号是由接触卡的端子头部到焊接PCB的尾部,信号的传输距离由结构决定,电感可供调节的空间不大.

对于电容,计算公式较为简单:

(6)

其中:

εr—绝缘质电数

A导间对积

h两导间间

决定电容大小的三个参数,导体间的距离h由卡缘连接器的模组卡决定,一般不能改变,其他的两个参数均可以调节.介电常数εr由两导体间绝缘体决定.塑料的介电常数为3.6,而空气的介电常数是1.从上面的公式(5)和(6)可知,若想提高阻抗,可降低介电常数,而空气的介电常数低于塑料,可以减少端子周围的塑料,采用空气做介质.

决定电容的另一个参数----导体的正对面积A,由端子结构决定.正对面积越小,电容越小,阻抗越大.所以还可以通过A来改善阻抗.

4.2回波损耗分析

信号沿传输线向前传播时,每时每刻都会感受到一个瞬态阻抗,这个阻抗可能是传输线本身的,也可能是中途或末端其他元件的.对于信号来说,它不会区分到底是什么,信号所感受到的只有阻抗.如果信号感受到的阻抗是恒定的,那么它就会正常向前传播,只要感受到的阻抗发生变化,信号都会发生反射[5].

那么有多少被反射回传输线的起点呢衡量信号发射的主要指标就是回波损耗,回波损耗能衡量信号的反射情况.

卡缘连接器的回波损耗超规,说明信号传递到连接器时,阻抗变化较大,卡缘连接器产品的阻抗与系统阻抗不匹配[6].PCI-E2.0的阻抗规格为85Ω,而卡缘连接器产品的阻抗为58.9Ω,匹配性较差.反之,若产品阻抗与系统阻抗一致或接近,那么回波损耗也不会有问题.所以可以通过提升阻抗与系统阻抗匹配来改善回波损耗.

综上,为使卡缘连接产品能满足PCI-E2.0的规格,可通过以下两个方面来改善.

1.减少端子周围的塑料,采用介电常数低的空气取代塑料作为介质.

2.减小端子间对

图5内排端子改善

改善后的内排端子正对面积减小了约45%,预估阻抗应有较大幅度的提升.同时对改善后的内排端子悬臂梁进行优化分析,结果显示改善后端子满足正向力的需求,如图6.

图6内排端子正向力分析结果

对于外排端子,虽然优于内排端子,但仍然是超出规格下限.故在端子大体形状不变的情况下,将端子较大面积的区域进行挖孔设计,正对面积会减小约30%.如图7所示.

图7外排端子改善

另一方面,也需要在满足塑料对端子固持和限位作用的前提下,尽可能多的将端子周围的塑料挖去.采用空气替代塑料做为介质,如图8所示.

图8塑胶改善

以上改善中,内排端子正对面积减小45%,配合塑料的改善,根据公式(5)和(7)初步预估,内排端子的阻抗能有1.3倍的改善.同理,外排端子的阻抗也会有约1.2倍的改善.通过阻抗的提高.卡缘连损应

6改善效果确认

6.1仿真模拟确认

设计改善后,再采用同样的方式进行仿真确认.内排端子阻抗最小为74.2Ω,虽然没有达到85Ω,但较会

图9改善后产品阻抗

阻抗提高后,产品回波损耗有了很大改善,能满足PCI-E2.0规格.如图10所示.

图10改善后的产品回波损耗

由于阻抗的提高,与系统阻抗更加匹配,插入损耗和近端串音性能更加优异.设计改善后产品应能满足PCI-E2.0的规格需求.

6.2实测结果

改善后的设计经过仿真模拟确认可行后,产品投入开发.将开发出来的产品进行实际高频测试,结果表明产品的插入损耗,回波损耗和近端串音均能满足规格需求.如图17所示.

图17改善后的产品实测结果

7结论

随着电子产品的发展,电子业界对各零组件产品的信号完整性要求越来越高.为了使新一代卡缘连接器产品能满足PCI-E2.0的规格需求,通过对现有产品的仿真分析,了解目前卡缘连接器与规格差距,再对产品阻抗进行展开,结合产品的结构特征,找到了优化改善的方案,最终仿真和实测结果显示新的设计能满足PCI-E2.0的规格需求,解决了卡缘连

参考献,2016

[2]于争,2016

[3]MentorGraphics,High-SpeedElectricalDesignUsingISStudentWorkbook,MentorGraphicsCorporation,2004

[4]张士贤,信号完整性基础知识,中兴通讯上海第一研究所,2000

[5]EricBogatin,信号完整性分析,电子工业出版社,2005

A公司产品物流配送建模与仿真

岳倩

(上海交通大学机械与动力工程学院,200030)

摘 要本论文根据物流配送网络&#

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关 键 词物流配送,网络流模型,遗传算法

CaseStudyonLogisticDistributionofaCompany'sProducts

YueQian

(SchoolofMechanicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,200030)

Thisthesisisbasedonthelogisticsworkcharacteristics,toexploretheworkgraphmodelandgeicalgorithmwhichusedinlogisticsdistributionoptimization,inordertoimprovethescientificnatureanddecision-makingefficiencyofdistributiondecision.

KEYWORDSlogisticdistribution,workflowmode,geicalgorithm

引言

物流配送是物流中的一个重要环节,它是指在经济合理区域内,根据用户要求,对物品进行拣选,加工,包装,分割,组配等作业,并按时送达指定地点的物流活动.目前,国内物流和配送服务已有较快的发展,物流配送已经成为许多企业降低成本,提高竞争能力的重要手段.新的形势对配送系统也有新的要求,如何在保持高度准时,快速配送要求下降低成本是物流配送面临的新挑战.

1建模

A公司继电器产品供应链主要有金属件供应商,塑料件供应商,模具供应商,触点供应商,漆包线供应商,包装材料供应商等6家供应商和以及全国12家销售分公司所构成的,由销售公司负责对顾客销售并收集顾客需求,而主要顾客包括各汽车主机厂和其它顾客两大类.为了便于在理论上的分析,本文选择金属件供应商,塑料件供应商,模具供应商,和销售公司所构成的供应链为研究对象,展开对A公司配送优化的模型与算法研究

首先,根据继电器产品的实际运作情况及网络流的基本理论,我们构建了图1所示的网络流模型.

图继电器产品供应链网络流模型

在图中,弧表示供应商对A公司的补货量,弧表示A公司制造产品剩余量,弧表示A公司制造产品对销售商的补货量,弧表示A公司利用库存对销售商的补货量,弧表示A公司初始库存对销售商补货后的剩余库存量,弧分别表示3个销售商利用补货满足需求的数量,弧分别表示3个销售商补货剩余产品的数量,弧表示3个销售商利用期初库存满足需求的数量,弧分别表示3个销售商初始库存剩余产品的数量为了便于后文模型的建立,作出如下假设描述:

(1)供应商的单位补货成本为,A公司的单位零部件产品补货成本为,A公司的单位产品库存持有成本为,A公司的单位缺货成本为,A公司的制造单位产品的制造成本,销售商的单位补货成本为,销售商的单位库存持有成本为,销售商的单位缺货成本为.

(2)A公司和销售商均采用order-up-to策略控制库存,A公司的订至点水平为,销售商的订至点水平为().

(3)A公司和销售商的缺货全部可补,但具有一定的缺货惩罚成本.

本文考虑图所示供应链配送网络的总成本为目标,建立相应的规划模型.由上分析可知,该配送网络成本主要包括:供应商总成本,A公司的总成本和销售商的总成本三部分组成.

对于供应商而言,其主要成本即为即为原材料的补货成本,则有:

对于A公司而言,其主要成本包括产品制造成本零部件产品的补货成本,产品库存持有成本和产品缺货成本,则有:

对于销售商而言,其主要成本包括产品补货成本,库存持有成本和缺货惩罚成本,则有:

由上描述,可建立A公司配送网络优化模型的目标函数,如下所示:

上式给出了本文所考虑的A公司的优化目标函数,根据图所示的网络流模型及网络流的基本理论,下面从A公司和销售商两个方面来研究建立模型所对应的约束条件.

对于A公司而言,有以下约束条件需要满足:

对于销售商而言,有以下约束条件需要满足:

在以上模型中,的order-up-to订至点水平和各销售商的order-up-to订至点水平为决策变量,其它变量均为中间变量,各销售商的需求则为外生变量.由模型可知,该模型反映了A公司配送网络中的物流均衡,并在此基础上根据合理设计库存订至点水平来达到配送网络整体成本最小化的目标,一定程度上反映了A公司的实际配送运作情况.

本文通过运用标准遗传算法和随机拟梯度算法对模型进行求解.为了验证本研究所构建模型与算法的可行性和有效性,下文利用实例来实现对模型的计算与仿真,以此来验证模型与算法.

首先笔者对本文实例研究对象继电器产品的相关成本参数进行了调研,共获取了3个供应商和3个销售商的相关成本参数,如表1所示.

然后,笔者在Matlab平台上,基于M语言编程实现了针对相关成本参数的仿真优化程序.本文是通过对遗传算法工具箱中的相关核心函数进行调用来实现本文实例的计算与仿真的.

表继电器产品的相关成本参数

1.21.62.41.51.21.34.03.02.52.82.42.63.23.33.23.84.24.0本文中的相关模型参数利用调研获取的成本参数来代替,并假设三个销售商面对独立同分布随机性需求

由图2和图3可以发现,算法较好地给出了模型的最优解.

图最优订至点水平计算过程图遗传算法计算过程

表本文仿真实验计算结果

订至点平均值中位数标准差最优值95%半置信区间宽度13.2929132.68220.7584132.50920.0175116.5671116.55260.4317116.42330.0133177.3324177.65970.2732176.61290.0489201.3101201.50360.8661201.24410.0652为了进一步反映,A公司相关成本参数对于配送系统总成本的影响,本文还对A公司参数的灵敏度进行了分析,主要是对A公司的单位产品库存持有成本为A公司的单位缺货成本为A公司的制造单位产品的制造成本

图A公司成本参数灵敏度分析

3结论

本论文根据物流配送网络的特点,探讨网络图模型和遗传算法等技术应用于物流配送及成本优化中的技术和方法,以提高A公司在配送决策时的科学性和决策效率.通过本文的研究,不仅为A公司降低配送成本,而且为公司管理层在引进新产品,决定生产线类型以及配送方式决策时提供了理论依据,并对其它产品优化有积极的参考作用.模型的是建立在假设供应商的库存充足,没有进一步深入研究供应商缺货时的情况.同时对库存控制策略的考虑不够,仅考虑了order-up-to策略,更多控制策略有待进一步研究.

本文是一篇原材料论文范文,原材料有关学士学位论文,关于物流配送文参考文献财经相关毕业论文的格式范文。适合原材料及电子产品及大学机械方面的的大学硕士和本科毕业论文以及原材料相关开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。

其中:

为分拨中心k客户对产品l的需求,单位为EA

为PCBA生产基地生产产品l的生产成本,单位为美元

为装配基地j装配产品l的生产成本,单位为美元

为原材料m的成本.单位为美元

为生产基地i的产能,单位为EA

为装配基地j的产能,单位为EA

为原材料m的采购前置期.单位为天

为原材料m在i生产基地的预测标准差.单位为EA/天

为产品l的销售价格.单位为美元

表示从i点到j点的单位运输成本,单位为美元/镑,

j点到k点的单位运输成本,单位为美元/镑,

i点到j点的最短运输距离,单位为KM,

j点到k点的最短运输距离,单位为KM,

l的重量.单位为镑

为半成品n的重量.单位为镑

为成品l与原材料m之间的BOM对应数量

I为库存利率

k等于满足95%服务水平的安全库存系数

设定决策变量

PCBA生产基地i生产的产品l的数量/天

装配基地j生产的产品l的数量/天

对目标函数(1)有一个需要说明的是:根据平方根法则,).这样,目标函数(1)表示完成客户所有需求并且达到95%服务水平任务的总成本,而问题的优化目标是使目标函数(1)最小化,也就是所有成本之和的最小化.

约束函数:

上述四个约束,对这样的一个最小化优化问题进行了约定,说明如下:

约束(2)生产基地产量约束,即所有基地生产的产量均按需生产,其生产产量应当与客户的需求量相匹配.约束(3)是装配基地产量约束,即所有基地生产的产量要等于客户的需求量.约束(4)和约束(5)保证了产量小于各基地的产能,这是非常重要的约束.

我司是一家生产电子产品的企业,在亚太,美洲和欧洲都设有分销中心.本文分析的是AGBU的9个代表产品,其在各大区的年需求分布大致如表1.

表1需求分布表

ProductFamilyAmericasAPACEMEA2900ISR56%13%30%3900ISR55%20%25%280048%21%31%ICV61%15%23%380054%21%25%800BB26%19%55%WANLAN50%23%27%180042%26%32%1900ISR37%25%38%GrandTotal50%19%31%

对于构建好的模型,需要代入具体数据采用有效合理的优化方法进行优化.

2优化方法及结果

2.1线性规划法

线性规划是运筹学中研究较早,发展较快,应用广泛,方法较成熟的一个重要分支,它是辅助人们进行科学管理的一种数学方法.在经济管理,交通运输,工农业生产等经济活动中,提高经济效果是人们不可缺少的要求,而提高经济效果一般通过两种途径:一是技术方面的改进,例如改善生产工艺,使用新设备和新型原材料.二是生产组织与计划的改进,即合理安排人力物力资源.线性规划所研究的是:在一定条件下,合理安排人力物力等资源,使经济效果达到最好.一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性规划问题.满足线性约束条件的解叫做可行解,由所有可行解组成的集合叫做可行域.决策变量,约束条件,目标函数是线性规划的三要素.

求解线性规划问题的基本方法是单纯形法,现在已有单纯形法的标准软件例如本文所使用的Xpress-MP,可在电子计算机上求解约束条件和决策变量数达10000个以上的线性规划问题.

2.2求解设计

本模型要解决的问题是确定以上9种产品在各个PCBA生产基地生产多少数量,在各个装配基地装配多少数量在满足客户对各产品的需求的前提下可以达到总成本最小.

从上文所列的数学模型看,这是一个整数规划的模型,理论上来说,运用整数线性规划方法就可以找到其最优解.本文借助市场上提供的标准线性规划软件Xpress-MP来解这个模型.

2.2.1Xpress-MP的求解原理

Xpress-MP是由英国DashOptimization有限公司开发的一个专用于线性规划问题优化的软件,它拥有专适用于线性规划问题建模和求解的编译型编程语言Mosel完整的可视化开发环境Xpress-IVE,高效的求解引擎,建模开发工具和运算模块,可以用于求解线性,整数,二次,非线性以及随机规划问题的能力.

Xpress-MP搜索最优解的运算法则,其最基本的原理是最优解的取值一定位于启发式的得到的问题最优解与问题的极限界之间.因此,简单的启发式算法可以在问题的优化解搜索中得到应用,另外,线性模型的极限界分析就界定了最优解的区域,随着启发式算法的进行,优化解的区域缩小,理论上来说,根据问题的规模这个区域的缩小时间可以趋于无穷,但是这一方法的最大优点是,随着求解得进行离开最优解的误差是可以得到的,也就是说,当我们设定一定的误差限度的话,一定的收敛条件可以使优化在有限精度条件下得到完成.方法的基本方法可以归纳如下:

(1)根据问题生成初始解并计算模型的极限界(最小化问题模型的最大下界和最大化问题模型的最小上界).

(2)对于整数或混合整数规划问题,运用分支定界方法生成新的优化模型,

对于一般线性规划问题,运用邻域搜索改变搜索空间.

(3)与前轮得到的最优解比较,保留最优解.

(4)模型的极限界值与得到的最优解一致为止.

2.2.2Xpress-MP中建模

在X-Press中创建模型,根据模型运行结果可以看到此模型有最优解,目标函数的最小值为2,455,958,530美元.

2.2.4优化结果比较

与我公司原来的模式进行比较,可以看到FOC的产能瓶颈问题得到解决,并且在此基础上得到了最优解,结果见表2所示.

表2优化结果

总费用(美元)优化前3679879820优化后2455958530分析优化前后的结果可以看到,通过优化求解,总成本节约了约33.3%.

3结论

供应链和物流作为现代企业重要的利润源泉,已经越来越引起人们的重视.其中生产基地,装配基地及配送基地的网络规划问题是现代物流管理中一个重要的研究课题:如何选取各基地的位置并且合理设置个基地的产量或运送量,可以加快对客户需求的响应速度,提高服务质量,降低企业运作成本,并设计合理,有效的生产及运输网络,尽量减少企业的生产,库存和运输成本成为非常实际的问题.通过对本企业遇到的网络规划中存在的问题以及不合理之处进行分析,在以降低总成本为目标的情况下,将此问题分阶段优化,寻找优化切入点.要达到降低成本的目标,从生产成本,装配成本,运输成本,和库存成本这四个方面出发.本文通过企业的实际情况,考虑生产和装配基地的产能约束,以及满足客户所有需求量的越束,形成一个整数线性规划的问题,使运输成本最小化.然后,以上述优化目标建立数学模型,由于是线性优化模型,通过大量的参考和比较,本文最终选择目前业内非常先进的标准线性规划软件Xpress-MP来求解.最后,通过程序运行的得到的优化结果和原先企业采用的配送方案的结果对比,说明该问题的确得到了优化,也证明了本文所建立的模型的正确性.

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系统的设计

仿真系统需要围绕产品工艺流程进行设计.在分析加工制造系统的基础上,根据产品的加工工艺,以各生产片断的若干核心工艺设备或者静态产能瓶颈设备为研究对象,构建整条生产线.同时,按照生产线的加工速度,对每个研究对象进行生产顺序和生产周期的预设.系统需要和生产线数据库进行实时数据交换,从数据库获得研究对象的实时状态或预测状态,以及当前状态下的产品在制品分布图.为保持更大的柔性,系统还应具有人工输入设备状态信息的模拟功能.以此对设备可能出现的问题进行仿真模拟运算,量化影响结果,并对下游单位进行产能评估和预警.达到整体的协调一致和加工能力的合理配置,实现制造过程的高效率和高柔性.

图1仿真系统逻辑

仿真系统的建立

半导体制造生产线是典型的离散事件系统.离散事件系统的时间是连续变化的,而系统的状态仅在一些离散的时刻上由于随机事件的驭动而发生变化[3].由于状态是离散变化的,而引发状态变化的事件是随机发生的,离散事件系统的模型很难用数学方程来描述.因此,根据制造生产线产品信息,工艺制程信息,设备状态信息,设备产能信息和生产线生产周期信息建立生产系统仿真模型,对整个生产系统进行动态产能评估和在制品物流预测.

模型仿真模型是对问题的直观描述,通过在制品走势的仿真模拟,对指定时段,指定研究对象的在制品库存进行预测[4].仿真系统通过JA程序构建,和EXCEL进行对接,通过EXCEL读取工艺流程,设备状态,生产线周期等信息,进行模拟产能运算.系统会对每一种设备的当前在制品库存总量作为一个整体进行循环计算.首先判断目前这些在制品是否小于该设备的当天的预测产能.如果小于当天预测产能,那这批在制品将会全部在当日完成加工,按照生产工艺流入下一站点,如果大于当天预测产能,该设备组将只会完成预测产能相对应的在制品数量的加工,将该批在制品送入下一站点,而将余下的在制品储存到第二天该站点的在制品库存中,和第二天从上游站点流入该站点的在制品一起作为整体,重新按照库存和预测产能的大小比较进行判断.

表1仿真系统运算逻辑

i设备i+1运算逻辑dd+1第j天当天产能1215按照设备状态计算得出上一天积压WIP010当天WIP流入量152WIP总量1512等于上一天积压WIP+当天WIP流入量流入下一站点1212等于IF(当天产能〉WIP总量,WIP总量,当天产能)积压WIP30等于WIP总量-流入下一站点第j+1天当天产能138按照设备状态计算得出上一天积压WIP30当天WIP流入量812WIP总量1112流入下一站点118剩余WIP04

图2仿真系统核心代码

JA自带对话框会对特殊设定进行人机交互式输入,包括指定设备的特殊状态等.JA同时和生产线的数据中心进行实时对接,从数据中心获得在制品实时分布,设备实时状态,生产周期以及未来数日设备状态预测等信息.通过模拟运算,JA会按设定返回多张EXCEL报表,核心程序代码如图2所示.

仿真运行

在制品走势仿真

离散事件是一系列按时序,随时发生的具体事实[5],它们只在离散的可数时刻上发生,这些事实一旦出现,将使系统中一个或若干个状态变量发生瞬时跃变.离散系统仿真就是通过模拟不同时间离散事件的发生以及对系统状态变化的影响来实现的.系统状态的变化又通过EXCEL电子表格具体化通过仿真可以查看整条生产线在制品的走势和分布,也可以查看指定设备的在制品预测.同时,仿真系统还可以进行生产线瓶颈设备的预测.对生产管理以及产能评估作出及时准确的预测.

设备维护调度仿真

设备维护调度是指对生产线上设备资源的分配和利用,就是根据仿真模拟结果,为设备选择非瓶颈期进行设备当机维护,以减少对生产线的影响,避免在错误的时间进行设备维护,从而造成更大的在制品堵塞.在分析设备维护调度问题的基础上,制定合理的设备维护规则及策略,然后依据所制定的调度规则及策略制定出合理的作业计划和调度方案,并通过触发器及其它相关对象加以实现.在静态和动态调度下,生成设备维护的推荐时间段.

评估与优化

设备利用率与瓶颈设备分析

设备利用率U

U等于需要用于生产的时间设备可用于生产的时间设备利用率反应了设备的荷载程度.是衡量设备负荷的重要参数.

瓶颈设备是指那些可用能力小于或等于需求能力的设备,当U>,100%时,表示该设备的利用率超出了他所能承受的最大限度,此时必须对一些参数记性调整,因为瓶颈设备控制着产品制造的完成时间,制约了整个生产线产出量.在生产线仿真的基础上,采用统计方法对工件通过主要设备的情况进行统计计算,统计的状态参数包括等待时间,加工时间,阻塞时间等,同时记录设备的维护起始时间和结束时间.通过对这些设备状态和硅片通过这些设备的时间的比较和分析,评估设备维护时间选择是否合理,找出瓶颈设备所在,以便对生产系统进行优化.

故障分析与评估

故障也是生产线主要性能指标之一,故障出现频率越低,说明设备利用率越高,设备性能越稳定.通过系统提供的功能,对设备故障间或持续时间的分布进行统计,并分析设备故障对在制品堵塞的影响.通过试验,比较与分析,找到较适当的故障间隔或持续时间的分布,以便差异化合理安排设备维修时间,为编制作业计划提供依据.

结论

本文主要研究大规模半导体生产线建模.半导体生产线由于工艺流程复杂,随机事件多,设备昂贵等,有必要通过仿真建模,找到准确描述其行为特征和变化规律的表示.本文基于JA语言的半导体模型,建立了在该模型基础上的一种离散事件动态仿真机制以及半导体生产线的仿真软件体系.最后讨论了基于仿真软件的运行结果进行生产线的平衡,改善和优化.研究结果对于对企业的产能评估,生产线的平衡,以及效率改善,降低生产成本具有重要的指导意义.