何睿超，徐骏善，汪惠芬
(南京理工大学机械工程学院,江苏 南京〓210094)
摘要：为解决半导体生产系统作业调度问题，提出了一种基于层次赋时着色Petri网（HTCPN）与多代理系统（MAS）的调度系统建模与仿真方法。以半导体“图案成型”生产系统为对象，分析该系统调度问题的约束条件和多目标函数，设计MAS的组织结构和基于招标-投标策略的调度机制，结合HTCPN建模方法建立调度系统模型，最后采用仿真软件CPN Tools验证了该调度系统的可行性和有效性。
关键词：可重入生产系统;Petri网;多代理系统;调度系统;CPN Tools
中图分类号：TH166〓〓〓文献标识码：A〓〓〓文章编号：2095-509X(2021)11-0013-07


近年来，半导体战略地位逐步提升，其带来的经济效益有力推动了国民经济。半导体制造过程属于可重入生产［1］，其工艺复杂，单元生产和流水线生产的调度策略无法完全适用于其生产线，因此半导体生产调度问题成为国内外学者的研究热点。
刘小华等［2］利用数学规划法建立可重入生产系统调度模型，采用混合智能搜索算法对其进行求解，但该方法仅适用于规模较小、性质简单的问题。相比数学规划法，Petri网强大的建模与数学分析能力使其成为各种复杂生产系统建模的优先选择。左婷［3］、程培林［4］采用Petri网建立调度模型，并使用遗传算法进行求解，但该调度模型仅用于求初始解，未能最大化Petri网的作用。文献［5］、［6］采用启发式搜索方法对建立的Petri网可达树进行调度结果搜索，虽然有效利用了Petri网的动态特性，但建立可达树的方式难以运用在层次、着色等Petri网。Zhang等［7］将芯片制造车间的设备映射为调度代理，据此建立了瓶颈设备之间多代理协调交互的Petri网模型，并在EM-plant上进行仿真求解，与实例对比后证明所提方式改善了系统产量，但由于EM-plant非Petri网仿真软件，建立的Petri网模型需要经过二次转化才可在EM-plant上构建。此外，文献［8］~［10］分别将多代理系统（MAS）应用于车间调度、物流配送、卫星任务规划问题中，证明了多代理系统是解决复杂问题的有效方式。〖JP〗
本文在上述文献研究的基础上，引入多代理系统求解半导体调度问题。在分析半导体调度问题的约束条件与目标函数的基础上，设计了基于多代理的调度机制，结合Petri网建立针对半导体的调度系统，最后运用Petri网仿真软件CPN Tools对该调度问题进行求解。

1〓调度系统组织结构及调度机制设计
1.1〓“图案成型”生产过程简介
芯片制造是半导体制造中的关键步骤，工艺通常包括“薄膜淀积”“图案成型”和“半导体掺杂”。其中“图案成型”是半导体制造的基础。“图案成型”多重入工艺可以归纳为图1所示的9步，所使用设备包括表面处理设备、喷胶机、加热板、光刻机、显影机、检查设备、等离子刻蚀设备、湿法工作台。以某半导体制造商的“图案成型”生产线为例，该生产线由图2所示4个加工区域及11个设备组组成，区域内包含若干设备组，设备组内的任一设备都能完成同样的操作。

图1〓“图案成型”工艺流程

1.2〓调度问题数学模型半导体“图案成型”生产系统包含多个加工区域，每个加工区域内有若干包含不同数量设备的设
备组，用于完成产品加工过程中的某道工序。产品


基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（30917011303）
作者简介：何睿超(1993—)，女，硕士研究生，主要研究方向为智能制造，生产系统建模、仿真与优化技术