基于改进遗传算法的集束型装备调度研究

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1、基于改进遗传算法的集束型装备调度研究摘要：考虑机械手在输入装载室、加工模块和输出装载室三者间搬运时间和空载时间下，求解半导体制造中具有滞留时间约束的集束型装备调度问题，提出基于机械手搬运作业顺序编码的改进遗传算法，包括种群初始化、选择操作、变异操作和适应度函数计算等。仿真实验结果验证了提出算法的有效性。中国8/vie　　关键词：遗传算法；集束型装备；半导体制造；滞留时间约束　　中图分类号：TP301文献标识码：A：1009-3044（2017）04-0263-02　　ImprovedGeicAlgorithmforClusterTool

2、SchedulingProblem　　ZHOUYong-nan，LUOJun-yuan，LILin-ying　　（SchoolofSofteamongtheloadlockandtheprocessingmodules，forclustertoolseconstraintsinsemiconductormanufactory，thispaperstudiedimprovedgeicalgorithmbasedonsingle-armrobotmovesequencecoding，includingpopulationinitializa

3、tion，selectionoperation，mutationoperationandfitnessfunctioncalculation.Experimentalexamplesshoiseffective.　　Key，ClusterTools，SemiconductorManufactory，ResidencyTimeConstraints　　1概述　　半��体制造集束型装备是集成电路生产线上的常见装备，由晶圆加工设备、物料搬运机械手和输入装载室组成。集成电路生产线对工艺和加工环境的严格要求，使得加工模块间的晶圆搬运作业必须由计算

4、机控制的单臂或双臂机械手来完成。与经典的流水车间调度问题相比，集束型装备的调度问题不仅要合理地调度晶圆加工作业顺序，还要有效地规划机构手搬运作业顺序，因此更加复杂[1，2]。本文该对这类调度问题，在考虑滞留时间约束的前提下，提出一种基于机械手搬运作业顺序编码的改进的遗传算法。　　2问题描述　　图1所示的集束型装备包括三个部分：单晶圆加工模块、单臂/双臂机械手和输入输出装载室。晶圆在加工过程中，首先依照预先制定的加工配方，晶圆从输入装载室进入；在经过激光或图像定位后，进入加工模块1，2，…，N完成加工；并在输出装载室冷却后离开系统。集束型

5、装备调度问题的特点可有如下描述：1）晶圆在各个加工模块间没有缓冲，晶圆在上一加工晶圆被搬离后才能完成加载；2）各加工模块一次只能加工一片晶圆；3）晶圆在加工模块的停留时间具有滞留时间约束；4）物料运输模块为单臂机械手，执行晶圆的移动、空载、装载和卸载任务。　　晶圆的加工过程是批量的周期性过程，相邻两个晶圆进入系统的时间间隔称为生产周期。其调度问题的目标是在满足滞留时间约束的前提下，确定机械手在一个生产周期内的搬动作业顺序，并使生产周期最小化。　　3改进遗传算法　　遗传算法是一类基于概率而面向全局优化的随机搜索算法，以生物进化为原型，具有

6、收敛速度快、计算时间少、鲁棒性高等优点[3]。虽然如此，由于无法全面地描述约束，遗传算法在解决实际问题中还有很多局限性。本文针对这一局限性，结合求解问题的特殊性，对遗传算法的编码方式、初始种群产生方式和交叉变异操作进行改进。　　3.1编码和解码　　根据集束型装备的特点，提出了一种基于机械手搬运作业顺序的整数编码。该编码方式以有限的加工模块数作为染色体搜索空间维度，缩小了问题的搜索空间。设[Y={y0，y1，…，yN}]为染色体，基因[yi]表示机械手在工位[i]执行的搬运作业号[4，5]。　　对染色体进行编码后，要按照编码规则将种群中的

7、每个染色体进行解码，将染色体的基因信息再次解释为机械手搬运作业信息。对于给定的一组机械手搬运作业顺序，通过求解不等式即可获知对应的调度方案，即求出最优生产周期[T]以及调度方案。适应度函数定义为[Fit=s/T]，[s]为固定常数。　　3.2交叉操作　　交叉操作可以使群体中优良个体的基因特性在一定程度上得以保持。集束型装备调度问题要求生成的机械手作业排序不能有重复的作业，对此选择了单点交叉、顺序交叉、部分映射交叉和两点交叉四种可行的交叉方法。通过分析和实验确定最终的交叉方案为两点交叉[6]。　　3.3变异操作　　变异可以使算法跳出局部最

8、优值，在更广的范围内搜索全局值。反序变异操作在搜索空间中搜索到的领域聚集度较高，本算法采用反序变异操作。　　3.4选择操作　　采用经典轮盘赌选择方法能够保证优良基因得到延续，而且保证基因的多样性。将种群中的