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Dynamic Vehicle Allocation in a Connecting 300mm AMHS

Dynamic Vehicle Allocation in a Connecting 300mm AMHS. 學 生：黃志偉 學 號： 937809 日 期： 2005/05/05. Reference Paper.

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Dynamic Vehicle Allocation in a Connecting 300mm AMHS

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Presentation Transcript

  1. Dynamic Vehicle Allocation in a Connecting 300mm AMHS 學 生：黃志偉 學 號：937809 日 期：2005/05/05

  2. Reference Paper • Liao D.Y., Fu H.S., 2004, “Speed Delivery：Dynamic OHT Allocation and Dispatching in Large-Scale, 300-mm AMHS Management”, IEEE Robotics & Automation Magazine, pp22-32 • Lin J. T., Wang F.K., Wu C.K., 2003, “Connecting transport AMHS in a wafer fab”, International Journal Production Research, Vol. 41, No. 3, pp 529-544 • Lin J.T., Wang F.K., Young J.R., “Virtual vehicle in the connecting transport automated material-handling system (AMHS)”, International Journal Production Research, Vol. 42, No. 13, pp 2599-2610

  3. 動機背景 • 半導體晶圓尺寸從6吋、8吋增加到目前12吋，基於12吋晶圓加上載具重量超過人力搬運負荷的考量，藉由自動化物料設備，將晶舟直接由機台搬運至機台的interbay與intrabay軌道系統整合之自動化物料搬運系統因應而生 • 晶圓生產過程長，搬運頻繁且距離遠 • 晶圓尺寸增加，重量也隨之提高，導致人工搬運的困難 • 減少人為因素對於系統生產績效的影響 • 有效掌握晶圓狀態，並提升機台使用率 FOUP(Front Opening Unified Pod) Connecting interbay and intrabay rail OHT(Overhead Hoist Transporter)

  4. 研究目的 • 12吋晶圓廠中將interbay與intrabay軌道直接連接後，軌道相互交錯，產生複雜的交通控制問題。因此如何由搬運及生產控制的角度出發，分析搬運車的配置與派工管制方式是相當值得探討的 • 藉由有效的搬運車管制，企圖增加傳送效益，提高生產總績效

  5. 搬運系統之變遷

  6. 天井式傳送系統

  7. 自動化物料搬運系統行為分析 (1) (2) (3) interbay transportation Tool 12 Tool 11 Tool 11 Tool 12 intrabay 1 intrabay 2 Tool 21 Tool 22 Tool 22 Tool 21 (1) 存放作業 (5) (2) (4) 提領作業 (3) • 搬運作業

  8. 搬運車「區分」活動範圍之“如何區分” TypeA 車型 TypeB 車型 TypeA、TypeC 車型組合 TypeC 車型 TypeD 車型 TypeA、TypeB 車型組合 TypeD車型 • 搬運車型分析 • 藉由晶舟存放及提領作業分析，將搬運車區分四種不同”車型”，不同“車型”即代表不同的活動範圍。 • Type A車型 • Type B車型 • Type C車型 • Type D車型 • 搬運車型組合分析 • 欲完成跨intrabay機台至機台的搬運需求，可由下列搬運車型組合完成。 • Type A、Type B車型組合 • Type A、Type C車型組合 • Type D

  9. 搬運車面臨之問題 說明：ˇ表示為面臨之問題

  10. 搬運車管制面臨問題 • 搬運車指派問題 • 派車法則 • 搜尋範圍 • 搜尋區域 • 搜尋距離 • 車述決定問題 • intrabay及interbay系統交通壅塞、死鎖及真空現象 • 空車管理問題 • 如何繞行能較快服務下一個搬運需求 • 交通管理問題 • intrabay及interbay系統交通壅塞、死鎖及真空現象

  11. 固定車型之車數訂定 - 1/8 The moving task is accomplished in the intrabay. Type-A can carry out this job. (a) Through two stocker operation (b) Through one stocker operation (c) Without stocker operation Type-A Type-B Type-A Type-C + Type-A Type-A + Type-C Type-D can carry out the job

  12. 固定車型之車數訂定 - 2/8 If the proportion of the moving task through two stocker’s operation is set α If the proportion of the moving task through one stocker’s operation is set β If the proportion of the moving task without stocker operation is set at γ

  13. 固定車型之車數訂定 - 3/8 Type-A Type-B Type-A

  14. 固定車型之車數訂定 - 4/8 Type-C Type-A

  15. 固定車型之車數訂定 - 5/8 Type-A Type-D Type-C Type-B Type-A

  16. 固定車型之車數訂定 - 6/8

  17. 固定車型之車數訂定 - 7/8

  18. 固定車型之車數訂定 - 8/8 • Vehicle minimum number • Total travel time is Tl + Te • Vehicle available time is h • Minimum vehicle number N = [(Tl + Te) / h] , N is integer

  19. 虛擬車型之車數訂定 - 1/1

  20. 系統描述與問題定義 • 目標系統 • 對國內某12吋晶圓廠 特徵化、縮小化之搬運系統。 • 系統組成 • 1個interbay、8 個intrabay系統 • 設123台機台、16個倉儲 • 系統假設 • 不考慮投料、生產排程與機台派工 • 只考慮晶圓廠內搬運，不包括廠外及 機台內部的傳送問題 • 問題定義 • 系統軌道直接連接及搬運車「區分」活動範圍的環境下，搬運車應如何執行搬運任務、如何運作。

  21. 搬運車管制邏輯定義 • 派車法則 • FOUP選車採用NV-FEFS (Nearest vehicle - First Encounter First Service ) 搬運車區分車型環境下 之管制邏輯 採車型“固定” 之管制 採車型“虛擬共用” 之管制 無interbay 交換車機制 有interbay 交換車機制 固定車型環境 虛擬車型環境(I) 虛擬車型環境(II)

  22. 固定車型環境 stocker stocker stocker stocker • 運作說明 • 各intrabay皆有所屬A、C、D車型搬運車，且車型事先指定、固定不變。 • 根據搬運車型適才適用原則，指派無任務搬運車。 • 發出within bay的搬運需求 • 發出跨intrabay的搬運需求 (1) (2) Intrabay Transportation Intrabay Transportation C車型 C車型 A車型 A車型 M1 M1 D車型 D車型 • 當搬運車執行完搬運任務後，皆須回所屬intrabay

  23. 虛擬車型環境(I) 檢視搬運車使用狀況， 沒有D車型，但有C車型可使用 stocker stocker • 運作說明 • 搬運車型不事先指定，且對每台搬運車而言，車型會變換。 • 以“最近”為原則，並根據適才適用及各車型“使用上限”給定車型。 • 發出跨intrabay的搬運需求 intrabay Transportation D車型 M4 M1 C車型 1台 1台 • 當搬運車執行完搬運任務回到所屬intrabay後，即釋放車型

  24. 虛擬車型環境(II) 搬運車 有任務 無任務 • 運作說明 • 與虛擬車型環境(I)同 • 另外，搬運車不一定要回所屬intrabay系統(interbay交換車機制)。 interbay無任務搬運車 檢視interbay上有無無任務之搬運車 M2 bay2 M1 interbay bay6 bay5 bay4

  25. 模擬實驗 • 實驗目的 • 評估搬運車管制邏輯在不同的系統負荷下，對系統績效的影響。 • 實驗設計 • 績效指標 • 晶舟搬運完成量(lot)、晶舟平均旅程時間(sec)、晶舟第95%旅程時間(sec)、晶舟平均等待時間(sec)、搬運車空車利用率(%) • 實驗因子 • 環境因子：晶舟來到率 • 水準： 70lot/hr、105lot/hr、140lot/hr • 控制因子：搬運車管制邏輯 • 水準：固定車型環境、虛擬車型環境(I) 、虛擬車型環境(II) • 實驗架構 • 模擬20天、暫態2天。 • 實驗次數：3 (晶舟來到率) * 3 (管制邏輯) * 3 (重複數) 共27次實驗。

  26. 系統假設及相關參數設定

  27. 模擬實驗架構圖

  28. 實驗分析 • 經變異數分析結果顯示，顯著水準設為0.05時 – • 以Duncan法將管制邏輯在不同系統負荷下，就運作績效表現予以分群 • 根據殘差分析的顯示，模擬實驗所得之數據皆通過殘差分析檢定 • 「虛擬車型環境(I)」為搬運車「區分」活動範圍下之最佳管制邏輯

  29. 延伸問題定義 • 問題定義 • 系統軌道直接連接及搬運車「不區分」活動範圍的環境下，搬運車應如何執行搬運任務、如何運作。 • 搬運車「不區分」活動範圍之環境稱為動態搬運車環境 • 主要探討交通死鎖、壅塞及系統真空問題。 • 提出interbay與各intrabay系統上、下限車數設定的方式。

  30. 搬運車管制邏輯定義(1/2) 避免壅塞 、死鎖 是否需 避免真空 • 上、下限車數定義 • intrabay系統 • 上限車數設定 • 【upper1】同一時間中，機台所能進行load/unload晶舟的port數 • 【upper2】intrabay系統軌道Zone數減1 • 下限車數設定 • 【lower1】within bay搬運需求所需車數 • 【lower2】下限為0 • interbay系統 • 上限車數設定 • 【upper】interbay系統軌道Zone數減1 • 下限車數設定 • 【lower】下限為0

  31. 搬運車管制邏輯定義(2/2) 動態搬運車環境 動態搬運車(I) 車數上下限 intrabay系統： (upper1&lower1) interbay系統： (upper&lower) 動態搬運車(II) 車數上下限 intrabay系統： (upper1&lower2) interbay系統： (upper&lower) 動態搬運車(III) 車數上下限 intrabay系統： (upper2&lower1) interbay系統： (upper&lower) 動態搬運車(IV) 車數上下限 intrabay系統： (upper2&lower2) interbay系統： (upper&lower) 控制因子： 搬運車管制邏輯 水準1 水準2 水準3 水準4

  32. 模擬實驗 • 實驗目的 • 評估搬運車管制邏輯在不同的系統負荷下，對系統績效的影響 • 實驗設計 • 績效指標 • 晶舟搬運完成量(lot)、晶舟平均旅程時間(sec)、晶舟第95%旅程時間(sec)、晶舟平均等待時間(sec)、搬運車空車利用率(%) • 實驗因子 • 環境因子：晶舟來到率 • 水準：70lot/hr、105lot/hr、140lot/hr • 控制因子：搬運車管制邏輯 • 水準：動態搬運車環境(I)、動態搬運車環境(II)、 動態搬運車環境(III)、動態搬運車環境(IV) • 實驗架構 • 模擬20天、暫態2天。 • 實驗次數：3 (晶舟來到率) * 4 (管制邏輯) * 3 (重複數) 共36次實驗。

  33. 實驗分析 • 經變異數分析結果顯示，顯著水準設為0.05時 -- • 以Duncan法將管制邏輯在不同系統負荷下，就運作績效表現予以分群 (上限為Zone數-1&下限為0 ) ( 上限為Port數&下限為0 ) • 根據殘差分析的顯示，模擬實驗所得之數據皆通過殘差分析檢定 • 以多重反應變數法，比較五個權重相同績效指標極值化下之整體績效表現， 經由Desirability值可看出 • 「動態搬運車環境(II)」為最佳管制邏輯

  34. 搬運車管制邏輯整理

  35. 結論與建議 • 結論 • 搬運車「區分」活動範圍之管制邏輯 • 搬運車「不區分」活動範圍之管制邏輯 • 建議 • 虛擬車型環境之管制邏輯是採”虛擬共用”的管制方式，如此 可選擇”最近”且無任務的空搬運車，因此有較佳的績效表現。 • 動態搬運車環境中，以上、下限車數設定方式可避免交通壅塞、 死 鎖的問題，且不需避免intrabay系統真空有較佳的績效表現。 • 搬運車「不區分」比「區分」活動範圍之管制邏輯佳，較彈性，但控制負荷重 • 動態搬運車環境之上、下限車數再評估 • 固定車型之α,β,γ水準之設定 • 派車法則的選用 • 考量機台生產行為

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