專利名稱：基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法
技術領域：
本發(fā)明涉及重入生產(chǎn)線的批處理機調(diào)度，尤其涉及一種用于可重入生產(chǎn)線的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤目標的批調(diào)度方法。
背景技術：
可重入生產(chǎn)線(re-entrant)是在上世紀80年代末90年代初，由美國Kumar教授針對半導體芯片、膠卷等行業(yè)的生產(chǎn)特點而提出的概念，并將其列為有別于流水作業(yè)(Flow-shop)和異序作業(yè)(Job-shop)的第三類重入型生產(chǎn)線。所謂的重入是指未完成加工的產(chǎn)品沿著生產(chǎn)線進行加工時，有可能數(shù)次在同一個工作臺被加工，每次的加工時的工件狀態(tài)不同，每個產(chǎn)品狀態(tài)稱為一個產(chǎn)品族(family)(注:產(chǎn)品族概念不同于產(chǎn)品類型，假設產(chǎn)品類型的數(shù)量為N，產(chǎn)品需要重入批處理機的次數(shù)為K，則產(chǎn)品族的數(shù)量F=N*K)。批加工是指在不超過工作臺的最大加工能力時，一次可以加工多個未完成加工的產(chǎn)品，每次實際加工多個未完成加工產(chǎn)品稱為一個批(Batch)。如，在半導體芯片生產(chǎn)線前段的爐管區(qū)，該加工機臺屬于可多重入的批處理機，具有加工時間長，是生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸機臺，需要多層重入性加工和設備價格更昂貴等特性。為了提高爐管區(qū)的批調(diào)度效率，有多種調(diào)度目標可以衡量，其中最小最大延誤是一種衡量目標。以最小最大延誤為衡量目標的多產(chǎn)品族不能混合組批(incompatible job families)、產(chǎn)品具有不同到達時間(dynamic job arrivals)的可重入生產(chǎn)線的批處理機(re-entrant batch processing machine)的合理調(diào)度控制是批調(diào)度與控制研究是一個非多項式的難問題(NP-hard)，它制約著半導體生產(chǎn)系統(tǒng)的整體績效，開展以最小最大延誤為衡量目標的批處理機的合理調(diào)度控制研究對改善半導體芯片生產(chǎn)線的性能具有重要意義，一直是學術界與應用界的研究熱點之一。目前，從我國乃至各國的半導體芯片生產(chǎn)的情況看，設備更新和產(chǎn)品升級的速度非?？欤a(chǎn)線的調(diào)度方法研究遠遠跟不上其實際發(fā)展的需要。在半導體可重入生產(chǎn)線上，以最小最大延誤為衡量目標的批處理機生產(chǎn)過程調(diào)度中，常規(guī)調(diào)度方法是:當批處理機空閑可用時，對批處理機前的緩沖器里的不同階段產(chǎn)品族的工件按一定規(guī)則組批，所組的批再按以最小最大延誤為衡量目標的最優(yōu)排序和調(diào)度排序中優(yōu)先級最高的批分配到空閑可用的批處理機。但是隨著批處理機前的緩沖器里的工件數(shù)量的不斷增加，所組的批數(shù)量也相應增加，致使以最小最大延誤為衡量目標調(diào)度問題的規(guī)模增大，求解問題的難度增加，使得求解時間變長而影響批調(diào)度算法的時間復雜度和解的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術中存在的技術問題，提供一種用于可重入生產(chǎn)線的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，克服了具有可重入特性的半導體芯片生產(chǎn)線的批處理機動態(tài)實時調(diào)度過程中，隨著批處理機前的緩沖器里的工件數(shù)量的不斷增加，所組的批數(shù)量也相應增加，致使以最小最大延誤為衡量目標調(diào)度問題的規(guī)模增大，求解問題的難度增加，使得求解時間變長而影響批調(diào)度算法的時間復雜度和解的精度。
本發(fā)明具體解決其技術問題所采用的技術解決方案是:
一種基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，先以可重入批處理機前的緩沖器里不同產(chǎn)品族為研究對象，再以優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中工件為研究對象，要求批處理設備上加工的多產(chǎn)品族不能混合組批、產(chǎn)品具有不同到達時間，每當所研究的可重入的批處理機出現(xiàn)空閑可用時，實施基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，通過滾動時域策略完成所規(guī)定的整個實時調(diào)度。主要術語解釋:“最大延誤”是指所有研究的產(chǎn)品族或工件相對交貨期被延誤的最差情況，令G表示第i個所有研究的產(chǎn)品族或工件完工時間，4表示第i個所有研究的產(chǎn)品族或工件交貨期，Li表示第i個所有研究的產(chǎn)品族或工件的延誤，有LiH, Lmax表示所有Li中最大值,令總共有n個研究對象，即Lmax=max [Li | i=l,2，..，n};“滿批規(guī)則”是指進行工件組批時，除最后一個批中的工件數(shù)量大于或等于批的最小容量外，其余各批中工件數(shù)量必須等于批的最大容量；“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”是指所有的產(chǎn)品族優(yōu)先按在滿批規(guī)則下計算出的批數(shù)量的不減原則進行排序；“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”是指在最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則實施中出現(xiàn)按在滿批規(guī)則下計算出的批數(shù)量相等時，按在產(chǎn)品族重入次數(shù)的不減原則進行排序；“最早工期優(yōu)先規(guī)則”是指優(yōu)先級別最高的產(chǎn)品族中的工件按其工期不減原則排序，若出現(xiàn)工期相等時，按先來先服務原則排序；“調(diào)度終止條件”是總計劃生產(chǎn)過程在滾動時域策略下完成調(diào)度周期任務。上述基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，包括步驟如下:
步驟I，產(chǎn)生觸發(fā)事件:一臺可重入批處理機處于空閑可用狀態(tài)；
步驟2，根據(jù)可重入批處理機前的緩沖期里的不同產(chǎn)品族的工件數(shù)量信息，基于“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”和“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”對批處理機前緩沖器里的產(chǎn)品族工件排序，即首先按“滿批規(guī)則”計算每個產(chǎn)品族中批數(shù)量，優(yōu)先按“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”對產(chǎn)品族排序，當出現(xiàn)產(chǎn)品族中批數(shù)量相等時，再按“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”排序；
步驟3，根據(jù)步驟2的產(chǎn)品族的排序結果，選取優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族；
步驟4，對優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中的工件，基于“最早工期優(yōu)先規(guī)則”排序；
步驟5，根據(jù)步驟4的工件排序結果，基于“滿批規(guī)則”組建該排序工件的第一個批； 步驟6，將步驟5組建的第一個批的工件分配到步驟I的空閑可用的批處理機；
步驟7，“調(diào)度終止條件”判斷:如果不符合“調(diào)度終止條件”，根據(jù)滾動時域策略，跳轉(zhuǎn)到步驟I，否則往下執(zhí)行；
步驟8，基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法終止。本發(fā)明的有益效果是，采用一種用于可重入生產(chǎn)線的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，將通用的批處理調(diào)度模型“單處理機I不同工件J'到達時間，批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)分解成模型“單處理機I批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)和模型“單處理機不同工件J'到達時間，產(chǎn)品族/中所有工件J'加工時間相同I最小最大延誤目標”(即:)，利用“滿批規(guī)則”，“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”，“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”，和“最早工期優(yōu)先規(guī)則”分步驟實施，在滾動時域策略下完成實施全部調(diào)度周期任務。本發(fā)明不需要實施通用情況下的不同產(chǎn)品族中工件常規(guī)的組批和批排序，直接面向產(chǎn)品族排序，在保證解的較高精度情況下極大地降低算法的時間復雜度，而且都是精確算法實現(xiàn)可重入下批處理機的實時最優(yōu)調(diào)度，滿足半導體行業(yè)最小最大延誤目標生產(chǎn)需求，它概念簡單，實現(xiàn)方便。


圖1為本發(fā)明基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法的算法流程圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明專利作進一步地說明:
本發(fā)明所提供的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，先以可重入批處理機前的緩沖器里不同產(chǎn)品族為研究對象，再以優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中工件為研究對象，要求批處理設備上加工的多產(chǎn)品族不能混合組批、產(chǎn)品具有不同到達時間，每當所研究的可重入的批處理機出現(xiàn)空閑可用時，實施基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，通過滾動時域策略完成所規(guī)定的整個實時調(diào)度。參考圖1，是基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法的算法流程圖，將常規(guī)的批處理調(diào)度模型“單處理機I不同到達時間，批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)分解成模型“單處理機I批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)和模型“單處理機I不同到達時間，產(chǎn)品加工時間相同I最小最大延誤目標”(即:)，利用“滿批規(guī)則”，“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”，“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”和“最早工期優(yōu)先規(guī)則”等分步驟實施，在滾動時域策略下完成實施全部調(diào)度周期任務。基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法的具體流程如下:
步驟I，產(chǎn)生觸發(fā)事件:一臺可重入批處理機處于空閑可用狀態(tài)；
步驟2，根據(jù)可重入批處理機前的緩沖期里的不同產(chǎn)品族的工件數(shù)量信息，基于“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”和“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”對批處理機前緩沖器里的產(chǎn)品族工件排序，即首先按“滿批規(guī)則”計算每個產(chǎn)品族中批數(shù)量，優(yōu)先按“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”對產(chǎn)品族排序，當出現(xiàn)產(chǎn)品族中批數(shù)量相等時，再按“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”排序；
步驟3，根據(jù)步驟2的產(chǎn)品族的排序結果，選取優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族；
步驟4，對優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中的工件，基于“最早工期優(yōu)先規(guī)則”排序；
步驟5，根據(jù)步驟4的工件排序結果，基于“滿批規(guī)則”組建該排序工件的第一個批； 步驟6，將步驟5組建的第一個批的工件分配到步驟I的空閑可用的批處理機；
步驟7，“調(diào)度終止條件”判斷:如果不符合“調(diào)度終止條件”，根據(jù)滾動時域策略，跳轉(zhuǎn)到步驟I，否則往下執(zhí)行；
步驟8，基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法終止。
權利要求
1.一種基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，目標函數(shù)是所調(diào)度批的最小最大延誤，通過模型分解，先以可重入批處理機前的緩沖器里不同產(chǎn)品族為研究對象，再以優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中工件為研究對象，利用滿批規(guī)則，最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則，最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則，和最早工期優(yōu)先規(guī)則分步驟實施，在滾動時域策略下完成實施全部調(diào)度周期任務。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述模型分解是將常規(guī)的批處理調(diào)度模型“單處理機I不同到達時間，批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)分解成模型“單處理機I批調(diào)度，可重入，產(chǎn)品族之間不能混合組批I最小最大延誤目標”(即:)和模型“單處理機I不同到達時間，產(chǎn)品加工時間相同I最小最大延誤目標”(即:)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述滿批規(guī)則是指進行工件組批時，除最后一個批中的工件數(shù)量大于或等于批的最小容量外，其余各批中工件數(shù)量必須等于批的最大容量。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則是指所有的產(chǎn)品族優(yōu)先按在滿批規(guī)則下計算出的批數(shù)量的不減原則進行排序。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則是指在最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則實施中出現(xiàn)按在滿批規(guī)則下計算出的批數(shù)量相等時，按在產(chǎn)品族重入次數(shù)的不減原則進行排序。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述最早工期優(yōu)先規(guī)則是指優(yōu)先級別最高的產(chǎn)品族中的工件按其工期不減原則排序，若出現(xiàn)工期相等時，按先來先服務原則排序。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，其特征在于，所述分步驟實施，其主要包括以下步驟: 步驟I，產(chǎn)生觸發(fā)事件:一臺可重入批處理機處于空閑可用狀態(tài)； 步驟2，根據(jù)可重入批處理機前的緩沖期里的不同產(chǎn)品族的工件數(shù)量信息，基于“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”和“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”對批處理機前緩沖器里的產(chǎn)品族工件排序，即首先按“滿批規(guī)則”計算每個產(chǎn)品族中批數(shù)量，優(yōu)先按“最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則”對產(chǎn)品族排序，當出現(xiàn)產(chǎn)品族中批數(shù)量相等時，再按“最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則”排序； 步驟3，根據(jù)步驟2的產(chǎn)品族的排序結果，選取優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族； 步驟4，對優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中的工件，基于“最早工期優(yōu)先規(guī)則”排序； 步驟5，根據(jù)步驟4的工件排序結果，基于“滿批規(guī)則”組建該排序工件的第一個批； 步驟6，將步驟5組建的第一個批的工件分配到步驟I的空閑可用的批處理機； 步驟7，“調(diào)度終止條件”判斷:如果不符合“調(diào)度終止條件”，根據(jù)滾動時域策略，跳轉(zhuǎn)到步驟I，否則往下執(zhí)行； 步驟8，基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤目標的批調(diào)度方法終止。
全文摘要
一種用于可重入生產(chǎn)線的基于產(chǎn)品族排序?qū)崿F(xiàn)最小最大延誤的批調(diào)度方法，目標函數(shù)是所調(diào)度批的最小最大延誤，通過模型分解，先以可重入批處理機前的緩沖器里不同產(chǎn)品族為研究對象，再以優(yōu)先權最高的產(chǎn)品族中工件為研究對象，利用滿批規(guī)則，最大滿批數(shù)量優(yōu)先規(guī)則，最大重入次數(shù)優(yōu)先規(guī)則和最早工期優(yōu)先規(guī)則分步驟實施，在滾動時域策略下完成實施全部調(diào)度周期任務。本發(fā)明不需要實施常規(guī)情況下的對所有工件組批和批排序，而是直接面向產(chǎn)品族排序，極大地降低算法的時間復雜度，且使用精確算法實現(xiàn)可重入下批處理機的實時最優(yōu)調(diào)度，滿足半導體行業(yè)最小最大延誤為目標的生產(chǎn)需求，它概念簡單，實現(xiàn)方便，利于半導體等可重入的行業(yè)推廣應用。
文檔編號G06F9/46GK103092690SQ20131002257
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權日2013年1月22日
發(fā)明者賈文友, 劉莉, 劉濤, 賈昊瑞, 趙雪松 申請人:安徽工程大學