第五届集创赛——北方华创杯

北方华创杯

¨ 杯赛题目:半导体设备的智能排产系统

¨ 参赛组别：B组，（A组、B组都可参加）

¨ 赛题内容：

1. 赛题背景

人工智能及相关技术的发展为工业的变革带来了新契机，其中智能排产技术在制造企业的生产过程发挥着十分重要的作用。特别是对于半导体设备，需要智能排产系统以提升加工晶圆的产量。但是，半导体设备的结构和晶圆的工艺流程十分复杂，这直接导致了晶圆在设备内不仅存在资源的竞争还会出现某些模块状态的改变和工艺模块更换等要求。以NAURA设备为例，设备中有多个搬运晶圆的机器人，这些搬运机器人根据不同的工艺需求将晶圆搬运到指定工艺模块加工，在晶圆经过某个模块后可能会导致该模块的状态发生变化进而影响后续晶圆的加工，并且当设备运行一段时间后某些工艺模块需要进行更换，而半导体设备要想正常运转又必须满足这些需求。因此，设计出既满足复杂需求又能提升产能的智能排产系统对半导体设备十分关键。

2. 赛题描述

假设有一半导体设备如图1 所示:

设备内部各位置含义和要求解释如下：

（1）仓库A、B、C中有若干晶圆盒，晶圆盒里装有等待加工的晶圆，每个晶圆盒里最多可以装载5片晶圆，同一晶圆盒中晶圆的工艺一致。

（2）晶圆装卸站：同时只能装载一个晶圆盒，不能直接装载晶圆。

（3）晶圆合并站：同时最多可以装载10片晶圆，不能装载晶圆盒。

（4）缓冲区：同时最多可以装载10片晶圆，不能装载晶圆盒。

（5）晶圆加工站：

n 同时最多可以装载10片晶圆，不能装载晶圆盒。

n 晶圆在晶圆加工站进行加工，加工需耗费一定的时间。

（6）晶圆盒运输车A，B：在仓库和晶圆装卸站之间运输晶圆盒，同时只能运输一盒晶圆盒。

（7）晶圆运输车A，B：在晶圆装卸站和晶圆合并站之间运输晶圆，同时最多运输5片晶圆。

（8）晶圆运输车C：在晶圆合并站、缓冲区、晶圆加工站A,B,C,D,E,F,G,H之间运输晶圆，同时最多运输10片晶圆。

（9）物流要求

n 将晶圆盒运输到晶圆装载站。

n 晶圆运输车将晶圆盒中的晶圆运输到晶圆合并站。

n 晶圆盒运输车将晶圆盒运输回仓库。

结合上述要求请你们团队建立数学模型，设计算法，并分析算法的有效性和复杂度，完成以下问题：

问题1：仓库A，B，C中共有12个晶圆盒，每个晶圆盒均装满待加工晶圆，不同编号的晶圆盒中晶圆的工艺路径不同（相关数据详见附录），这里工艺路径指晶圆在晶圆加工站A,B,C,D,E,F,G,H中的某些位置依次进行加工，晶圆在某一晶圆加工站完成加工后须立刻取走。所有晶圆须先经过缓冲区再进行工艺，完成工艺后无须经过缓冲区，直接回到晶圆合并站。请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车A、晶圆盒运输车B、晶圆运输车A、晶圆运输车B、晶圆运输车C的运行轨迹和起止运行时间。

问题2：在问题1的基础上，将所有晶圆须先经过缓冲区再进行工艺的条件改为晶圆可以直接进行工艺也可以暂存于缓冲区，同时考虑晶圆加工站B和晶圆加工站F在工作60分钟后需要暂停10分钟进行补给。请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车A、晶圆盒运输车B、晶圆运输车A、晶圆运输车B、晶圆运输车C的运行轨迹和起止运行时间。

问题3：在问题2的基础上，考虑晶圆经过晶圆装卸站时的状态变化。当晶圆装卸站接受仓库的晶圆或晶圆装卸站将晶圆发往仓库时，晶圆装卸站的状态应为大气状态，而当晶圆装卸站将晶圆发往晶圆合并站或晶圆装卸站接受晶圆合并站的晶圆时，晶圆装卸站的状态应为真空状态。最初晶圆装卸站的状态均为大气状态，状态的转化需要10分钟，请给出所有晶圆完成加工回到仓库的最短时间和设备内晶圆盒运输车A、晶圆盒运输车B、晶圆运输车A、晶圆运输车B、晶圆运输车C的运行轨迹和起止运行时间。

问题4：在问题3的基础上，请分析当晶圆盒运输车A、晶圆盒运输车B、晶圆运输车A、晶圆运输车B、晶圆运输车C以及晶圆装卸站、晶圆合并站、晶圆加工站任意位置发生故障时对完成全部任务的影响。

¨ 其他说明

附录

附表1 不同编号晶圆盒中晶圆的工艺路径

附表2 各晶圆加工站进行工艺的时长

附表3 晶圆盒运输车的移动时间（秒）

注：晶圆盒运输车A,B的移动时间一致

附表4 晶圆运输车A，B的移动时间（秒）

注：晶圆运输车A,B的移动时间一致

附表5 晶圆运输车C的移动时间（秒）

作品提交要求：

1、 一份建模报告，详细说明设计的模型和算法

2、 源工程项目代码

评分准则

将综合考虑参赛作品的模型、算法、思路及代码打分

其他注意事项：

1、此杯赛出题企业与参赛团队共享知识产权

2、大赛组委会对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权