Cohérence des décisions d'ordonnancement en fabrication de semi-conducteurs

Consistency of global and local scheduling decisions in semiconductor manufacturing

• Auteur / Autrice : Rezvan Sadeghi
• Direction : Stéphane Dauzère-Pérès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel
• Date : Soutenance le 20/09/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Amodeo, Galliam Claude Yugma, Christelle Guéret, Lars Moench, Nabil Absi, Jacques Pinaton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Amodeo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Organisation industrielle

Production en série

Semiconducteurs

Mots clés libres

Industrie des semi-conducteurs

Contrainte de temps

Niveaux de décision mondiaux et locaux

Planification

Simulation

Modélisation multi-méthodes

Méthode fondée sur l’agent

Méthode d’événement discrète

AnyLogic

Semiconductor manufacturing

Time constraint

Scheduling

Global and local decision levels

Simulation

Multi-method modelling

Agent-based method

Discrete event method

AnyLogic

Résumé

Le niveau opérationnel dans la fabrication de semi-conducteurs peut être divisé en un niveau global et un niveau local. Le niveau global est associé aux décisions d’ordonnancement et de contrôle de la production pour l’ensemble de l’unité de fabrication (fab), tandis que le niveau local traite de ces problèmes dans chaque atelier. Le niveau global établit des objectifs ou des contraintes au niveau local. Dans cette thèse, nous proposons un cadre général qui vise à contrôler les décisions prises au niveau local pour assurer la cohérence entre les décisions d’ordonnancement aux niveaux global et local. Le cadre est composé de deux niveaux. Le niveau inférieur comprend les politiques locales utilisées dans chaque atelier. Le niveau supérieur comprend les objectifs globaux, les informations globales et une stratégie globale qui est au coeur de ce cadre. La stratégie globale proposée vise à contrôler les politiques locales ainsi que les processus de production. L’idée est de gérer périodiquement la stratégie globale, en même temps que que la production, pour guider le processus de production vers la réalisation des objectifs globaux et assurer ainsi une cohérence entre les décisions prises aux niveaux global et local. Nous proposons deux types de stratégie globale : (1) une stratégie basée sur l’évaluation qui vise à améliorer le processus de production sans garantie de déterminer une solution optimale et (2) une stratégie d’optimisation basée sur un modèle de programmation linéaire. Afin d’évaluer la performance du cadre proposé, nous avons développé un modèle de simulation générique basé sur les données pour les systèmes de fabrication de semi-conducteurs. Le modèle de simulation, développé avec le logiciel AnyLogic, est une combinaison de méthodes de simulation multi-agents et de simulation à événements discrets. Étant donné que le solveur standard IBM ILOG CPLEX est utilisé pour résoudre le modèle de programmation linéaire, nous décrivons son intégration avec AnyLogic. Un ensemble d’expérimentations sur des instances industrielles sont présentées et discutées. En outre, cette thèse traite de la gestion des contraintes de temps. Dans une usine de fabrication de semi-conducteurs, les contraintes de temps sont associées à deux étapes du processus pour assurer le rendement et la qualité des lots. Une contrainte de temps correspond à un temps maximal qu’un lot ne doit pas dépasser entre les deux étapes. Si une contrainte de temps n’est pas satisfaite, le lot sera mis au rebut ou traité à nouveau. Par conséquent, parce que les équipements de fabrication sont onéreux et que les temps de cycle doivent être minimisés, il est important de contrôler efficacement le démarrage des lots dans les contraintes de temps. Nous proposons une approche qui estime la probabilité de satisfaire une contrainte de temps avant de démarrer la première étape de la contrainte. Cette approche a été mise en oeuvre et validée sur des données industrielles.

The operational level in semiconductor manufacturing can be divided into a global level and a local level. The global level refers to the scheduling decisions and production control for the whole manufacturing facility (fab), while the local level deals with those issues in each work area. The global level provides objectives or constraints for the local level. In this thesis, we propose a general framework which aims at supporting and controlling the decisions taken at the local level to deal with consistency problems between global and local scheduling decisions. The framework is composed of two layers. The bottom layer includes local policies used in each work center. The top layer consists of global objectives, global information and a global strategy which is the core of this framework. The proposed global strategy aims at controlling local policies as well as production processes. The idea is to periodically run the global strategy while production is performed to guide the production process towards achieving global objectives, and thus ensuring consistency between decisions taken at the global and local levels. We propose two types of global strategy: (1) An evaluation-based strategy which aims at improving the production process with no guarantee to determine an optimal solution and (2) An optimization-based strategy, based on a Linear Programming model. In order to evaluate the performance of the proposed framework, we develop a data-driven generic simulation model for semiconductor manufacturing facilities. The simulation model is a combination of Agent-Based and Discrete Event modelling methods developed with the software AnyLogic. Since the standard solver IBM ILOG CPLEX is used to solve the linear programming model, we describe its integration with AnyLogic. A set of experiments on industrial instances are presented and discussed. In addition, this thesis deals with the management of time constraints. In a semiconductor manufacturing facility, time constraints are associated to two process steps to ensure the yield and quality of lots. A time constraint corresponds to a maximum time that a lot can spend between the two steps. If a time constraint is not satisfied by a lot, this lot will be scrapped or reprocessed. Therefore, because manufacturing equipment is expensive and cycle times must be minimized, efficiently controlling the start of lots in time constraints is important. We propose an approach which estimates the probability of satisfying a time constraint before starting a lot in the first step of the time constraint. This approach was implemented and validated on industrial constraints.