前 言

调度问题普遍存在于工业工程中，其本质是通过对有限资源的合理配置， 寻求系统目标的最大化。资源(包括物质资源和时间资源)的限制与目标(如产量、效率、速度等)的追求之间存在着广泛而多样的客观的矛盾，因此调度问题一直是学术界与工程技术界的研究热点之一。

虽说调度问题的实际表象有多种，如生产系统调度、交通运输调度、人员时间调度、项目进度调度等，但制造系统的调度毫无疑问是众多调度问题中受关注最多、研究时间最长的一类。制造系统调度是企业生产活动组织和管理的中心问题，是提高企业综合效益的有效途径。它对提高企业生产管理水平、节省成本、改进服务质量、提高企业竞争力、加速收回投资以及获得更高的经济效益有着十分重要的意义。借助于先进的生产计划与调度方法，可以在不增加或少增加投入的基础上为企业赢得更大的产出与利润，获得更大的投资回报率。

自1954 年约翰森发表了第一篇关于生产调度的经典论文?以来，制造系统的调度问题走过了单机调度、多机调度、流水车间(flow-shop) 调度、作业车间(job-shop)调度、柔性制造系统(FMS，Flexible Manufacturing System) 调度等由简单到复杂的发展过程。其间，大量相关研究工作及成果的积累也进一步奠定了制造系统调度在调度研究领域中举足轻重的地位。如果说调度领域内许多早期的工作是在制造业的推动下发展起来的，那么不断产生于制造业的实际问题还在提出新的挑战。根据劳勒等?的观点，随着经典调度问题的四个基本假设(即单件加工方式、确定性、可运算性和单目标性)不断被突破，关于调度的研究重心已逐渐由经典调度问题移向新型调度问题。本书重点讨论的半导体制造系统调度就属于这一类新型调度问题。

20世纪80年代末90年代初，美国的库玛教授? 针对半导体、胶卷等行业的生产特点，提出了类多重入复杂制造系统的概念，并将其列为有别于flow-shop 和job-shop 的第三类生产制造系统。半导体制造系统作为类多重入复杂制造系统的典型代表，其调度问题具有大规模、不确定、多目标等综合复杂性，集中体现了新型调度问题的多项特征。关于半导体制造系统调度方面的研究在理论上具有极强的挑战性，而且也具有十分显著的应用意义。自我国“十五” 计划开始，半导体制造业作为整个集成电路产业的基础，一直是国家大力推进的行业之一，因而急需有相应的理论、方法和应用研究对其发展提供支持和指导。而目前的实际情况是：一方面，国内外的相关研究存在着比较大的差距；另一方面， 国外先进的理论方法不一定适合我国半导体制造企业的实际需求，关注的重点问题也可能不一致。

关于半导体制造系统过程调度问题，笔者早在十几年前就有所关注，基于已有的对柔性制造系统、离散事件动态系统和Petri 网等方面的研究基础，已经对这一领域的问题与现状进行跟踪了解和展开初步研究。直到最近几年，随着笔者及研究团队科研工作的逐步深入，先后得到了国家重点基础 研究发展计划(973计划)、国家自然科学基金和企业级合作等多项科研项目的资助，针对复杂制造过程优化调度问题的研究进一步得以系统性展开。对该领域的理论、方法有了充分的调研和认识，而且积 累了一定的研究成果，并与著名的半导体制造企业合作，在相关研究成果的应用实施方面进行了有益的探索尝试。本书就是在这些工作和成果的基础上撰写而成的，把近20年来国内外的相关研究成果和作者多年的经验积累相结合，尝试对复杂半导体制造系统智能调度问题从理论到方法再到应用进行系统化论述。全书共分为8章。

第1章对半导体制造系统调度问题进行了概述，主要介绍了半导体制造流程、半导体制造系统调度及其发展趋势。第2章介绍了数据驱动的半导体制造系统调度框架，实现了一种基于数据的复杂制造系统调度体系结构。第3章围绕半导体制造系统数据预处理进行展开，介绍了几种数据预处理方法：数据规范化、数据缺失值填补、基于数据聚类分析的异常值探测、基于变量聚类的冗余变量检测。第4 章从长期性能指标和短期性能指标的角度，对半导体生产线性能指标相关性分析进行了介绍。第5章介绍了智能化投料控制策略，着重论述了基于极限学习机的投料控制策略。第6章以某实际生产线为背景，提出了一种基于模拟信息素机制的动态派工规则，并采用数据挖掘的方法对动态派工规则进行参数优化。第7章介绍了两种不同的闭环调度方法：基于负载均衡的半导体生产动态调度方法和性能驱动的半导体生产线动态调度方法。第8章主要介绍了大数据环境下的半导体制造系统调度发展趋势。以工业4.0为开端，接着介绍了工业大数据及其发展的三个阶段及大数据环境下半导体制造调度发展趋势，最后以应用实例说明了大数据环境下半导体制造调度问题。

本书面向从事半导体制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员，自动控制、工业工程等专业院校研究生和教师，制造管理及微电子制造行业生产管理或工程技术人员等，力求在半导体制造系统及其智能调度的理论方法、技术及应用案例等方面为读者提供有价值的参考和辅助。

与本书相关的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(61034004)、国家自然科学基金面上项目(51475334、61273046)、国家自然科学基金青年科学基金项目(50905129)以及同济大学青年英才计划项目(0800219252)的资助。在本书的编写过程中，崔美姬、汤珺雅、赵晓晓、汪咏等研究生参与了部分工作，在此向他们表示感谢。

半导体制造系统智能调度是具有NP 特征且具有高度复杂和挑战性的课题，相关的研究还在不断发展和完善之中，本书仅为笔者近年来学习和研究的一个阶段性总结，其中难免会有不足之处，敬请读者批评指正。

著　者

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