Complex Job-Shop Scheduling with Batching in Semiconductor Manufacturing

par Sebastian Knopp

Thèse de doctorat en Génie Industriel

Sous la direction de Stéphane Dauzère-Pérès.

Soutenue le 20-09-2016

à Lyon , dans le cadre de École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne) , en partenariat avec Département Sciences de la Fabrication et Logistique (laboratoire) .

Le président du jury était Christelle Guéret.

Le jury était composé de Stéphane Dauzère-Pérès, Christelle Guéret, Christian Artigues, Lars Mönch, Scott J Mason, Philippe Vialletelle, Farouk Yalaoui.

Les rapporteurs étaient Christian Artigues, Lars Mönch.

  • Titre traduit

    Ordonnancement d’ateliers complexes de type job-shop avec machines à traitement par batch en fabrication de semi-conducteurs


  • Résumé

    La prise en compte de machines à traitement par batch dans les problèmes d’ordonnancement d’ateliers complexes de type job-shop est particulièrement difficile. La fabrication de semiconducteurs est probablement l’une des applications pratiques les plus importantes pour ce types de problèmes. Nous considérons un problème d’ordonnancement de type job-shop flexible avec « p-batching », des flux rentrants, des temps de préparation dépendant de la séquence et des dates de début au plus tôt. Le but c’est d’optimiser différentes fonctions objectives régulières.Les approches existantes par graphe disjonctif pour ce problème utilise des nœuds dédiés pour représenter explicitement les batches. Afin de faciliter la modification du graphe conjonctif, notre nouvelle modélisation réduit cette complexité en modélisant les décisions de batching à travers les poids des arcs. Une importante contribution de cette thèse est un algorithme original qui prend les décisions de batching lors du parcours du graphe. Cet algorithme est complété par un déplacement (« move ») intégré qui permet de reséquencer ou réaffecter les opérations. Cette combinaison donne un voisinage riche que nous appliquons dans une approche méta-heuristique de type GRASP.Nous étendons cette approche en prenant en compte de nouvelles contraintes qui ont un rôle important dans l’application industrielle considérée. En particulier, nous modélisons de manière explicite les ressources internes des machines, et nous considérons un temps maximum d’attente entre deux opérations quelconques d’une gamme de fabrication. Les résultats numériques sur des instances de la littérature pour des problèmes plus simples ainsi que sur de nouvelles instances montrent la généricité et l’applicabilité de notre approche. Notre nouvelle modélisation permet de faciliter les extensions à d’autres contraintes complexes rencontrées dans les applications industrielles.


  • Résumé

    The integration of batching machines within a job-shop environment leads to a complex job-shop scheduling problem. Semiconductor manufacturing presumably represents one of the most prominent practical applications for such problems. We consider a flexible job-shop scheduling problem with p-batching, reentrant flows, sequence dependent setup times and release dates while considering different regular objective functions. The scheduling of parallel batching machines and variants of the job-shop scheduling problem are well-studied problems whereas their combination is rarely considered.Existing disjunctive graph approaches for this combined problem rely on dedicated nodes to explicitly represent batches. To facilitate modifications of the graph, our new modeling reduces this complexity by encoding batching decisions into edge weights. An important contribution is an original algorithm that takes batching decisions “on the fly” during graph traversals. This algorithm is complemented by an integrated move to resequence and reassign operations. This combination yields a rich neighborhood that we apply within a GRASP based metaheuristic approach.We extend this approach by taking further constraints into account that are important in the considered industrial application. In particular, we model internal resources of machines in detail and take maximum time lag constraints into account. Numerical results for benchmark instances of different problem types show the generality and applicability of our approach. The conciseness of our idea facilitates extensions towards further complex constraints needed in real-world applications.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.