Nouvelles approches d'optimisation pour l'ordonnancement global en fabrication de semi-conducteurs

Novel optimization approaches for global fab scheduling in semiconductor manufacturing

• Auteur / Autrice : Félicien Barhebwa-Mushamuka
• Direction : Galliam Claude Yugma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Soutenance le 20/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC) / CMP-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Sauer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Galliam Claude Yugma, Nathalie Sauer, Christelle Guéret, Lionel Amodeo, Philippe Lacomme, Leon Vermarien, Stéphane Dauzère-Pérès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Guéret, Lionel Amodeo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation globale

Recherche linéaire (optimisation mathématique)

Ordonnancement (gestion)

Semiconducteurs

Mots clés libres

Ordonnancement global

Optimisation linéaire

Controle des encours (WIP)

Contrôle du temps de cycle

Fabrication de semi-conducteurs

Global scheduling

Linear programming

Work-In-Process control

Cycle time control

Semiconductor manufacturing

Résumé

Dans les usines de fabrication de semi-conducteurs, les composants micro-électroniques nécessitent plusieurs centaines d’opérations sur plusieurs centaines des machines regroupées en différents ateliers. Chaque atelier est spécialisé dans le traitement d’un type d’opérations, et ces dernières sont en général très différentes d’un atelier à l’autre. Ces caractéristiques, ainsi que les flux réentrants et les temps de cycle longs (de 6 à 8 semaines) complexifient grandement les décisions d’ordonnancement. Il est par conséquent très difficile de gérer de manière détaillée l’ensemble des décisions d’ordonnancement dans tous les ateliers d’une usine. Ainsi, cette thèse propose une approche d'ordonnancement global reposant sur une structure en deux niveaux du niveau opérationnel (niveau global et niveau local). Cette approche permet de piloter les décisions d’ordonnancement au niveau des ateliers en utilisant des objectifs de production. Ces objectifs de production sont exprimés comme des quantités de composants à réaliser à chaque opération et à chaque période sur un horizon d'ordonnancement. Ces quantités sont déterminées par différents modèles mathématiques d’ordonnancement global (programmes linéaires) proposés dans la thèse, qui correspondent à différentes stratégies d’ordonnancement global de l’usine comme la minimisation de la variabilité, le contrôle des temps de cycle, etc. Le niveau d’ordonnancement local vise à atteindre les objectifs fixés par l’ordonnancement global, tout en optimisant ses propres critères et en respectant ses contraintes. L’approche est validée par des expérimentations reposant sur un modèle de simulation et des données industrielles.

In semiconductor manufacturing, microelectronic components require several hundred operations on several hundred machines grouped into different work centers. Each work center specializes in handling one type of operation, and these are usually very different from one work center to another. These characteristics, along with reentrant flows and long cycle times (6 to 8 weeks) greatly complicate scheduling decisions. It is therefore very difficult to manage in detail all of the scheduling decisions in all the work centers of a factory. Thus, this thesis proposes a global scheduling approach based on a structure in two levels of the operational level (global level and local level). This approach aims at steering scheduling decisions at the work center level using production targets. These production targets are expressed as the quantities of components to be achieved for each operation and for each period over a scheduling horizon. Different mathematical models called global scheduling models (linear programs) proposed in the thesis determine these quantities. These global scheduling models correspond to different global scheduling strategies of the factory such as minimizing variability, controlling cycle times, etc. The local scheduling level aims to achieve the objectives set by the global scheduling models, while optimizing its own criteria and respecting its constraints. The approach is validated by experiments based on a simulation model and industrial data.