Gestion tactique et opérationnelle des qualifications pour l'optimisation de la flexibilité de lignes de fabrication complexes

Operational and tactical management of qualifications for flexibility optimization of complex manufacturing systems

• Auteur / Autrice : Antoine Perraudat
• Direction : Stéphane Dauzère-Pérès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie industriel
• Date : Soutenance le 25/01/2021
• 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 : Agnès Roussy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Dauzère-Pérès, Agnès Roussy, Nathalie Sauer, Lars Mönch, Ivana Ljubić, Valeria Borodin, Michel Tollenaere, Philippe Vialletelle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Sauer, Lars Mönch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation non linéaire

Optimisation globale

Procédés de fabrication

Semiconducteurs

Mots clés libres

Industrie de fabrication de composants semiconducteurs

Flexibilité des procédés

Gestion des qualifications

Optimisation de la capacité

Programmation non linéaire

Dualité

Optimisation bin iveau

Optimisation robuste

Semiconductor manufacturing industry

Process flexibility

Qualification management

Capacity optimization

Nonlinear programming

Duality

Bilevel optimization

Robust optimization

Résumé

Pour la fabrication de composants semiconducteurs, une qualification est une certification pour une machine permettant de traiter une opération d'un produit spécifique. Une machine ne peut pas traiter un produit sans la qualification associée. Les qualifications sont impératives pour garantir un rendement élevé des lignes de production et des produits de qualité. Les qualifications sont utilisées pour améliorer la flexibilité (capacité à répondre efficacement à des circonstances changeantes) et servent à configurer la capacité de production des ateliers de fabrication dans les usines de semiconducteurs. Comme les qualifications peuvent prendre du temps et sont coûteuses, seules les décisions pertinentes de qualifications et de requalifications doivent être déterminées et planifiées pour optimiser l'équilibre de la charge de travail des machines, la capacité de production, le temps de fabrication et la satisfaction de la demande. Plus précisément, nous voulons répondre à la question suivante : Compte tenu d'un horizon, d'une prévision de la demande par produit et par opération, du temps opératoire par opération, des délais et des coûts de qualification et des capacités de production des machines, quelles les qualifications les plus pertinentes ? Répondre à cette question est en fait complexe parce qu'il est en général d'évaluer les taux d'utilisation des machines, qui sont liés à la capacité de production, le temps de fabrication et la satisfaction de la demande, après plusieurs décisions de qualifications. Parce que la gestion des qualifications est complexe, nous répondons à cette question sous deux angles en proposant des nouveaux modèles d'optimisation et des nouvelles approches de résolutions pertinentes. Le premier angle est un angle opérationnel où le suivi des qualifications est optimisé, le second angle est un angle tactique où les nouvelles qualifications doivent être planifiées et anticipées pour répondre à la demande. Nous montrons tout au long de la thèse qu'en général, un petit nombre de qualifications, du moment qu'elles sont pertinentes, est souvent suffisant pour optimiser un critère donné.

For semiconductor manufacturing, a qualification is a certification for a machine to process one operation of a specific product. A machine cannot process a product without the associated qualification. Qualifications are mandatory to ensure high yield of production lines and products of quality. Qualifications are used to improve the flexibility (ability to respond effectively to changing circumstances) and to configure production capacities of work centers in semiconductor factories. Because qualifications take time, up to several months, and can be expensive, only relevant qualifications must be planned and determined to optimize the utilization balance of the machines, throughput, fabrication time and demand satisfaction at the lowest cost. More precisely, the following question is answered: Given a horizon, a demand forecast by product and operation, processing times, qualification delays and costs and production capacities of machines, what are the most relevant qualifications?Answering these questions is actually complex because it is difficult to evaluate the utilization rate of a machine after multiple qualification decisions. Evaluating the utilization rates of the machines is yet primordial as the utilization ratesof the machines is related to the throughput, the fabrication time and the demand satisfaction. Because qualification management is complex, we answer these questions from two standpoints by proposing relevant new optimization models and solution approaches. The first standpoint is an operational standpoint where most the follow up of qualifications is optimized. The second standpoint is a tactical standpoint where new qualifications must be planned and anticipated to satisfy the demand. We show throughout the thesis that a small number of relevant qualifications is often sufficient to optimize a given criterion.