LCDArray生产线仿真

1、上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY系统仿真实验报告SYSTEM SIMULATION REPORTLCD Array流水生产线系统仿真学 院 : 物流工程学院 专 业: 机械 工 程 作者姓名 : 杨寅颖 完成日期 : 2010 年 1 月LCD Array流水生产线系统仿真摘要：本文通过研究LCDArray流水线的生产过程，针对瓶颈工位设计了先进先 出(FIFO)和最高优先级(HPF两种不同的派工法则。通过对产品产量、平均 在制品数量以及产品在系统的平均等待时间等一系列绩效指标的综合评价，选出较优的生产方案，并在该方案的基础上做进一步的改进， 已达到提升产能

2、的最终 目标。仿真运行结果说明方案的改进措施是有效的。关键词：流水线，仿真，瓶颈工位，派工法则，产能1 LCD流水生产线仿真系统描述1.1仿真的目的(1) 通过系统仿真了解LCD Array生产线的制造流程。(2) 评估该生产线作业系统的效率，产品产量，加工周期，机台使用率等绩效 指标。(3) 针对瓶颈工位进行分析研究，制定不同作业方案，并比较不同方案下的绩效指标，力求实现产量最大化1.2系统流程简介图1.1为LCDArray的制造程序的示意图，包含六个加工的作业活动：洗净活 动、镀膜活动、曝光活动、蚀刻活动、剥膜活动和最后的检查活动。每个被加工 的TFT面板需要经过五次的洗净活动、镀膜活动、

3、曝光活动、蚀刻活动和剥膜活 动的加工循环(不同种类的面板其循环工序均不相同)，最后再经过检查的作业来 完成加工。洗浄櫃ITO物理id化理kJ-J-J5欢製跟加工備環曝光槻一冃乾.-MrMHK.-Mr 曝无死箪4图1.1LCD Array制造程序示意图本系统共产生三种形态的TFT面板，分别为：15寸TFT面板、17寸TFT面板和20寸TFTS板。每种面板在生产过程中均需经过五次加工循环，其每次加工循环 所经过的加工过程如表1.1所示:表1.1循环过程表工件名称加工循环次数加工循环过程15寸TFT面板1洗净-物理镀膜一一-曝光一-湿蚀刻一-剥膜2H洗净-化学镀膜-曝光一-干蚀刻一-剥膜3洗净ITO

4、 镀膜一曝光-一湿蚀刻一剥膜4II洗净-物理镀膜一一-曝光一-干蚀刻一-剥膜5| 洗净化学镀膜曝光一一湿蚀刻一一剥膜检查17寸TFT面板1H洗净-化学镀膜-曝光一-干蚀刻一-剥膜2洗净ITO 镀膜一曝光-一湿蚀刻一剥膜3U洗净-物理镀膜一一-曝光一-干蚀刻一-剥膜4洗净-化学镀膜-曝光一-湿蚀刻一-剥膜5僵洗净一ITO镀膜一一曝光一一干蚀刻一一剥膜一一检查20寸TFT面板1洗净一 ITO 镀膜 一曝光-一干蚀刻一剥膜2U洗净-一物理镀膜一一-曝光一-干蚀刻一-剥膜3洗净-化学镀膜-曝光一-湿蚀刻一-剥膜4洗净ITO 镀膜一曝光-一干蚀刻一剥膜5洗净一一物理镀膜一一曝光一一湿蚀刻一一剥膜一一检查

5、1.3系统假设（1）TFT面板的时间间隔服从：Normal（39,2）分钟分配。（2）15寸、17寸、20寸面板来到百分比45%、35%、20%,（3）各工作台之间的暂存区容量为 4。（4） 栈板暂存区的栈板个数为：20个。（5）每类工作台前只有一个暂存区。（6）所有的暂存区均采用FIFQ（7）所有生产TFT其它零组件均不会缺料。1.4系统输入输出参数设定1.4.1系统输入参数（1）各机台加工时间15寸TFTS板、17寸TFTS板和20寸TFTS板在生产过程中均需经过五次加工循环，经过每个机台加工所需加工时间如表 1.2所示：表1.2循环加工作业时间表制造流程机台数机台种类加工时间（min）整

6、备时间（min）洗净1洗净机台Normal (3, 2)0镀膜3物理镀膜机Normal (12, 2)0化学镀膜机Normal (9, 2)0ITO镀膜机Normal (10, 2)0曝光3曝光机1Normal (20, 5)Uniform (2, 3)曝光机2Normal (18, 5)Uniform (2, 3)曝光机3Normal (23, 5)Uniform (2, 3)蚀刻2湿蚀刻机Normal (12, 2)0干蚀刻机Normal (11, 2)0剥膜1剥膜机台Normal (6, 2)0检杳1测试机台Normal (9, 2)Normal (1, 2)(2) 输送带参数表1.3输

7、送带参数表名称Capacity长度(m速度(m/s)制程加工循环输送带无限481.5栈板回收输送带无限481.51.4.2系统输出参数(1) 15寸、17寸、20寸TFT面板在系统的停留时间及平均生命周期(Cycletime。(2) 系统每天的总产量(Throughput)及单种产品的产量。(3) 系统中平均在制品数量(WIP)。(4) 各机台的工作情况(包含 working waiting blocking比率)。2 LCD生产线仿真系统设计2.1 LCD生产线建模1 M MlTreset必M MHPF循环输送带SaraSMtQtendtf bcrqiLEtCaiTDiefflQLrtri.

8、Asj 丁 ; :_I5MtPrccS&?a i i 虽MTL5aigWns W.IM-noitK -ChartJat.生理二I?工隹飙侧fi斛騎II / wfefib -jrxTl5 IVHt_rrtl5 ftifejSSngfcFr曲防前兽送世HjrTW,f HRtf. ,!血 zbeHe邑SrePral/ 咖 illi吐利*区liAO肝阮d匸I -HSere . Foctfatfi 斶 ttst图2.1LCD生产线模型图2.2仿真模型的应用说明(1) Dialog设置简介启动仿真程序后出现Dialog对话框如图2.1所示:图2.1 Dialog示意图F面对Dialog中各控件进行简要说明

9、:表2.1: Dialog控件说明名称作用开启模型用以开启仿真模型启动仿真用以启动仿真程序停止仿真用以停止仿真程序重置模型用以重置仿真程序中的相关信息和移动物体生产线各工位工作情况分析生产线各工位的工作情况(working, waiting, blocking),找出瓶颈工位主要工位工作情况对瓶颈工位的工作时间比率、等待时间比率、 发生阻塞比率进行实时监控在制品资源信息对不同形态的在制品生产数量进行实时监控动态在制品动态显示生产线在制品数量(2)部分数据表内容说明s&ing0real Ir&aJ巨real3bl add3charingDiQOCLM2phy depD.00pi.5D0.503c

10、hem.dcpD.QOks-f二犢4ITOjfepo.aagi7i.Z95photolOlISD.&J&photoZD.07kis0.7V1问t卫Lis0-7?6wetjKhoo.aoa.2B.72ga.tn0,350.6S10strtphgd.qoI&.29QJ1tongjil生产线工作情况TaHeFlsl数据分析夷the Itime3tine 斗We:time6stingTL5藏辖翻间耐細时间聪躺捐l5:29赚5:03 53.039?3 01:02.33175:33.52296:17 51.626025 30:50,02035:2? 45.76025:58:36.245336:14:55,

11、09905;(fi M.5051涮:個5q5 E2!00.4q%5!30:2D.的丽 D3M(3)主要程序说明Mcycle-总循环语句：isdoif .n ame=T15the nin spect .T15_loopwhe n 1 the nwaituntil buffer6.occupied and buffer.occupied prio 1 ; .T15_loop:=2;buffer.c on t.move(li ne);buffer6.c on t.move(l in e.c on t);whe n 2 the nwaituntil buffer6.occupied and buffe

12、r.occupied prio 1 ; .T15_loop:=3;buffer.c on t.move(li ne);buffer6.c on t.move(l in e.c on t);whe n 3 the nwaituntil buffer6.occupied and buffer.occupied prio 1 ; .T15_loop:=4;buffer.c on t.move(li ne);buffer6.c on t.move(l in e.c on t);whe n 4 the nwaituntil buffer6.occupied and buffer.occupied pri

13、o 1 ; .T15_loop:=5;buffer.c on t.move(li ne);buffer6.c on t.move(l in e.c on t);whe n 5 the nwaituntil buffer6.occupied and buffer.occupied prio 1 ; buffer6.c on t.move(buffer7);en d;en d;(if .n ame=T17the nin spect .T17_loopif .n ame=T120the nin spect .T20_loop)镀膜机台循环语句：isdoif .n ame=T15the nin spe

14、ct .T15_loopwhe n 1 the n.move(s in gleproc1);whe n 2 the n.move(s in gleproc2);whe n 3 the n.move(.LCD.frame1.s in gleproc3);whe n 4 the n.move(.LCD.frame1.s in gleproc1); whe n 5 the n.move(.LCD.frame1.s in gleproc2); en d;Hetch蚀刻机台循环语句：isdoif .n ame=T15the nin spect .T15_loopwhe n 1 the n.move(.L

15、CD.frame1.si ngleproc6);whe n 2 the n.move(.LCD.frame1.s in gleproc7); whe n 3 the n.move(.LCD.frame1.si ngleproc6);whe n 4 the n.move(.LCD.frame1.s in gleproc7); whe n 5 the n.move(.LCD.frame1.si ngleproc6); en d;(if .n ame=T17the nin spect .T17_loopif .n ame=T120the nin spect .T20_loop)3LCD生产线仿真方案

16、分析与优化3.1仿真试验开启仿真模型，设置仿真时间为2天，运行仿真。通过相关信息收集发现:(1) 最初进行仿真试验运行2天的总产量为：60(2) 开启生产线各工位工作情况图：图3.1生产线各工位工作情况图由图3.1可知，在整个TFT-LCD Array勺制造过程中，曝光机台的阻塞率远 咼于其他机台的阻塞率，其使用率也咼于其他各工位。这也就意味着曝光机台是 整个生产过程中的瓶颈工位，因此我们将对曝光机台进行重点分析。 我们将对曝 光机台设置不同的排程派工法则，通过分析不同方案下的绩效指标对产量的影 响，选取较优的方案。3.2方案分析通过初步的仿真试验，我们已经找到该生产作业线的瓶颈工位（曝光机）

17、，我们对瓶颈工位设置两种不同的派工法则，分别为：先进先出（ FIFO法则和最 高优先级设置（HPF法则。3.2.1先进先出法则（FIFO）所有产品在到达时均采用先进先出法则，即产品的到来无优先级设置。在本案例中，当T15、T17和T20三种型号的TFT面板到来时，曝光机台前的等候区 域对产品的到来顺序不做任何排序。进行仿真试验，得到三种形态的TFT面板在2天内的产量及在系统中的平均 等待时间分别如图3.2及表3.1所示：TlqT17T20图3.2FIF0各形态产品产量图表3.1 FIFO各产品在系统平均等待时间表T15T17T20产品在系统中平均等待时间6:47:34.37956:27:33.

18、70296:39:22.6579322最高优先级设置派工法则（HPF）在所需加工的不同类型的产品中任选一种对其设置优先级， 在后续生产过程 中，若该机台前的buffer中有该型号的产品则优先加工该产品， 若buffer中没 有该型号的产品，则选择buffer内的第一个在制品进行加工。在本案例中，我们对15寸面板设置优先级。即当机台上有15寸TFT加工时，Buffer上依次到来20、15、17寸TFT面板，在机台上的15寸TFT加工完后，HPF 会选择在Buffer中的15寸TFT加工，而在机台上的15寸TFT加工完后，若Buffer 上没有15寸TFT,则改成FIFO法则进行加工。进行仿真试验

19、，得到三种形态的TFT面板在2天内的产量及在系统中的平均 等待时间分别如图3.3及表3.2所示：T15T17T2Q图3.3 HPF各形态产品产量图表3.2 HPF各产品在系统平均等待时间表T15T17T20产品在系统中平均等待时间6:27:41.98446:17:21.88636:26:14.03683.2.3方案选优对先进先出法则（FIFO及最高优先级设置（HPF）这两种方案的仿真结果 进行分析，我们可以得出以下比较结果：表3.3产品产量对比表T15T17T20总产量平均在制品数量FIFO2620146010HPF331811629T15T17T20产品类型从表3.3中的数据对比可以看出，采

20、用最高优先级设置（HPF派工法则时, 产品的总产量略高，而平均在制品数量相对较低，并且具有优先级生产的产品产 量有明显的上升。（本例中T15具有优先级）6:50:246:43:126:36:006:28:486:21:366:14:246:07:126:00:00图3.4产品在系统平均等待时间对比图从图3.4中可以清楚地看出：采用最高优先级设置（HPF法则时，三种形 态的产品在系统中的平均等待时间均短于先进先出（FIFO法则，且T15的系统 平均等待时间的下降比率最为明显。 也就是说，当产品具有生产优先级时，其产 量将提升，且产品的系统等待时间将明显降低。通过反复试验，对瓶颈工位（曝光机台）的

21、工作情况进行分析（如图 3.5所 示），我们不难发现，采用HPF进行生产时，曝光机台的阻塞率低于采用FIFO生 产时的阻塞率。观察两种方案下各机台的使用率可以发现： 采用先进先出（FIFO 法则时，机台的使用率大约在65%;而采用最高优先级设置（HPF）派工法则时， 机台的使用率大约在75%。为了提高方案分析的可信度，除了对 15寸TFT面板进行优先级设置，我们对17寸和20寸TFT面板也分别进行优先级设置，并通过多次试验，得出仿真结综上所述，通过对产品产量、平均在制品数量、产品在系统的平均等待时间 以及瓶颈工位的工作情况这几项绩效指标进行综合分析，最终决定采用最高优先 级设置法则（HPF对T

22、FT-LCD Arra流水线进行生产。3.3方案改进通过对比我们选择采用HPF对流水生产线进行加工，为了更有效地进行生产 作业，提高生产产量，在现有的生产状态下，我们将针对瓶颈工位（曝光机台） 进行改进，力求进一步提升产能。首先，我们对在HPF派工法则下各工位的工作情况做进一步的分析，具体参数如图3.7所示：图3.7改进前生产线各工位工作情况图从上图中，我们可以看出曝光机台的工作繁忙率高于其他工位， 同时该工位 的阻塞率较其他工位也相对明显。 为了均衡生产线负荷，使生产线达到一种相对 平衡、均匀、流畅的状态，我们针对该瓶颈工位提出改善措施。在其他条件不变的情况下，在现有的设备中再增加一个曝光机

23、台， 其参数设 置如表3.4所示。表3.4曝光机台参数表机台数机台种类加工时间（min）整备时间（min）曝光机3曝光机1Normal（ 20， 5）Uniform（ 2，3）曝光机2Normal（ 18， 5）Uniform（ 2，3）曝光机3Normal（ 23， 5）Uniform（ 2，3）增加设备1曝光机4Normal（ 23， 5）Uniform（ 2，3）首先，我们对改进后的生产线各工位的工作情况进行分析，具体参数如图3.8所示。从图中我们可以清楚地看到，生产线各工位的使用率趋于平衡，即各 工位的负荷趋于均匀。与改进前的数据进行比较，瓶颈工位（曝光机台）的使用 率有所下降。由此我们可以得出：对于生产线而言，我们要追求的应是各个工位 负荷能力的平衡，而并非追求所有设备 100%的使用率。进行反复仿真实验，仍然通过产品产量、平均在制品数量、产品在系统的平 均等待时间以及瓶颈工位的工作情况这四项绩效指标对该方案的改进措施进行 评估。表3.5产品产量对比表T15T17T20总产量平均在制品数改进前331811629改进后351514648图3.8改进后生产线各工位工作情况