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[摘 要]通过分析不同世代的TFT-LCD阵列工厂的设备布局和自动化搬送系统的组成，提出了一种计算AMHS设备的搬送能力的解析方法。用解析方法在知道自动化设备的基本几何参数后，能够很方便的计算自动化设备的搬送能力。
[关键词]TFT-LCD，AMHS，Crane
中图分类号：TP391；TN873 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0335-02
1 引言
在TFT-LCD工艺流程中，除了镀膜、曝光、显影、刻蚀等工艺设备外[1，2]，自动化物流搬送系统（Automatic Materiel Handing System，AMHS）起到了非常关键的作用[1]，关于AMHS的一些研究目前主要集中在半导体工厂的情况[3-6]，对TFT-LCD工厂的非常少[6]。AMHS的组成主要有：存储器（Stocker），轨道导向小车（Rail Guide Vehicle， RGV），无人搬运小车（Automated Guide Vehicle， AGV）， 空中往返轨道车（Overhead Shuttle， OHS），传送带，电梯。这些组成部分用来在工厂里存储物料以及在不需要人为的干预下，把物料从一个位置搬送到另一个位置。在TFT-LCD工厂的开始阶段，其布局和AMHS系统架构是直接从晶圆（Wafer）工厂的模式中复制过来的。
早期的TFT-LCD生产线布局是依靠AGV来实现物料传递的，这种AMHS系统布局主要使用在五代线及以下的阵列工厂中。缺点是搬运速度慢，承载力不够，而且Stocker与工艺设备是分开的，占用空间大，同时洁净度不高。随着玻璃尺寸的变大，高世代线的TFT-LCD及其以上阵列工厂使用的Core Stocker布局，此布局物流顺畅，减少搬送时间[2]。对于高世代线的AMHS布局形式，能够正确的估算AMHS Stocker的搬运能力是进行设备布局设计的第一步。目前主要使用物流仿真的方法来进行这方面的分析，但仿真的办法一方面需要购买昂贵的专业物流仿真软件另一方面需要花费很长时间来学习仿真软件的使用。本文提出了一种用解析的办法分析Stocker搬送能力的方法，利用这种方法能方便的计算出Stocker的搬送能力，为工厂的设备布局提供良好的开端。
2 平均搬送路程分析
假设psisj表示从si点转移到sj点的概率。具体搬运过程可以描述为当Crane从sj点移动到si点后将制成品从si点搬送到E（Load/Unload）点，同时将E点的待制品搬回si点，此后Crane以概率psisj转移到另外一个sj点，完成一个搬运循环。下一个搬运循环采用和上面描述的搬运过程相同的方式进行。
2.1 水平搬送的平均路程
在分析水平搬运时，系统要完成的物流搬运为：s1和E点之间的往返，s2和E点之间的往返，s3和E点之间的往返，s4和E点之间的往返等。下面分别求这些过程的平均搬送距离，假设上面过程的平均物流距离分别为l1，l2，l3，l4。
（1）
上式中可以合理的认为所有的转移概率都是相等的，
即，则总水平搬运平均距离如为
（2）
当搬送位置为sn时，将上式中的等差数列写为和式的形式可得：
（3）
的值是对相应的所有值的求和，从中可以看出lsisj按对角线对称分布。这样只要对表的上三角或下三角对应的项求和即可。按列lsisj的取值来看，上或下三角部分是由n-1个不同长度的等差数列来构成的。这样，的值可以表示为：
（4）
利用自然数的平方和公式，以及等差数列公式整理上式可得：
（5）
通过（3）和（5）式可以得到：
（6）
2.2 垂直搬送的平均路程
与前面水平方向搬运分析相类似，如果假设Stocker的最高层为4那么垂直方向的搬运可以分为：第3层和第4层之间的往返搬运；第2层和第4层的往返搬运；第1层和第4层间的往返搬运等三种情况。如果认为这三种情况的出现概率是相等的那么垂直方向上的平均搬运路程为：
（7）
2.3 叉取cassette的平均路程
Crane从Stocker的棚位中取出Cassette时要经历图2中的的距离，其中间隙距离3cm是为了使Cassette的取出更加可靠。根据图1所示的关系可以表示为：
（8）
对于叉取搬运来说一个循环要4lc有的平均路程。
3. 平均搬送间及搬送服务能力
前面分析了Stocker中的水平、垂直、叉取的平均搬运距离ln，lv，lc。如果相应的搬运速度依次为vn，vv，vc，则其相应的平均搬运时间Tn，Tv，Tc可以写为：
（9）
式（9）中的速度变量vn，vv，vc，指的是正常运行时的速度，实际上搬送过程中都要经过启动加速和停止减速的过程。
根据时间和位移的关系可以看出，对于给定的传送距离这两种方式将产生的时问差，如果假设加速和减速过程是相同的加速度的情况下，通过简单的推导可以看出时间差满足下式的关系：
（10）
如果用式（10）来修正式（9）则，可以得到实际情况的搬运时间，式（9）可以重写为：
（11）
这样一次循环搬运时间。对于实际的Stocker来说， 可以将认为是Stocker棚位宽度，是每层棚位的数量。
利用平均循环搬运时间可以求得Stocker的搬送服务能力，这里的搬送服务能力指的是Stocker在单位时间内（h）所能完成的最大搬送次数。如果用C来表示Stocker的服务能力，C可以表示为：
（12）
4 不同世代TFT生产线搬送能力比较
影响式（11）的主要几何参数是Cassette的尺寸，同时Cassette的尺寸是与TFT-LCD阵列工厂的玻璃尺寸成正比的，所以在此用玻璃的尺寸代替了Cassette的尺寸。当给定了玻璃的长和宽后，式（11）中的d，h，wz，we等几何参数就相应的能够确定。对于vn，vv，vc，ah，等运动学参数，各世代线的差别不大，可以认为.
结合不同世代的Stocker的具体参数，可以通过式（12）看出随着TFT工厂世代线的提高，对于具有相同储位的Stocker来说其搬送能力是下降的，所以随着世代线的增加，Stocker棚位也需要相应的增加防止搬送缓慢，提高设备稼动率。
参考文献
[1] 谷至华.薄膜晶体管（TFT）阵列制造技术[M].上海：复旦大学出版社.2007.
[2] 郑圣德.TFT-LCD 生产线的分类及组线设备[J].电子工艺技术，2005，26（5）： 365-369.
[关键词]TFT-LCD，AMHS，Crane
中图分类号：TP391；TN873 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）48-0335-02
1 引言
在TFT-LCD工艺流程中，除了镀膜、曝光、显影、刻蚀等工艺设备外[1，2]，自动化物流搬送系统（Automatic Materiel Handing System，AMHS）起到了非常关键的作用[1]，关于AMHS的一些研究目前主要集中在半导体工厂的情况[3-6]，对TFT-LCD工厂的非常少[6]。AMHS的组成主要有：存储器（Stocker），轨道导向小车（Rail Guide Vehicle， RGV），无人搬运小车（Automated Guide Vehicle， AGV）， 空中往返轨道车（Overhead Shuttle， OHS），传送带，电梯。这些组成部分用来在工厂里存储物料以及在不需要人为的干预下，把物料从一个位置搬送到另一个位置。在TFT-LCD工厂的开始阶段，其布局和AMHS系统架构是直接从晶圆（Wafer）工厂的模式中复制过来的。
早期的TFT-LCD生产线布局是依靠AGV来实现物料传递的，这种AMHS系统布局主要使用在五代线及以下的阵列工厂中。缺点是搬运速度慢，承载力不够，而且Stocker与工艺设备是分开的，占用空间大，同时洁净度不高。随着玻璃尺寸的变大，高世代线的TFT-LCD及其以上阵列工厂使用的Core Stocker布局，此布局物流顺畅，减少搬送时间[2]。对于高世代线的AMHS布局形式，能够正确的估算AMHS Stocker的搬运能力是进行设备布局设计的第一步。目前主要使用物流仿真的方法来进行这方面的分析，但仿真的办法一方面需要购买昂贵的专业物流仿真软件另一方面需要花费很长时间来学习仿真软件的使用。本文提出了一种用解析的办法分析Stocker搬送能力的方法，利用这种方法能方便的计算出Stocker的搬送能力，为工厂的设备布局提供良好的开端。
2 平均搬送路程分析
假设psisj表示从si点转移到sj点的概率。具体搬运过程可以描述为当Crane从sj点移动到si点后将制成品从si点搬送到E（Load/Unload）点，同时将E点的待制品搬回si点，此后Crane以概率psisj转移到另外一个sj点，完成一个搬运循环。下一个搬运循环采用和上面描述的搬运过程相同的方式进行。
2.1 水平搬送的平均路程
在分析水平搬运时，系统要完成的物流搬运为：s1和E点之间的往返，s2和E点之间的往返，s3和E点之间的往返，s4和E点之间的往返等。下面分别求这些过程的平均搬送距离，假设上面过程的平均物流距离分别为l1，l2，l3，l4。
（1）
上式中可以合理的认为所有的转移概率都是相等的，
即，则总水平搬运平均距离如为
（2）
当搬送位置为sn时，将上式中的等差数列写为和式的形式可得：
（3）
的值是对相应的所有值的求和，从中可以看出lsisj按对角线对称分布。这样只要对表的上三角或下三角对应的项求和即可。按列lsisj的取值来看，上或下三角部分是由n-1个不同长度的等差数列来构成的。这样，的值可以表示为：
（4）
利用自然数的平方和公式，以及等差数列公式整理上式可得：
（5）
通过（3）和（5）式可以得到：
（6）
2.2 垂直搬送的平均路程
与前面水平方向搬运分析相类似，如果假设Stocker的最高层为4那么垂直方向的搬运可以分为：第3层和第4层之间的往返搬运；第2层和第4层的往返搬运；第1层和第4层间的往返搬运等三种情况。如果认为这三种情况的出现概率是相等的那么垂直方向上的平均搬运路程为：
（7）
2.3 叉取cassette的平均路程
Crane从Stocker的棚位中取出Cassette时要经历图2中的的距离，其中间隙距离3cm是为了使Cassette的取出更加可靠。根据图1所示的关系可以表示为：
（8）
对于叉取搬运来说一个循环要4lc有的平均路程。
3. 平均搬送间及搬送服务能力
前面分析了Stocker中的水平、垂直、叉取的平均搬运距离ln，lv，lc。如果相应的搬运速度依次为vn，vv，vc，则其相应的平均搬运时间Tn，Tv，Tc可以写为：
（9）
式（9）中的速度变量vn，vv，vc，指的是正常运行时的速度，实际上搬送过程中都要经过启动加速和停止减速的过程。
根据时间和位移的关系可以看出，对于给定的传送距离这两种方式将产生的时问差，如果假设加速和减速过程是相同的加速度的情况下，通过简单的推导可以看出时间差满足下式的关系：
（10）
如果用式（10）来修正式（9）则，可以得到实际情况的搬运时间，式（9）可以重写为：
（11）
这样一次循环搬运时间。对于实际的Stocker来说， 可以将认为是Stocker棚位宽度，是每层棚位的数量。
利用平均循环搬运时间可以求得Stocker的搬送服务能力，这里的搬送服务能力指的是Stocker在单位时间内（h）所能完成的最大搬送次数。如果用C来表示Stocker的服务能力，C可以表示为：
（12）
4 不同世代TFT生产线搬送能力比较
影响式（11）的主要几何参数是Cassette的尺寸，同时Cassette的尺寸是与TFT-LCD阵列工厂的玻璃尺寸成正比的，所以在此用玻璃的尺寸代替了Cassette的尺寸。当给定了玻璃的长和宽后，式（11）中的d，h，wz，we等几何参数就相应的能够确定。对于vn，vv，vc，ah，等运动学参数，各世代线的差别不大，可以认为.
结合不同世代的Stocker的具体参数，可以通过式（12）看出随着TFT工厂世代线的提高，对于具有相同储位的Stocker来说其搬送能力是下降的，所以随着世代线的增加，Stocker棚位也需要相应的增加防止搬送缓慢，提高设备稼动率。
参考文献
[1] 谷至华.薄膜晶体管（TFT）阵列制造技术[M].上海：复旦大学出版社.2007.
[2] 郑圣德.TFT-LCD 生产线的分类及组线设备[J].电子工艺技术，2005，26（5）： 365-369.