Timed Petri nets in modeling and analysis of cluster tools

Timed Petri nets are used as models of cluster tools representing the flow of wafers through the chambers of the tool as well as sequences of actions performed by the robotic transporter. Since the durations of all activities are also represented in the model, performance characteristics can be derived from the model for steady-state, as well as transient behaviors. The performance of single-blade tools is compared with that of dual-blade tools. The effects of multiple loadlocks, redundant chambers and multiple robots are discussed and, analyzed. Modeling of wafer routings with chamber revisiting and processing of wafers of multiple types is also briefly discussed

A Petri-Net-Based Scheduling Strategy for Dual-Arm Cluster Tools With Wafer Revisiting

International audienceThere are wafer fabrication processes in cluster tools that require wafer revisiting. The adoption of a swap strategy for such tools forms a 3-wafer cyclic (3-WC) period with three wafers completed in each period. It has been shown that, by such a scheduling strategy, the minimal cycle time cannot be reached for some cases. This raises a question of whether there is a scheduling method such that the performance can be improved. To answer this question, a dual-arm cluster tool with wafer revisiting is modeled by a Petri net. Based on the model, the dynamical behavior of the process is analyzed. Then, a 2-wafer cyclic (2-WC) scheduling strategy is revealed for the first time. Cycle time analysis is conducted for the proposed strategy to evaluate its performance. It shows that, for some cases, the performance obtained by a 2-WC schedule is better than that obtained by any existing 3-WC ones. Thus, they can be used to complement each other in scheduling dual-arm cluster tools with wafer revisiting. Illustrative examples are given

Ordonnancement cyclique robuste appliqué à la gestion des conteneurs dans les ports maritimes de taille moyenne

This PhD thesis is dedicated to propose a robust cyclic scheduling methodology applied to container management of medium sized seaport which faces ever changing terminal conditions and the limited predictability of future events and their timing. The robust cyclic scheduling can be seen not just a predictable scheduling to compute a container transportation schedule, but also a reactive scheduling to eliminate the disturbances in real time. In this work, the automated intelligent vehicles (AIV) are used to transport the containers, and the P-time strongly connected event graph (PTSCEG) is used as a graphical tool to model the container transit procedures. Before the arrival of the container vessel, a cyclic container transit schedule can be given by the mixed integer programming (MIP) method in short time. The robustness margins on the nodes of the system can be computed by robustness algorithms in polynomial computing time. After the stevedoring begins, this robust cyclic schedule is used. When a disturbance is observed in system, it should be compared with the known robustness margin. If the disturbance belongs to the robustness margin, the robustness algorithm is used to eliminate the disturbance in a few cycle times. If not, the MIP method is used to compute a new cyclic schedule in short timeCette thèse présente une méthodologie d’ordonnancement cyclique robuste appliquée à la gestion des conteneurs dans les ports maritimes de taille moyenne. Ces derniers sont sujet constamment à des variations des conditions des terminaux, la visibilité réduite sur des évènements futurs ne permet pas de proposer une planification précise des tâches à accomplir. L’ordonnancement cyclique robuste peut jouer un rôle primordial. Il permettra non seulement de proposer un ordonnancement prédictif pour le transport des conteneurs, mais aussi, il proposera également une planification robuste permettant d’éliminer les perturbations éventuelles en temps réel. Dans ce travail nous utilisons les Véhicules Intelligents Automatisés (AIV) pour transporter les conteneurs et nous modélisons les procédures de transit de ces derniers par des graphes d’évènements P-temporels fortement connexes (PTSCEG). Avant l’arrivée d’un porte conteneur au port, un plan (planning) de transport des conteneurs est proposé en un temps court par la programmation linéaire mixte (MIP). Des algorithmes polynomiaux de calcul de robustesse permettent de calculer sur les différents nœuds du système les marges de robustesse. Une fois le navire à quai, l’ordonnancement cyclique robuste est appliqué. Lorsqu’une perturbation est observée (localisée) dans le système, une comparaison avec la marge de robustesse connue est effectuée. Si cette perturbation est incluse dans la marge de robustesse, l’algorithme robuste est utilisé pour éliminer ces perturbations en quelques cycles. Dans le cas où la perturbation est trop importante, la méthode MIP est utilisée pour calculer un nouvel ordonnancement cyclique en un temps rédui

A influência do estado de maturação de componentes na sua aprovação em projetos de novos produtos : os seus efeitos no cumprimento de prazos de entrega e na satisfação do cliente da indústria automóvel

Tese de Doutoramento em Engenharia e Gestão Industrial, Universidade Lusíada, Vila Nova de Famalicão, 2021Exame público realizado em 04 de Novembro de 2021A fase de desenvolvimento do produto exige novas soluções para apresentar produtos mais elaborados e, objetivamente, mais baratos. Reduzir o tempo de lançamento no mercado é o principal objetivo da maioria das empresas, para entrar no mercado mais cedo, aumentar sua participação no mercado e maximizar o retorno sobre seus investimentos. Para isso, um dos grandes objetivos das empresas hoje é fazer com que as peças adquiridas de fornecedores externos sejam aprovadas no tempo planeado para não prejudicar o cronograma acordado entre a organização e o cliente final. Além disso, é importante que a peça esteja dentro das especificações não só para uma fácil integração dos componentes dentro da organização, mas também a funcionalidade da mesma quando o produto final estiver em uso pelos utilizadores finais. Isso significa que se deve garantir a fabricação de um produto com o maior grau de maturidade dentro do prazo acordado com o cliente para garantir sua satisfação. O grau de maturidade representa como que o status do projeto que atende a todas as necessidades do cliente quando este o recebe e mantém o nível de qualidade durante o tempo de sua utilização. Porém se observa que as peças não estão maduras o suficiente para o arranque da produção em série e os prazos não são cumpridos. A metodologia atual apresenta fragilidade na monitorização do grau de maturidade e nos prazos do projeto por não considerar a análise de factibilidade e a evolução comparativamente aos resultados estudos de simulação, associado a análise de riscos, como pontos importantes no processo de desenvolvimento de novos produtos (New Product Development / NPD). O objetivo desta tese é o de desenvolver uma proposta para acompanhamento da maturidade da peça / do processo de manufatura e de um modelo de trabalho que correlacione o ciclo de intervenções de ferramenta com o APQP e quality gates. Pretende-se também validar este modelo e analisar o impacto de uma análise de factibilidade fraca através de uma simulação piloto baseado nas Redes de Petri. A simulação apresentada na parte final da tese serve para quantificar o quanto representa uma intervenção na ferramenta em termos de tempo consumido. Os resultados obtidos demonstram que a conclusão do processo de aprovação de uma simples peça plástica injetada poderá estar comprometida. Se a peça não estiver bem nas análises de factibilidade e nos estudos de simulação, com certeza não estará perto de SOP ou quando for para o PPAP ser aprovado. Questões de funcionalidade da peça / do produto final ou, simplesmente, a quantidade de desvios existentes em relação a especificações que são submetidas para aprovação pela organização são as causas para as intervenções da ferramenta / molde. Dependendo do que se é necessário “corrigir”, o tipo de intervenção na ferramenta ou a duração ou a eficácia da mesma refletem no atraso da conclusão do projeto. O avolumar de intervenções de ferramenta decorrente disso é enorme porque o reconhecimento de que se trata de uma má análise de factibilidade e / ou indevida interpretação ou análise de risco dos resultados dos estudos de simulação é tardia. A fim de dar continuidade ao trabalho desenvolvido, uma proposta para trabalhos futuros seria integrar o fluxo de outras peças / componentes para a simulação de um projeto completo. Para isso a estrutura da Rede de Petri deverá ser adaptada para aplicação de hierarquias das Redes de Petri a fim de criar módulos fechados e, assim, simplificar a estrutura da Rede de Petri, tornando-a mais manuseável. Dentro desses módulos ter-se-ia o circuito relevante da Rede de Petri de cada componente conforme o exemplo acima. Outra possibilidade seria verificar junto aos fornecedores de componentes de compra externa a fim de se fazer o levantamento de quantas intervenções são feitas as ferramentas após o primeiro envio de amostras as organizações, assim como, a natureza das mesmas – simples / complexa – e, finalmente, o tempo de duração dessas mesmas intervenções para uma melhor calibração da simulação. Uma última proposta para a simulação da cadeia logística cujo dinamismo é associado, normalmente, a “incerteza” que é sempre uma preocupação constante. As cadeias logísticas estão cada vez mais suscetíveis a interrupções. A investigação de políticas para controlar / mitigar as interrupções torna-se uma necessidade para as empresas e um campo crucial da investigação neste tópico. Palavras-chave: Desenvolvimento de novos produtos, Engenharia concorrente, APQP, Portões de Qualidade, Maturação das peças, Estado congelado da peça e do processo de manufatura, Projeto de moldes, Moldes para a injeção de plásticos, Ensaios de injeção, Correção dos moldes, Redes de Petri.The product development phase requires new solutions to present more elaborate and, objectively, cheaper products. Reducing time to market is the main objective of most companies, to enter the market sooner, increase their market share and maximize the return on their investments. To this end, one of the major objectives of companies today is to ensure that parts purchased from external suppliers are approved within the planned time so as not to jeopardize the schedule agreed between the organization and the final customer. In addition, it is important that the part be within specifications not only for easy integration of components within the organization, but also its functionality when the product is in use by end users This means that the manufacture of a product with the highest degree of maturity must be guaranteed within the time agreed with the customer to guarantee their satisfaction. The degree of maturity represents, as it were, the status of the project that meets all the needs of the client when he receives it and maintains the level of quality during the time of its use. However, it is observed that the parts are not mature enough for the start of series production and the deadlines are not met. The current methodology presents weaknesses in the monitoring of the degree of maturity and in the project deadlines for not considering the analysis of feasibility and the evolution compared to the results of simulation studies, associated with risk analysis, as important points in the process of developing new products (New Product Development / NPD). The objective of this thesis is to develop a proposal for monitoring the maturity of the part / the manufacturing process and a work model that correlates the cycle of tool interventions with the APQP and quality gates. It is also intended to validate this model and analyze the impact of a weak feasibility analysis through a pilot simulation based on Petri Nets. The simulation presented in the final part of the thesis serves to quantify how much an intervention in the tool represents in terms of time consumed. The results obtained demonstrate that the completion of the approval process for a simple injected plastic part may be compromised. If the part is not doing well in the feasibility analyzes and in the simulation studies, it will certainly not be close to SOP or when PPAP is to be approved. Functionality issues of the part / final product or, simply, the number of deviations in relation to specifications that are submitted for approval by the organization are the causes for the interventions of the tool / mold. Depending on what it is necessary to “correct”, the type of intervention in the tool or the duration or effectiveness of the tool is reflected in the delay in completing the project. The resulting number of tool interventions is huge because the recognition that this is a bad analysis of feasibility and / or misinterpretation or risk analysis of the results of the simulation studies is late To continue the work developed, a proposal for future work would be to integrate the flow of other parts / components for the simulation of a complete project. For this, the structure of the Petri Net must be adapted to apply hierarchies of the Petri Net in order to create closed modules and, thus, simplify the structure of the Petri Net, making it more manageable. Within these modules, there would be the relevant Petri Net circuit for each component, as shown in the example above. Another possibility would be to check with the suppliers of components of external purchase in order to make a survey of how many interventions the tools are made after the first sending of samples to organizations, as well as their nature - simple / complex - and, finally, the duration of these interventions for a better simulation calibration. A final proposal for the simulation of the logistics chain, whose dynamism is normally associated with “uncertainty”, which is always a constant concern. Logistics chains are increasingly susceptible to disruptions. Policy research to control / mitigate disruptions becomes a necessity for businesses and a crucial field of research on this topic. Keywords: New product development, Concurrent engineering, APQP, Quality gates, Maturation of parts, Frozen state of the part and manufacturing process, Mold design, Mold for plastic injection, Injection tests, Mold correction, Petri nets