AMHS自动物料搬运系统OHT路径优化与调度策略 - 第2节
2.1 OHT 系统物理组成
天车系统（Overhead Hoist Transport, OHT）是 AMHS 中执行晶圆载具（FOUP）空中搬运的核心设备。其物理结构可分解为以下主要子系统：
- 行走机构：包含伺服电机、减速器、行走轮及导向轮，沿轨道下翼缘运行，实现水平方向的高速移动。
- 升降机构：由卷扬电机、钢带/钢丝绳、升降平台及防坠落制动器组成，负责载具的垂直取放。
- 载具接口：位于升降平台底部的夹爪或抓取器，与 FOUP 顶部的法兰盘（Flange）机械耦合，并包含 RFID 读取器或光学传感器用于载具识别。
- 供电与通信：通过轨道侧方的滑触线（Busbar）供电，利用无线 AP 或漏波电缆实现与 MCS 的实时通信。
- 安全系统：包括激光测距防撞、超声波障碍物检测、紧急停止按钮及声光报警器。
关键指标： 典型 OHT 空载速度可达 4.0 m/s，满载速度 3.0 m/s，定位精度 ±2 mm，单次取放周期（Load/Unload）约 8~12 秒。
2.2 轨道网络布局
OHT 轨道网络通常采用闭环主干线 + 分支缓存的拓扑结构，以平衡高流通量与设备访问需求。常见布局模式包括：
- 单环布局：所有 OHT 共享一条单向环形轨道，结构简单，适用于小型工厂或低流量区域。
- 双环布局：内外双环分别承载不同方向的交通流，减少交叉冲突，提升吞吐量。
- 网格布局：纵横轨道交叉形成网格，配合道岔切换，提供多路径冗余，适用于大型晶圆厂。
- 主干-分支布局：高速主干线连接各区域，分支轨道延伸至设备端口（Port），兼顾速度与覆盖。
| 布局类型 | 吞吐量 | 路径冗余 | 道岔复杂度 | 典型应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 单环布局 | 低 | 无 | 低 | 小型实验室、低产出线 |
| 双环布局 | 中 | 有限 | 中 | 中型晶圆厂、单一工艺区 |
| 网格布局 | 高 | 高 | 高 | 300mm 大型晶圆厂 |
| 主干-分支布局 | 高 | 中 | 中高 | 多工艺区互联、FOUP 缓存 |
设计要点： 轨道转弯半径通常 ≥ 1.5 m，道岔切换时间约 1.5~2.5 秒。分支轨道末端需设置缓存位（Buffer），用于临时停放等待进入设备的 OHT。
2.3 升降机构与物料载具接口
升降机构是 OHT 实现垂直取放的核心执行单元，其性能直接影响搬运效率与安全性。载具接口则负责与 FOUP 的可靠对接。
2.3.1 升降机构关键技术参数
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 升降速度 | 0.5 ~ 1.0 m/s | 空载快，满载慢，可调速 |
| 升降行程 | 600 ~ 1200 mm | 取决于设备 Port 高度与轨道安装高度 |
| 定位精度 | ±1 mm | 闭环伺服控制 + 末端减速 |
| 最大负载 | 15 ~ 25 kg | 含 FOUP 及晶圆重量 |
| 制动方式 | 电磁制动 + 机械锁止 | 断电自动抱闸，防止坠落 |
2.3.2 FOUP 接口标准
FOUP（Front Opening Unified Pod）是 300mm 晶圆的标准载具，其顶部法兰盘（Top Flange）是 OHT 抓取的唯一机械接口。接口设计需满足以下要求：
- 机械耦合：夹爪以三点或四点接触方式锁紧法兰盘，夹持力可控，避免损伤 FOUP。
- 电气连接：部分接口集成触点或非接触式感应，用于读取 FOUP 内晶圆映射数据或 RFID 标签。
- 对中导向：接口底部带有锥形导向槽，允许 OHT 在 ±5 mm 水平偏差内完成自动对中。
- 安全互锁：只有当夹爪完全锁紧且升降平台处于高位时，OHT 才允许水平移动。
常见故障模式： 夹爪磨损导致夹持力不足、RFID 读取失败、升降钢带疲劳断裂。建议每 10,000 次取放周期执行一次预防性维护。
2.4 系统集成与通信架构
OHT 系统并非孤立运行，需与上层 MCS（Material Control System）及下层设备控制器紧密集成。典型的通信架构如下：
- MCS 层：下发搬运任务（Transport Job），包含源 Port、目标 Port、优先级及时间约束。
- OHT 车载控制器：解析任务，执行路径规划与运动控制，实时上报位置与状态。
- 道岔控制器：接收 OHT 请求，切换道岔方向，避免冲突。
- 设备控制器：通知 OHT 设备 Port 是否可用、FOUP 是否就位。
通信协议： 主流方案采用 SECS/GEM (SEMI E5/E37) 或 OPC UA，实时性要求高的控制指令通过 EtherCAT 或 Profinet 传输。