[摘要] 在供應鏈環(huán)境下，半導體生產線具有可重入性、復雜性、不確定性、多目標和多約束等特點，其生產控制策略，以及優(yōu)化調度問題是近年來控制領域的一個重要研究方向。本文以半導體產品供應鏈為研究對象，提出基于CONWIP思想的供應鏈控制策略，并對其建模和評價指標做了一定的研究，為整個供應鏈上生產線的設計、布局和規(guī)劃提供了依據。

[關鍵詞] CONWIP半導體生產線控制策略建模

一、引言

對于制造型企業(yè)來說，提高企業(yè)競爭力的可以通過降低在制品庫存量、縮短交貨期、改善優(yōu)化生產流程，提高生產線的柔性等方法進行解決。

從物料在生產線上的流動控制來看，可分為推式(push)和拉式(pull)。推式生產控制系統(tǒng)以物料需求計劃(MRPⅠ)和制造資源計劃(MR PⅡ)為代表;拉式生產系統(tǒng)以看板(Kanban)系統(tǒng)為代表。

隨著IT產業(yè)的迅速發(fā)展，半導體生產線引起了人們的關注。半導體晶元制造系統(tǒng)一個循環(huán)重入的過程，機器種類多、成品率波動大，制造流程復雜且重入度高，相似的步驟順序要重復20～30次，每次重復叫做一層，不同層或不同器件的加工流程需要競爭使用生產資源。如何結合半導體生產線的特點， 設計一種生產控制策略，提高半導體生產的良品率，降低平均生產周期，是一個有重要研究價值的問題。

二、半導體制造行業(yè)的CONWIP供應鏈

1.半導體供應鏈結構

半導體產業(yè)供應鏈的結構具體可以細分成以下部分:IC設計公司、原材料供應商、晶圓制造廠、針測廠、晶圓測試廠、封裝廠、晶片測試廠和裝配(最終客戶)。在該供應鏈上，從IC設計開始，經過鏈中不同企業(yè)的制造加工、測試、組裝等過程，最終滿足用戶的需求。其各個節(jié)點企業(yè)的主要任務(功能)如下:

IC設計公司。它位于半導體供應鏈最上游，是整個供應鏈體系的驅動者。負責設計半導體產品的功能與結構。個性化需求使得IC 設計公司必須切實掌握顧客的訂單需求。

原材料供應商。半導體供應鏈的源頭，提供生產所需的原材料。包括晶圓及各種試劑等。

晶圓制造廠。其生產線的運作是一個復雜的離散過程，同時也是一個多重入的生產過程，相似的步驟順序要重復20～30，每次重復或不同器件的加工流程需要競爭使用一些生產資源。最后，硅芯片上的晶體管通過各種復雜繁瑣的制造過程連接起來形成所需回路 ， 這一過程可能包含 300 多個單獨的制造步驟。

針測廠。晶圓制造完成后，被切割成單個電路，即晶粒。主要任務是對晶圓進行分類。

晶圓測試廠。通過測試的晶圓進入封裝階段。晶圓測試與封裝是緊密相關的生產環(huán)節(jié)。

封裝廠。在封裝廠完成了晶圓的封裝。晶片測試廠。對于不符合條件的將處理掉。

最終客戶。 通過最終測試的晶圓即可運送至客戶，或按照需求將其裝配成某一組件。

2.半導體供應鏈存在的問題

目前中國半導體制造企業(yè)存在問題中最為顯著的是存貨與晶粒庫存水平過高引起的成本負擔，由于市場需求的變動較大，存貨作為緩沖池的功能，能夠用以面對突變的市場運作，但是過高的庫存將占用大量的流動資金，耗費大量的人力物力財力，而過低的庫存卻會影響到整個供應鏈的顧客服務水平，損害了企業(yè)的形象，流失顧客造成經濟損失。因此本文將應用CONWIP庫存控制理論來進行半導體供應鏈在制品庫存控制，優(yōu)化半導體供應鏈。

三、半導體制造行業(yè)CONWIP供應鏈建模型

首先，將該供應鏈的各節(jié)點進行整合，整合后可分為以下四個部分(階段):IC設計和原材料供應、晶圓制造及分類(針測)、晶圓測試與封裝、晶片測試和裝配。其次，在不同的階段采用不同的控制策略，將“推”式模型的效率性和“拉”式模型的靈活性結合起來為。最后，建立一定的評價指標對供應鏈的優(yōu)化結果進行評價。

1.假設

在建立半導體產業(yè)的CONWIP/PUSH供應鏈數學模型前，有必要做如下假設:

(1)將所研究的供應鏈劃分為四個環(huán)節(jié):IC設計及原材料生產(準備);晶圓制造及分類(針測);晶圓測試及封裝;晶片測試及裝配。(2)IC設計能力遠大于晶圓制造廠的產能。(3)供應鏈上各企業(yè)節(jié)點處的安全庫存量ss各不相同，且供貨提前期LT也不相同。(4)存在缺貨現象(即無法及時滿足訂單需求)。(5)原材料的供應能力無限制。(6)不考慮供應鏈各節(jié)點間的運輸延遲。

2.模型

根據CONWIP、PUSH等控制模型的原理以及以上假設，對半導體產業(yè)供應鏈結構進行優(yōu)化——建立CONWIP/PUSH供應鏈管理模式。如下圖:

(1)各節(jié)點企業(yè)上零部件的庫存量

(1)

(2)

(3)

(4)

其中，表示在t時刻能供應裝配的晶圓片數量，其計算公式為

(5)

表示t時刻，半導體的總需求量，其計算公式為

(6)

表示在t時刻可能積壓的顧客訂單數量。

(7)

而各節(jié)點企業(yè)在t時刻的生產量如下:

(8)

(9)

又假設條件(2)、(5)可知:(10)

(2)可能的缺貨量

在供應鏈的各節(jié)點處可能存在缺貨(除第一階段)，則第 2、3階段的可能缺貨數量為:

(11)

(12)

3.評價指標

多少的庫存量才算是最佳(合理)的呢?下面給出判斷依據TI。

TI表示在整個供應鏈上的各節(jié)點達到穩(wěn)定時的平均在制品數量，TI很小時，表明該供應鏈的有效性好，反之則差。計算公式如下:

(13)

注:各個節(jié)點處的庫存設置不同的權重，

然而，在降低整條供應鏈的庫存水平時，可能會出現訂單的積壓甚至訂單的丟失，因此可以用平均積壓的訂單數量 來衡量該供應鏈的顧客服務水平，其計算公式如下:

(14)

由公式(13)、(14)可知:TI與 出現不一致，當TI減小時， 將增大;當TI增大時， 則減小。因而可以根據實際情況來調整供應鏈上的TI與 以達到兩者的均衡。也可以通過調整 來優(yōu)化整條供應鏈。

四、結束語

本文通過分析生產系統(tǒng)中的CONWIP生產控制模式的基本思想及其實現過程，并將其運用到半導體制造行業(yè)的供應鏈中。在對半導體制造多重入特點以及供應鏈運作特點的分析基礎上，提出了一種改進的半導體供應鏈庫存管理模式——供應鏈環(huán)境下的CONWIP生產控制策略，并建立了數學模型，并進行模型分析和驗證。該模式為半導體制造系統(tǒng)提出一個全面而通用的生產調度策略，在理論上能降低整條供應鏈的庫存、提高顧客服務水平，可以指導半導體行業(yè)優(yōu)化庫存管理。

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