王美珍

（中芯國際集成電路〈上海〉制造有限公司，中國 上海 201203）

0 前言

摩爾定律告訴我們：集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。電子產品市場更新節(jié)奏快速，客戶除了選擇制造商代工下單的質量和價格考量因素外，允諾的產品交貨日期也成為客戶下單的另一主要考量因素。如何快速交貨已成為半導體制造業(yè)爭取客戶的重要因素之一。

半導體晶圓制造工廠的生產線十分復雜，制造過程達900多道，且有多次重復加工的過程，設備分單片和批次作業(yè)方式，某些站點還有返工等不確定因素，生產規(guī)劃十分困難。為縮短產品的生產周期時間快速交貨，可能造成產出降低、生產周期時間變化增大的不良影響。目前晶圓代工廠在客戶交期急迫時，經協(xié)商后以緊急插單的方式處理。為避免緊急插單造成管理上的失序，一般控制極少量的緊急訂單（約為產能的10%以下）。晶圓代工廠在正常狀況僅提供客戶正常生產周期時間的服務。然而，在激烈的市場競爭情況下,勢必提供多種生產周期時間產品之服務。

多種生產周期時間產品例如正常生產周期時間的服務為該產品理論加工的4倍，稱之為正常產品?？焖俳回浀亩躺a周期時間的服務為該產品純加工的2倍，稱之為短生產周期時間產品。例如：短生產周期產品占產能的30%，并將其視為正常訂單的一部份。如同飛機座艙有經濟艙、商務艙與頭等艙之別，以迎合客戶不同的需求。對于快速淘舊換新的代工產品，客戶可選擇快速交貨的服務；對于市場較穩(wěn)定之產品，客戶可以較低的代工價格換取較長的允諾交期。晶圓代工廠提供多種生產周期時間產品，滿足客戶在交期與價格間，選擇合適的代工服務。這樣不僅可以爭取更多的顧客，而且可減少緊急插單對產線的不利影響，因此提出對多種生產周期時間的服務之探討。

晶圓代工廠為接單式生產，接到客戶訂單時進行接單規(guī)劃，承諾可以交貨的日期。因此在晶圓代工廠規(guī)劃了不同生產周期時間所對應產品的投料和完工時間后，必須有一套好的派工法則，以確保工單能在預定的完工時間完成。

本課題探討之目的在于對已完成規(guī)劃工單（含預定的投料時間和完工時間）之下，發(fā)展一個控制多種生產周期時間的派工法則，期望能使不同生產周期產品都能在規(guī)劃的完工時間產出。

1 常用的派工法則

半導體制造生產依據(jù)產品的生產制造流程，設備的加工特性，和客戶的交貨日期對設備進行加工安排。目前，常見的一般設備派工法則如下：

1.1 先進先出的法則(Fist In Fist Out—FIFO)

設備依照產品的到達時間先后順序進行加工，優(yōu)先安排先來的產品生產。

1.2 生產周期比例法（Cycle Time Ratio）

有些也稱關鍵比例 （Critical Ratio,CR）,距離要求交貨的時間與理論的實際加工時間的比值，比例越小的優(yōu)先級越高。 按此法安排生產，可以按產品要求的時間順序交付，確保產品的準時交付。

1.3 最短加工時間法（Shortest Processing Time，SPT）

加工時間越短，優(yōu)先級越高。即優(yōu)先加工時間耗時短的產品批。

1.4 最早交期法（Earliest Due Date,EDD）

交期越早的優(yōu)先級越高，即優(yōu)先加工交期早的產品批。

1.5 最短剩余加工時間法（Shortest Remaining Processing Time,SRPT）

剩余的加工時間越短，優(yōu)先級越高。即優(yōu)先加工剩余加工時間最短的產品批。

1.6 最小寬裕時間法(Least Slack,LS)

距產品交期的時間減去剩余加工所需的時間，為寬裕時間。寬裕時間越短的，優(yōu)先級越高。即優(yōu)先安排寬裕時間最短的產品批。

2 課題探討的建立與分析

2.1 現(xiàn)況

為確保產品如期交付，晶圓代工廠無法用單一的設備派工法則進行管理。剩余加工時間沒有考慮后面設備的利用率狀況，實際產品流經高利用率和低利用率的設備實際的等待時間各有差異。如單一按最小寬裕時間進行派工，可以確保最小寬裕時間的產品批最早加工，準時或提前交付，但一定程度上影響到其他產品的生產周期。所以需針對此不足，進行適當修正。本課題就是在此派工規(guī)則的基礎，結合后續(xù)設備的利用率高低狀況，對派工的優(yōu)先級進行調整，以確保全線產品的如期交付，減少短生產周期產品對全局的派工影響。提升公司的市場競爭力。

2.2 派工法則分析與修正

本探討在已經完成規(guī)劃每個工單的投料和預定完工時間之下，討論出控制多種生產周期時間的派工法則。

以傳統(tǒng)的優(yōu)先級控制不同等級的工單，給予短生產周期產品較高的優(yōu)先權，使得短生產周期產品可以在既定的規(guī)劃時間內產出。然而給予短生產周期產品較高的優(yōu)先權會使得在任何情況下，短生產周期產品都比長生產周期產品優(yōu)先加工，容易使短生產周期產品提前產出而長生產周期產品延遲產出。

最小寬裕時間派工方法是計算工單的剩余時間 （工單交期-目前時間-剩余步驟的加工時間），剩余時間小的工單優(yōu)先加工。最小寬裕時間派工方法可以讓剩余時間較短的工單優(yōu)先加工。即使不給予短生產周期產品優(yōu)先權，在一般的情況下因為短生產周期產品的交期較早。如果短生產周期產品的剩余時間比長生產周期產品還長時，也可以讓長生產周期產品優(yōu)先加工，因此不會造成短生產周期產品提前產出而長生產周期產品延遲產出的情形。 寬裕時間派工法只考慮剩余加工時間并不合理，列舉情況如下：（見圖1最小寬裕時間派工的缺點）

圖1

比較圖例Prod1和Prod2的剩余加工時間，用最小寬裕時間的派工會讓Prod2優(yōu)先加工。然而此種派工則不太合理。Prod1和Prod2在機臺A前等候，Prod1經過機臺A后要經過一個加工時間為50分的瓶頸機臺B和加工 時間為20分的瓶頸設備D,而Prod2經過機臺A后要經過一個加工時間為40分和加工時間為30分的非瓶頸機臺E、F。雖然Prod2的寬裕時間40分較Prod1 45分短，但因為Prod1之后要經過兩個瓶頸機臺，需要較長的等待時間，因此此情形下用最小寬裕時間派工方法，會讓Prod2優(yōu)先在機臺A加工。

由上例可知，最小寬裕時間派工方法無法考慮剩余加工步驟機臺利用率的影響。因此本研究提出一個修正寬裕時間的派工法則，考慮剩余加工步驟的機臺前等待時間修正寬裕時間，讓剩余加工步驟會經過較多高利用率機臺群的工單可以優(yōu)先通過。

工單派工順序T=工單交期-當前日期-剩余步驟需要的加工時間-剩余步驟在設備前的等待時間，T越小的，設備加工的優(yōu)先級越高。

圖2

這樣，利用估計設備的等待時間來修正分類的結果，瓶頸設備因利用率高等待時間長，次瓶頸設備也受設備數(shù)量，工藝限制和利用率的影響有不同的等待時間。 綜合這些考量因素，修正設備的最小時間寬裕派工法則，可以將剩余步驟中需要等待較久的工單優(yōu)先加工。

2.3 法則修正的績效評估

派工法則之績效評估指標：

1）延遲的工單比例及總延遲時間；

2）OTDT on time delivery準時交貨率：

3）各產品的平均生產周期時間、生產周期時間標準差

2.4 以半導體先期策劃系統(tǒng)APS來模擬派工法則改善前后之績效

利用修正前和修正后最小寬裕時間的派工法則模擬得到每個工單的產出時間，比較模擬的產出時間與接單排程規(guī)劃的預定完工時間來分析各種派工法則的績效。

仿真模式構建：

a）機臺資料的建立和維護

建立工藝和量測機臺群組104種，共530臺機臺

b）設備稼動率OEE設定

稼動率OEE是設備的綜合使用效率，設備的有效產出比。按設備組預測利用率來分，利用率在90%以上，設備的OEE設置在85%，利用率在50%～90%，OEE設置為75%；利用率在50%以下的，OEE設為50%。

c）產品資料

維護五種不同產品P1、P2、P3、P4、P5。各種產品投料比例皆為1：1：1：1：1，其中P1產品有兩種的生產周期時間（短生產周期時間設定為長生產周期時間產品的0.6倍），分別為P1短及P1長，其比例為1：3。

d）需求資料

依據(jù)規(guī)劃出各產品的投料時間和產品的交貨日期，每個lot皆為25片wafer時間區(qū)段：時間區(qū)段設定為天。

表1

e）設定模擬時間段為8個月，連續(xù)等量投料3個月后，設備的開機利用和全線WIP分布趨于穩(wěn)定后開始搜集資料，搜集資料的時間為8個月。搜集資料期間長生產周期產品6085個lots，短生產周期產品236個lots。為了考量機臺當機的影響，比較法則修正前后生產周期的不同績效表現(xiàn)。

3 結果

本研究首先提出探討控制多種生產周期時間產品派工方法的問題。本研究所構建的修正余裕時間派工法則，藉由分析剩余加工步驟機臺群的利用率及機臺數(shù)等資料，利用等候理論計算lot在機臺群的平均等待時間。需要等待較久時間的機臺群，給予較高的權重，由此修正余裕時間派工法。本研究所提的派工法則較FIFO、Least Slack、EDD和CR派工法則，有較好的績效。

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