晶圓製造廠多工單等級下生產規劃模式之構建

Abstract

因應晶圓製造廠多工單等級與產品組合異動的生產環境，本研究採階層式架構，在不透過模擬工具的輔助下，以數學模式為基礎構建一生產排程規劃模式。 本模式中包含四個模組，首先在生產績效模組中，估算各產品等級與層級別之生產週期時間、最適在製品量、每日作業數、雙界法門檻值等相關指標；其次在主生產排程規劃模組中，評估產能負荷與批量載入政策，制訂投料循環表以及各工單之投料時程表、產出時程表與交期指定；在細部排程規劃模組中，推算各工單之層級產出時程表，並以連批固定在製品量法制訂投料機制；另外，針對因產品等級比例顯著改變而存在的過渡階段，發展過渡階段調整模組，調整各項相關規劃值，使生產環境能平順地逐步轉換，將需求變異造成的衝擊減至最低，並對跨階段生產的工單，重新估算其生產週期時間與指定工單交期。 模擬結果顯示，透過本文發展之生產規劃模式，可快速且準確地估算相關生產績效值，輔助主生產排程與細部排程階段制訂各項規劃值，使系統達到產出目標與高達交度；過渡階段之相關調整規劃，有效建立逐步轉移系統目標之規劃方法，以利各項規劃成果之落實。整體來說，吾人發展之生產規劃模式，同時具備有效性與可行性，規劃結果可供目標規劃或生產活動控制階段作為決策之參考與依據。

Multiple-priority orders and fluctuating product mix owing to product diversification and various customer requests have been critical issues in wafer fabrication. However, relevant literature studying about production planning of wafer fabrication largely assumes single-priority orders and constant product mix to simplify the production environment. Therefore, this work presents a novel hierarchical and mathematical production planning model capable of considering these important production characteristics without the assistance of simulation tool. The model proposed contains four modules. Initially, the production performance estimation module estimates performance indexes such as production cycle time, work-in-process, daily moves, and the threshold value of two-boundry (TB). Secondly, the master production schedule (MPS) module evaluates the capacity load and batch rule, and in sequence schedules the release cycle list, release time list, output time list, and assigns due date of each orders. Thirdly, the detail schedule (DS) module schedules the layer output time list, and designs the release mechanic based on the batch-CONWIP release rule. Furthermore, for the transient stage due to the fluctuating product mix, the transient stage adjustment module clarifies the adjustment of relevant planning, especially on cycle time estimation and due date assignment for cross-stage orders. Simulation experiment reveals that the proposed model can efficiently estimates the production performance and designs relevant plans during MPS and DS stage. Furthermore, both the production target and due date requirement can be achieved. The planning result can output to the target planning system or the production activity control system, thus providing a valuable reference when making a shop floor decision. Consequently, this model capable of processing multiple-priority orders and fluctuating product mix is effective and efficient, and applicable to a more complex and real environment. 英文摘要 II 誌 謝 IV 目 錄 V 圖 目 錄 IX 表 目 錄 XI 符號一覽表 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 1 1.3 研究範圍與限制 2 1.4 研究方法 3 第二章 文獻探討 5 2.1 績效指標 5 2.1.1 生產週期時間 7 2.1.2 區段基礎式週期時間估算法 9 2.1.3 在製品量 13 2.1.4 交期滿意度 13 2.1.5 延遲成本 14 2.1.6 產出水準 15 2.2 緊急工單 16 2.3 生產規劃 17 2.3.1 生產排程 17 2.3.2 粗估產能規劃 18 2.3.3 產能利用率 20 2.3.4 批量法則 20 第三章 模式構建 22 3.1 問題定義與分析 22 3.2 整體邏輯與架構 23 3.3 生產績效估算模組 26 3.3.1 生產週期時間估算 27 3.3.2 在製品量估算 38 3.3.3 每日作業數估算 42 3.3.4 雙界法門檻值 44 3.4 主生產排程規劃模組 47 3.4.1 產能負荷評估與批量政策制定 48 3.4.2 投料循環表 50 3.4.3 投料時程表 54 3.4.4 產出時程表 56 3.4.5 訂單交期指定 56 3.5 細部排程規劃模組 57 3.5.1 層級產出時程表 59 3.5.2 投料規劃 60 3.6 過渡階段調整模組 63 3.6.1 階段判別與定義 65 3.6.2 過渡階段之產出目標設定 66 3.6.3 過渡階段之產能負荷與批量政策 68 3.6.4 過渡階段之投料規劃 69 3.6.5 跨階段生產週期時間估算 70 3.6.6 跨階段工單產出時程表與交期指定 73 第四章 模擬驗證 75 4.1 系統環境說明 75 4.1.1 生產環境資料 75 4.1.2 主生產排程規劃假設 77 4.1.3 細部排程規劃假設 78 4.1.4 過渡階段規劃假設 78 4.1.5 模擬環境說明 79 4.2 生產績效估算模組之執行過程與規劃結果 80 4.2.1 負荷因子等候時間之估算 80 4.2.2 批量因子等候時間之估算 80 4.2.3 生產週期時間估算 80 4.2.4 在製品量估算 88 4.2.5 每日作業數估算 90 4.3 主生產排程與細部排程之執行過程 91 4.3.1 產能負荷與批量政策 91 4.3.2 投料循環表 92 4.3.3 投料時程表、產出時程表、交期設定表 93 4.3.4 工單層級別產出時程表 98 4.4 主生產排程與細部排程之規劃成果分析 98 4.4.1 投料產出時程之差異分析 98 4.4.2 產出目標達成度分析 101 4.4.3 交期達成度分析 102 4.5 過渡階段調整模組之執行過程 103 4.5.1 過渡階段之產出目標設定 103 4.5.2 過渡階段之產能負荷與批量政策 105 4.5.3 過渡階段之投料循環表 106 4.5.4 跨階段工單之生產週期時間估算 107 4.5.5 過渡階段之投料產出規劃 108 4.6 過渡階段之規劃成果分析 109 4.6.1 過渡階段之投料產出 109 4.6.2 新階段之生產週期時間 112 4.6.3 新階段之產出達成度 113 4.6.4 新階段之交期達成度 114 第五章 結論與未來研究方向 115 5.1 結論 115 5.2 未來研究方向 117 參考文獻 118 附錄 125 附錄A 產品製程資料 125 附錄B 工作站相關資料 140 附錄C 負荷因子等候時間之估算 142 附錄D 批量因子等候時間之估算 147 附錄E 過渡階段之產能規劃與批量政策評估 155 附錄F 過渡子階段之投料循環表 156