3.1、問題描述與假設
於2006 年 9 月，友達2宣佈併購台灣國際彩光凸版公司3，此一指標性 之專業彩色濾光片廠後，將擴大面板上游材料彩色濾光片的供貨能量，並 提升長期的成本競爭力，也意謂著台灣的TFT 產業逐漸走向上下游垂直整 合之模式。並且隨著面板價格下跌，零組件降價壓力趨大，為了降低成本 及避免關鍵零組件缺貨，對彩色濾光片內製化的需求及比例均逐步增高。
內製及專業兩型態的製程能力皆相同，生產型態也皆為接單式生產，論文 係以TFT-LCD 旗下的彩色濾光片內製廠為探討對象。
內製廠生產規劃之目標為滿足組立製程的彙整需求。在建廠設計時，
內製廠將其最大可用產能訂於「淡季需求」的數量，此舉乃因若將產能設 計成跟「旺季需求」相同，則淡季時 CF 將有大量的產能閒置，將造成許 多閒置機台折舊攤提成本。由於 TFT-LCD 公司與外包廠進行策略聯盟，
以確保在產能吃緊的旺季能從外包廠獲得固定的產能支援，因此不論在 淡、旺季皆需將部份數量(外包合約下限)委外給外包廠。再加上外包廠自 身也有產能限制(外包合約上限)，僅能提供一定比例之產能予以內製廠。
因此在淡季情況下，需求數量不能全數用來填滿自身的產能，必須將部份 數量外包給供應商。對於內製廠而言，規劃者所知的資訊為自身之產能(單 位：秒)，以及依合約訂定之外包數量限制(單位：片數)，於求解時並不需 考慮外包廠之生產參數及資源(亦無從得知)，如何有效地運用外包數量的 上、下限及內製廠產能，即產生了產能的分配問題。
外包商在淡、旺季擁有不同的談判能力，於淡季時對於下游所開出之 需求照單全收(接受複雜的產品種類訂單)；反觀旺季時，外包商產能吃緊，
同交期之訂單中每一種類產品之數量不可過小(會造成大量之換線時間)。
因而在旺、淡季時，外包產品會有或無最大種類數限制之差異。綜合上述 之情況即為「自製、外包產品種類及數量決策問題」。
2友達光電為台灣第一大、全球前三大的薄膜電晶體液晶顯示器(TFT- LCD)製造商。友達於各尺寸的面板市場皆達到均衡
佈局發展，並反應在健全的企業體質與優秀的財務表現。
3台灣凸版國際彩光股份有限公司(Toppan CFI)2001 年由日本凸版印刷株式會社(Toppan Printing Co., Ltd)投資創立，主要
商品及服務項目為彩色濾光片產銷。2006 年 8 月友達光電股份有限公司取得 49%股權投資台灣凸版國際彩光股份有限公
司，以凸版印刷優異的技術發展能力佐以友達穩健的執行及營運能力，共同發揮台日兩大企業集團跨國合作的綜效意義。
27
以圖3-1 做說明，圖中淡季及旺季需求分別為 320K 及 400K(K 表 1,000 片彩色濾光片)，為了避免將產能制定於旺季需求(400K)時，於淡季引發之 大量產能閒置(80K)，因此 TFT-LCD 公司在規劃內製廠所需產能時，制定 於淡季需求量左右(320K)。在淡季情況下，雖然自身產能足夠提供淡季需
彩色濾光片廠生產線為一流程式生產(Flow shop)，為了極大化產能，
會針對瓶頸機台 RGB 製程，藉由降低換線損失的方式以提昇工廠的產出 量。在 CF 廠中主要因三種規格差異造成換線損失，換線種類可分為產品(光 罩)換線、光阻液換線與玻璃尺寸換線三種(圖 3-2)，說明如下：
(1) 產品(光罩)換線：產品設計的差異主要反映在產品的光罩設計 上，不同產品在更換時均需進行曝光機台的光罩更換，並要求通 過首批產品的品質驗證。
(2) 光阻液特性差異：平面顯示器產品種類與製程技術繁多，不同產 品間使用的光阻特性也有不同的要求。而不同光阻轉換時須進行曝 光機台光阻管線的排空與清洗，換線後的首批產品需進行品質驗 證。
(3) 玻璃尺寸差異：於產業背景中提到小尺寸面板呈現少量多樣的產 品特性，其面板尺寸規格大小不一，CF 廠由於需配合組立廠的 排程規劃，因此在產品生產過程中，須時常進行不同玻璃尺寸的 玻璃換線，換線後的首批產品亦需進行品質驗證。
機台換線
換光罩
不換光罩
換光阻液
不換光阻液
換光阻液
不換光阻液
換玻璃尺寸 不換玻璃尺寸
換玻璃尺寸 不換玻璃尺寸
換玻璃尺寸 不換玻璃尺寸
換玻璃尺寸 不換玻璃尺寸 圖3-2 多規格 CF 換線種類說明[29]
在面對多規格的訂單轉換時，產品換線的整備時間會因生產順序的不 同 而 有 不 一 樣 的 結 果 ， 此 為 整 備 時 間 順 序 相 依 排 程 問 題(Sequence dependent setup scheduling；SDST)。鑒於各 TFT-LCD 產品的訂單具備不同 之交期、數量、種類限制，使得彩色濾光片的排程問題極為複雜。
29
在上述之換線種類中，「光罩」維度除了影響換線時間之外，於生產 時亦產生機台與光罩間搭配的問題。如欲生產該種類光罩之產品，需將光 罩裝配於對應之機台。倘若機台設備足夠，卻無對應之光罩可供加工，則 浪費了瓶頸機台產能。因此如何在瓶頸機台所搭載之有限光罩數下，有效 地分派各機台進行生產之動作，為重要之排程課題。
基於以上所述，在收到組立製程之需求後，彩色濾光片內製廠必須依 據廠內瓶頸機台與外包上限之產能限制，針對自製及外包產品建立出一完 善的之生產排程。
因此，為建構彩色濾光片的生產規劃模式，本文對生產系統之假設如 下：
(1) 本文研究之 CF 內製廠為訂單式生產(Make To Order, MTO)之生 產型態。
(2) 廠內只俱備生產小尺寸彩色濾光片之能力(G 4.5 廠以下)。
(3) 產品的製程資訊已知。
(4) 已知組立製程之訂單需求、交期時間。
(5) 各批訂單中各產品於瓶頸工作站之備料完成時點已知。
(6) 各機台擁有不同製程規格能力(可搭載光罩種類相異)。
(7) 多規格的換線時間為已知。
(8) 各機台別之維修保養比例、當機比例與加工時間皆為已知。
(9) 製程相當穩定，不考慮重工或報廢之情形。
(10) 所有的機台(序列機台)同一時間內只處理一個產品。
(11) 不允許所生產之產品交期延誤。
(12) 現有光罩個數為已知。
(13) 旺季時，外包商不接受少量之外包訂單(每種委外加工產品具有最少數 量之限制)；反觀淡季則無此限制。
3.2、系統分析與架構
為了有效解決本研究之問題，在「3.2.1、整體系統架構」提出研究方 法所含蓋之模組以及整體之規劃流程，並且於「3.2.2、解題之設計理念」
說明研究方法主要之設計理念，見說明如下：
3.2.1、整體系統架構
本文所扮演角色為彩色濾光片小尺寸面板(4.5 代以下)內製廠，其生產 型態為訂單型生產，所生產之彩色濾光片只提供給自身之組立製程使用，
一旦交期有所延誤即影響整體的生產計劃。因此，在面對不同交期、少量多 樣之產品需求時，以期在不延誤產品交期及減少多規格之換線時間下，建構出 一完善之主生產排程。
再者，由於彩色濾光片生產流程中所有製程之機台皆為序列機台，並 且其加工流程為流程式生產；有鑑於此，本研究惟獨針對「RGB 作業」進 行生產排程之規劃，而其它作業之排程，可依據瓶頸工作站之規劃結果前 後推算而得，在本文不多著墨。
為了達到上述之目的，本研究之整體架構如圖3- 3 所示，分成「3.3 產 能估算模組」及「3.4 主生產排程規劃模組」兩部份來說明：
(1) 產能估算模組
此模組用以初步估計在規劃幅度之內，內製廠及外包商之產能是否能 滿足組立製程提出之預定需求量，作為排除及修正不合理需求之依據。首 先建立數學模式─「瓶頸產能初估模式」，在製程規格能力下，只考慮產品 之加工時間(不考慮設置時間)，評估內製廠之瓶頸工作站產能及外包商之 外包上限可否負荷預定需求。此模式將以最小化自製、外包、未排入產品 之成本為目標式，一旦出現未能滿足數量，即表示內製及外包商之產能無 法滿足此需求，需回報組立製程對此需求進行修正之動作。此外，瓶頸機 台上重要的附屬資源─光罩，亦有產能負荷上之限制，因此推估組立製程 預定之需求數量所需之最少光罩數量，藉此評斷現有的光罩數量是否足 夠。經由 兩階段的初步評估後，篩選出合理需求以利下一模組進行排 程求解。
31
(2) 主生產排程規劃模組
經過「產能估算模組」估算過後之產出需求，本模組對此產出需求，
考量廠內現有的瓶頸機台產能、產品製程資訊、有限的光罩數目、機台之 製程規格能力等，設計出求解三種決策變數─自製、外包及未排入產品之 整數線性規劃模式，並將產能估算模組求解得外包數量總和與外包合約下 限進行比較，依其結果分成「產能充足排程模式」及「產能不足排程模式」
兩種，視需求之情況套用不同數學模式求解最小化「自製、外包及未排入 產品之加工總成本」，最後搭配啟發式解法求得主生產排程結果。
於求解過程中，當委外產品之數量超出既定的合約下限值時，求解步 驟轉為「外包種類縮減機制」，加入外包種類及數量之限制後，對本次規 劃範圍重新求解；反之未超過時，則不需限制。由此可知，「外包種類縮 減機制」係根據「累積之外包產品數量」作為執行上之分界，以符合本研 究問題之環境。
因此本模組之解題程序以階段性執行，首先針對各個訂單交期進行規 劃求解，求解過程中若出現未排入產品數量，則回報給組立製程進行修正 之動作。
當規劃幅度內之所有需求皆規劃完成，然而在規劃結果中，累積外包 數量與對應之排程模式不符時(對應關係為，累積外包數量等於外包合約下 限：產能充足排程模式、累積外包數量大於外包合約下限：產能不足排程 模式)，需套用對應之排程模式重新求解第 1 期至最後一期。反之，當兩者 相符時，即完成主生產排程規劃。