模式構建

3.1、問題定義與分析

TFT-LCD 屬於存貨式（Make To Stock, MTS）的生產型態，其製程由 上而下可分為：Array、Cell、Module 三段主要製程，本文著眼於 TFT-LCD Cell 段面板組立製程的生產規劃問題。

Cell 段面板組立製程係由許多平行工作站所組成的流線型生產系統，

主要可分為前段序列工作站、中段批量工作站與末段序列工作站，主要之 工作站名稱如圖 3- 1 所示，其中中段批量工作站的加工時間約佔了 Cell 段製程的 70％，吾人將各工作站之機台特性整理如下：

1. 同一工作站內的各個機台均為等效(Identical)平行機台。

2. 機台型式可分為序列機台與批量機台，前者一次僅能加工一個卡匣 (Cassette)後者一次可同時加工多個卡匣。批量機台不論機台滿載或非 滿載皆可進行加工，且其加工時間皆相同。

3. 批量工作站加工時間長，例如液晶灌入(LC injection)需要將近十小時 的加工時間。

4. 機台加工期間不得進行插件或換件。

5. 工作站加工不同產品時須進行整備(setup)，其中以配向膜塗佈(PI Print) 整備時間最長，為 2.5 小時，其對於加工時間來說相對地長。

6. 某些批量工作站製程間有等候時間(Queue Time)之限制，亦即加工完成 後必須在限制時間內進行下一步製程的加工，否則將形成報廢。例如 當產品經過真工回火(Vacuum Anneal)加工後必須在 240 分鐘內進行液 晶灌入，而液晶灌入後亦必須在 360 分鐘內進行封口(End Seal)。

圖 3- 1 TFT-LCD Cell 段面板組立廠主要製程工作站圖

(LC Injection)

封口

(End Seal)

封口後洗淨

(After-End Seal Cleaning)

二次切割製片

(2nd Scribe &

break)

的產出目標，先評估能否規劃出合理之產線配置，而後設計集批策略與投 料機制用以達到所需之產出目標，並依此估算面板組立廠目前各產品之生 產週期時間，規劃出合理可行之 MPS，回應至供貨中心作為補貨之依據。

3.2、整體邏輯與架構

本文利用生產規劃階層式的規劃流程，建構「TFT-LCD 組立廠主生產 排程快速規劃系統」之架構，藉以明定各規劃階層之任務目標，並掌握不 同階層之間的規劃成效以達成整體的生產績效，並達到快速回應的目的。

本文在生產規劃架構的定位涵蓋主生產排程與細部排程階段，其規劃週期 為 2 天，規劃幅度為一個月(28 天)，整體架構如圖 3- 2 所示。

本文所發展的「主生產排程快速規劃系統」除可適用於每週產出狀況 的定期檢視外，亦可在供貨中心發現市場需求產生變化，與原計劃之產品 組合與數量不同時，將依照本架構之「產能估算模組」、「產線配置模組」、

「生產週期時間估算模組」，三個模組之運作配合，粗估產能是否能夠滿 足變動後的產出需求，再依製程特性進行產線配置，確保產出需求的達 成，並估算各產品之生產週期時間，快速規劃合理之主生產排程加以因 應。以下簡述此三個模組的運作概念：

首先，進行「產能估算模組」。由「產能推估機制」估算各工作站可 用之最大產能，再由「瓶頸資源辨識機制」依據各工作站之最大可換線次 數上限定義出系統瓶頸。

其次，進行「產線配置模組」。本模組承接並補強蔡氏[22]的「機台產 能配置模式」，主要工作透過「瓶頸工作站機台產能配置機制」與「非瓶 頸工作站機台產能配置機制」用以評估產品組合更動後，系統能否在減少 換線產能的浪費下，規劃出符合需求的產線配置。「瓶頸工作站機台產能 配置機制」係以產出最大化為規劃之目標，考量各工作站機台之批量加 工、整備時間、產能限制等特性，並在符合產出需求下，藉由線性規劃進 行瓶頸工作站的機台產能配置。「非瓶頸工作站機台產能配置機制」則依 非瓶頸充分配合瓶頸工作站之原則及兼顧同一工作站內各機台負荷平衡 的作法，完成機台產能配置。

接著，進行「生產週期時間估算模組」。為使產出符合時效性，必須 依據現有已規劃之產線配置，配合集批策略與投料法則，準確估算出產品 之生產週期時間，方能提供主生產排程有關產出時間規劃的依據。在批量 工作站之集批決策上，吾人藉由「批量工作站載入批量決策機制」，以最 小批量集批法則(Minimum Batch Size； MBS)[16]作為本文之集批策略。

在投料法則上，吾人藉由「投料規劃機制」以「均勻負荷法(Uniform Loading)」作為投料時點之規劃，以使系統能穩定的產出。在生產週期時 間的估算上，吾人藉由「生產週期時間估算機制」依據黃氏[30]區段基礎 式生產週期時間估算法(BBCT)的理念，將各生產線之生產週期時間分為機 台負荷所造成的等候時間與批量機台間因流速差異所造成的等候時間，以 估算出各產品在工作站之等候時間。再據此評估各產品在各工作站之等候 時間能否符合等候時間之限制，若無法符合則必須回饋至上層規劃人員，

重新協調並更動產品組合；若可符合，則更新主生產排程，將規劃結果排 入主生產排程之中。

圖 3- 2 TFT-LCD 組立廠主生產排程快速規劃系統架構圖

3.3、產能推估模組

限制理論(Theory of Constraints, TOC)[12]提出系統的最大產出受限於 瓶頸資源的利用情形之觀點。由於資源有限，因此，必須先確認系統中瓶 頸資源之所在，而系統各資源的利用率與瓶頸資源的決定有密切的關係，

因此本研究首先透過「產能推估機制」之估算，根據系統各工作站之產能 資訊、製程資訊、產出目標、產品組合，以一個月(28 天)為規劃幅度，推 估各工作站未來一個月之產能負荷水準。再藉由「瓶頸資源辨識機制」依 各工作站之剩餘可換線次數上限，作為評估系統瓶頸資源之依據，定義出 系統之瓶頸。圖 3- 3 為產能推估模組之流程圖，以下為產能推估模組之基 本假設與符號說明：

‹ 基本假設

(1) 上層需求規劃已給定總產出目標量，與產品組合比例。

(2) 面板組立廠規劃幅度

^H

為 28 天，即每月工作 28 天，每天可作業時間 則為 24 小時。

(3) 加工批量以一個卡匣⁷(Cassette)為基本單位。

(4) 各工作站之機台數目、產品途程與加工時間、整備時間(Setup Time)與 當機比例皆為已知。

7

組立廠每個卡匣內裝有 28 片 Cell。

圖 3- 3 產能推估模組流程圖

3.3.1、產能推估機制

工作站之平均產能負荷，可由該工作站

k

之實際可用機台數(

N

_k)與平 均載入批量來決定。但由於本機制之目的是要求出工作站之最大可用產 能，因此批量工作站之平均載入批量皆以最大可載入批量

B

_k^Max (Max Batch Size)來進行估算，本機制求算步驟如下：

步驟一：計算規劃幅度

H

內，各工作站

k

實際可用機台數

N

_k，其為扣 除機台當機、維修保養、及必要整備時間⁸後之約當機台數

N

_k。

8

必要整備時間是指某些機台每隔一段時間，不論換產品與否，皆必須進行更換模具或是補充化

學原料等作業，例如 PI 機台每兩天必須進行換化學原料作業，一次需 180 分鐘。

, for each

k

； (式 3- 1)

上 式 中 之

MTBF

_m表 示 機 台

m

之 平 均 失 效 時 間 (mean time between failure)，

MTTR

m表示機台

m

之平均修復時間(mean time to repair)，

MTBPM

_m 表示機台

m

之平均維修間隔時間(mean time between PM)，而

MTTPM

_m則表 示機台

m

之平均維修時間(mean time to PM)，

MTTNS

_m表示機台

m

之平均必 要整備時間(mean time to necessary setup)，

MTBNS

_m表示機台

m

之平均間隔 必要整備時間(mean time between necessary setup) 。

步驟二：計算規劃幅度

H

內各工作站

k

最大可用產能

Cap

_k(分鐘/28

MTTR MTTPM MTTNS

N

=

MTBF MTTR MTBPM MTTPM MTTNS MTBNS

⎛ ⎞

=

∑

⎜⎝ − + − + − + ⎟⎠

3.3.2、瓶頸資源辨識機制 (Capacity Constraint Resource, CCR)[12]。蔡氏[22]認為若未能充分考量到各 工作站產品換線時間所造成的影響，而單僅考量工作站之平均負荷水準來

⎥⎥

⎦

⎥

⎢⎢

⎣

⎢

= ×

Max k k

k k

B ST

SA Rcap

,

for each k

； (式 3- 6)

3.4、產線配置模組

機台產線配置的目的是依照各產品需求以及機台的製程能力限制，將 各產品的產能需求指派到各機台。考量組立廠換線整備時間相當長的特 性，本模組在瓶頸工作站的產線配置上，承接蔡氏[22]的「機台產能配置 模式」，補強其所提出之「瓶頸工作站機台產能配置機制」，將規劃幅度均 分成較短之規劃時期進行規劃，藉以控制規劃幅度內之產出進度。並且，

在考量工作站機台之加工批量、產能限制、目標需求…等的前提下，以控 制瓶頸資源換線次數的方式，使瓶頸機台產出最大化。再依瓶頸資源產線 配置之規劃結果，將各產品別所需之產能比例，分配非瓶頸工作站機台數 予各產品別。並且在考量減少換線次數的前提下，依非瓶頸工作站內各機 台達到負荷平衡的原則，完成各產品之機台指派。產線配置模組流程如圖 3- 4 所示。

圖 3- 4 產線配置模組流程圖

3.4.1、瓶頸工作站機台產能配置機制[24]

由業界訪談結果或者是經 3.3.2 節瓶頸資源辨識機制之計算結果，均 可得知 PI 工作站為整個系統之瓶頸工作站。由於 PI 機台之換線時間長達 2.5 小時，且每兩天須固定整備一次，每次耗時 3 小時，但換線與固定整 備作業可同時進行，因此，蔡氏[22]在構建「瓶頸工作站機台產能配置機

制」時，以每兩天為一規劃時期(time period)，將 28 天之規劃幅度等量分 割成 14 個短時期(兩天)來做規劃，以期有效控制其生產進度。吾人延續此 理念，將一規劃幅度分為1,2,_{K ,},

t

_K至

T

個規劃時期，各規劃時期在本機制 中以符號

t

表示。將規劃幅度以每兩天為一規劃時期分割後，考慮第

t

個規 劃時期內瓶頸資源之產能限制、工作站之機台整備時間與批量限制，依據 上層給定之產品需求目標，構建一線性規劃模式，期能滿足各產品別之需 求下限亦能達到產出最大化的目標，並減少機台因不必要之換線所造成之 產能損失。

儘管組立廠是屬於計劃式生產，並沒有顧客訂單的問題，然而每期依 舊有已確定承諾給顧客的最小產出需求量，其餘產能則依市場需求預測分 配至各產品。此外每期廠內成品的庫存亦會影響下期的產能需求與分配，

因此在庫存上亦需加以考量，以減少庫存成本。然而，蔡氏[22]並未考量 規劃時期內組立廠內成品庫存對於產出需求的影響，並以訂定每個規劃時 期的最小產出需求為固定數量的方式進行產線規劃，如此將難以因應市場 需求隨時間不斷變化之情境。因此，吾人將蔡氏[22]的模式，補強為考量 各規劃時期期初庫存量，並將每期之最小產出需求量設定為可調整參數之

因此在庫存上亦需加以考量，以減少庫存成本。然而，蔡氏[22]並未考量 規劃時期內組立廠內成品庫存對於產出需求的影響，並以訂定每個規劃時 期的最小產出需求為固定數量的方式進行產線規劃，如此將難以因應市場 需求隨時間不斷變化之情境。因此，吾人將蔡氏[22]的模式，補強為考量 各規劃時期期初庫存量，並將每期之最小產出需求量設定為可調整參數之

在文檔中 薄膜液晶顯示器組立廠主生產排程快速規劃系統之設計 (頁 33-65)