產能規劃

產能規劃的決策問題，依規劃時距(time horizon)的長短，可分為三個層次：

策略層、戰術層、作業層。其中策略層之產能規劃時距通常在半年以上至數年之 久，屬於長期決策問題；戰術層產能規劃的決策時距則約為數個月至一年，屬中 期決策問題；作業層之產能規劃時距通常以週或天為單位，屬於短期決策問題。

2.1.1 長期產能規劃

長期的產能規劃屬於策略層次的決策問題，係指新機台設備的採購決策。此 決策是根據產品未來需求預測的結果，來規劃應採購的機台種類和數量；這個決 策可以用在新廠的機台規劃，亦可用於現存工廠的機台增購計劃。因為訂購半導 體機台的前置時間約 3-9 個月，機台採購的決策時距通常在半年以上，而半導體 製造商一年的機台採購預算可能高達數百萬元，又企業處於競爭激烈、產品生命 週期短及需求預測不準確的情況下，如何有效進行長期產能規劃是維持企業競爭 力的方法之一。

有關半導體廠的機台採購決策，過去已有頗多文獻發表，Wu 等人[30]對此類

研究發表回顧分析的文章。有些研究針對未來需求預測不確定的特性，發展整數 規劃的方法求解 [1] , [3], [4], [14], [23], [24]。Swaminathan [23]利用對應的機率值 表示每一個需求情境出現的可能性，並考慮預算、產能及需求的限制下，在極小 化缺貨成本目標下，晶圓廠應如何進行機台採購規劃。Swaminathan [24]延續其需 求不確定之機台採購研究，提出多期的機台採購決策模型，為使模式更完整，

Swaminathan [24]將產品在機台的加工作業特性列入模式中。Barahona 等人[1]考 慮產能及預算限制下，需求不確定之機台採購決策，以極小化產量與需求量之差 異為目標，並發展一套啟發式解法求解其龐大且複雜的問題，關於需求不確定之 處理方式與 Swaminathan [23]相似。Hood 等人[14]以預算邊際效用遞減的觀念，

提出機台採購之穩健(robust)決策模式。Çatay等學者[4]假設需求已知，並考慮不 允許缺貨、滿足最低需求及產能限制條件下，利用混合整數規劃為工具發展多期 產能規劃之決策模式，其決策目標為極小化機台作業成本、新機台取得成本與存 貨成本三項總和。

等候線網路模型陸續被應用於半導體製造之機台規劃問題領域中，Connors 等學者[10]在等候模式中加入晶圓廠的加工特性，以邊際貢獻遞減的觀念，找出 滿足生產週期目標之最佳機台規劃決策。Bard 等學者[2]探討在既定的預算限制、

產出及產品組合等條件下，如何進行機台組態規劃期使能極小化平均生產週期。

Wu 等學者[29]提出需求不確定且生產週期時間限制下，利潤極大化之機台組態規 劃模式，其中以機率值表示每一種需求情境出現的可能性。Iwata 等人[16]發展產 能規劃的多目標決策，考慮生產週期、製造成本及產出量等三個績效指標，擬定 最佳的機台組態決策。

Hopp 等學者[15]探討在產出限制及設定週期時間之要求下，發展產能規劃之

等候線網路最佳化模型，並以極小化的設備成本為目標，研究中 Hopp 等人透過 模擬方式驗證其等候模式預測生產週期時間之準確性。

2.1.2 中期產能規劃

戰術層次的產能規劃是指產品組合的決策及生產規劃問題。此類決策是假設 機台已經增購完成的情境下，進行產能規劃活動，其決策的時距通常是在數個月 至一年，因此可稱為中期決策。

產品組合決策指如何在需求預測中，找出最佳的產品組合，以最大化公司的 利潤目標，其決策的目的是選產能需求。Chou & Hong [6]提出產品組合之多目標 決策(利潤、產出及機台利用率)，並以啟發式解法求解其所建構之混合整數規劃 模式，在他們的研究中發現：平滑化的生產方式有助於維持低變異之獲利及機台 利用率。

Chung 等人[8], [9]亦考慮多目標的產品組合規劃問題，並分別以階層分析法 (analytic hierarchy process, AHP)及網路分析法(analytic network process, ANP)做為 求解工具。

Chen 等人[5]在既定的機台組態下，提出中期的生產規劃模式，他們以拉式 生產的觀念為基礎，並考慮機台產能及加工能力，發展中央集權式生產控制之多 廠的產能規劃模式，以決定每批產品的投料時間及其應於哪個晶圓廠進行加工，

其目的為平衡各晶圓廠的產能負荷。

2.1.3 短期產能規劃

週，因此稱為短期產能規劃問題。由於長期的機台採購和中期的產品組合之產能 規劃決策，都是以一年或一季以上的需求預測為基礎，其目的都是要使產能的供 需組合得到最佳的匹配。然而，這兩個產能規劃決策，不管採用何種規劃方法，

都無法事先預知實際生產現場會發生的不確定性因素，譬如：機台當機的現象。

因此晶圓廠在短期內(譬如一週)，由於受到不確定性因素的影響，也可能造成產 能短期供需失衡的現象。亦即，可能會出現有些機台產能不足、而另有一部分機 台產能閒置的情況，吾人稱此現象為『短期性產能供需失衡』。

Deboo [12]首先探討多廠共同使用一個製造執行系統之動態派工法則，提出 一個廠際間產能相互支援的重要觀點，在他的研究中將多個晶圓廠視為單廠，並 發展一個極小化系統 WIP 量之動派工法則，而每個產品在完工前有可能在不同廠 區進行加工，其研究於 Intel 公司真正落實之結果顯示：晶圓廠之生產週期時間縮 短約 9％、產出量則增加了 4%。

Toba 等人[26]提出晶圓廠多生產線之工作站負荷動態平衡模式，在模式中透 過極小化相鄰兩作業之加工週期時間，來達成其工作站負荷動態平衡的目標，在 其研究中將晶圓的加工作業切割成若干區段，當完成一個區段之加工時，必須立 即決定該批產品下一區段的作業，應於那一條生產線的那一個工作站進行加工，

作者將研究成果導入 NEC 公司，結果發現：廠際間產能相互支援之動態產能平 衡模式，將可大幅改提高晶圓廠的績效，包括產出增加、在製品(WIP)降低及縮 短產出時間。Deboo [12]及 Toba 等人[26]以中央集權式的觀念進行多廠的產能共 享，然而在分散式的生產架構或分屬不同公司的晶圓廠之間，較難透過同一個資 訊系統進行即時的派工。

江艾軒[34]提出短期產能交易之模式，以賽局理論的觀點發展出晶圓廠剩餘

產能之拍賣機制，產能過剩的晶圓廠可以透過電子看板出售其多餘的產能，但在 該研究中，產能價值評估模型採靜態評估模式，亦即購入產能或出售產能時，均 假設晶圓廠的生產績效指標不受影響，此種假設在實務上稍有不合。

實務上，兩晶圓廠在非集權式的生產控制模式下，較難進行即時且動態的生 產派工，達到跨廠產能支援之目的，又晶圓廠在出售多餘產能或購入某工作站的 產能後，其生產績效亦將受影響，故本研究假設兩晶圓廠在分散式生產控制下，

如何進行離線的產能交易決策，同時並考慮產能交易後，其對生效績效之影響。