半導體供應網路決策品質促成技術研究(I)─子計畫二:半導體製造廠網路之生產決策整合與投射

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

半導體供應網路決策品質促成技術研究（I）

子計畫二︰半導體製造廠網路之生產決策整合與投射

Decision Integration and Provision in Manufacturing Factory Networks

計畫編號：NSC 89-2213-E-002-117

執行期限：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日

主持人：周雍強

[email protected]

國立台灣大學工業工程所

一、中英文摘要

企業內的生產決策通常是集權式的形 式，而供應鏈網路內的決策有分散式的特 色。我國產業正在大力推動供應鏈與全球運 籌管理，決策組織設計、業務程序設計、以 及決策協調與整合將是決策品質的重要因 素。本計畫以兩年時間，以半導體製造廠供 應網路為研究載具，研究決策品質的促成技 術。研究工作有三個重點：(1)限制模式與推 理、(2)產能與物料配置、及(3)決策服務的 遠端投射方法。本計畫第一年已經建置遠端 投射平台，並且建構供應鏈節點間生產排程 的整合模式、供應鏈控制與工廠排程的整合 模式、以及產能配置的分散式模式，第二年 將以這些模式為基礎發展完成解答方法。 關鍵詞：決策品質、生產規劃整合、產能配 置、服務投射 Abstract

In the past few years, many initiatives have been started to develop e-business

information infrastructure in domestic

industries, most manufacturing enterprises are expected to have an upgraded supply chain and manufacturing management infrastructure in a few years. Owning particular planning or management software will not bestow a company competitive advantage. The driver of competitiveness will shift to decision quality in the upgraded infrastructure environment. This project proposes to develop decision quality enablers in the areas of factory master scheduling, supply chain planning, capacity

planning and demand allocation in

semiconductor supply network. There are three

thrust areas of research: constraint modeling and reasoning, material and capacity allocation, and decision service provision.

Enablers for conflict resolution of constraints will be developed to enhance the optimization capability of planning and scheduling systems. Methods for material and capacity allocation will be developed. Finally, to facilitate distributed decision-making in the supply network, a mechanism will be developed for projecting the enablers as a service. Semiconductor manufacturing supply network will be used as a research carrier for its richness in problem variety and interaction and its importance to national economy. The expected results of this project will be enablers or software agents for conflict resolution, constraint propagation, capacity and material allocation, and decision service provision.

Keywords: Decision Quality, Integrated

Production Planning, Capacity Allocation, and Service Delivery

二、計畫緣由與目的

我國製造產業正在大力推動企業電子 化，兩、三年後供應鏈與製造管理的資訊系 統素質將普遍提昇，屆時擁有特定製造管理 軟 體 或 資 訊 系 統 將 不 能 帶 給 企 業 競 爭 優 勢，企業資訊系統的競爭力要素將移轉至決 策品質。供應鏈網路內的生產決策方式將與 企業內常見的集權式決策方式不同，而有分 散式的特色，因此，決策組織設計、業務程 序設計、以及決策協調與整合將是決策品質 的重要因素。 本計畫以兩年時間，以半導體製造廠供

2 應網路為研究載具，在總排程、供應鏈生產 規劃、產能規劃、需求配置等領域，研究決 策品質的促成技術。研究工作有三個重點方 向：(1)限制模式與推理、(2)產能與物料配 置、及(3)決策服務的遠端投射方法。先進生 產規劃與排程方法是工廠與供應鏈排程的核 心運算技術；產能配置與物料調度是供應鏈 中的主要問題；而製造廠網路的生產決策乃 分散在自主性節點，對網路遠端節點提供決 策服務能整合上下游決策，提昇整體決策品 質。本計畫的預期成果將涵蓋核心運算技 術、供應鏈主要生產決策的方法與決策整合 平台等三個領域。

三、研究方法

本計畫三項工作的研究方法如下表所 示。限制模式與推理的研究是通用性問題的 一種理論研究，本計畫將發展理論架構與演 算法。產能與物料配置是供應鏈管理的實際 問題，本計畫將採用系統分析方法去研究實 務問題，包括定義問題並發展解答方法，這 個解答方法是第一項工作限制模式與推理的 應用。第三項工作的本質是網路資訊系統的 發展與建置工作。 表一：研究方法與重點 研究工作 方法與重點 限制模式與推理 理論架構與演算法 產能與物料配置 問題分析與解答方法 決策服務投射 系統發展

四、結論與成果

針對半導體供應鏈與製造管理領域，本 計畫第一年的主要成果有： w 分析並歸納機台分派問題的限制模式 w 分析並定義產能與物料配置的問題 w 分析供應鏈節點間生產排程的整合問題 w 分析供應鏈需求規劃與產能規劃的整合 問題 w 發展並建置決策服務的遠端投射系統 4.1 限制模式 本計畫第一年以非等效平行機台系統為 目標，分析機台分派問題的限制條件的特性 與類別。機台分派是一個常見的問題，而分 派的決策通常是依據機器的產能與機能、訂 單交期與優先順序、設定轉換所需時間、製 程要求、排程與管理效率的考量（如 machine pooling）、以及由經驗積蓄所產生的主觀偏 好等等因素。這些因素大多可以利用整數規 劃的數學模式處理 [4]，但是排程效率與主 觀偏好這兩個因素具有渾沌的特質，整數規 劃或是模糊理論並不是忠實的運算機制，本 計畫將在第二年發展適當的解決對策。 4.2 產能與物料配置 可允諾資料(available to promise, 簡稱 ATP)是供應鏈中最重要的資訊之一。傳統的 ATP 是從生產總排程中所計算出來，意指在 一段時期內，工廠經由衡量存貨、在製品與 訂單的情況，而計算出可以允諾給顧客的未 來訂單的產品數量。但是在現代產業環境 中 ， 產 品 組 合 、 生 產 形 態 （ 如 Configure-to-Order 、 Engineering-to-Order 等）、生產流程、以及產能類別不但複雜並且 變動快，傳統的 ATP 資訊已經不足以讓銷售 人員衡量是否可以承接訂單，取而代之的是 CTP (Capable-to-Promise) 的概念。本計畫在 第一年已經發展產能觀點的 CTP 的配置與 調節機制（圖一）。（相對於材料，產能是半 導體產業的主要規劃問題。） CTP 交易模型 原有訂單組合 原CTP 分配 產能限制 新訂單組合 新進候選訂單 企業政策 訂單合約 新CTP 分配 機台邊際貢獻 製程步驟 補償 圖一：產能的 CTP 配置與調節機制 CTP 配置屬於產能配置的一個類型，所 不同於傳統產能配置方法的地方是，它將考 量業務組織與產品需求的動態變化。 4.3 供應鏈節點間生產排程的整合 供應鏈節點間生產排程的關係以影響力 或實力的強弱可分為四類。 上游 下游 案例（上游；下游） I 強 強 威盛；台積電 II 強 弱 晶圓廠；針測廠 III 弱 強 PC 代工廠；品牌廠商 IV 弱 弱 IC 封裝；IC 測試

3 生產排程整合的方式會受到節點間相對 勢力的影響。本計畫在第一年已經以第二類 為標的完成問題的分析。 4.4 需求規劃與產能規劃的整合 現代供應鏈有一個普遍現象，即需求的 不確定性。產能規劃經常必須以不確定的需 求預測為輸入資料 [3]。本計畫在第一年已 經發展出一個需求情境的產能規劃模式。圖 （二）表示在未來的時點，產品的形態與製 造途程都有很高的不確定性，產能規劃經常 必須依據對 aggregate 產品的需求預測，如果 要等到個別產品的需求資料的出現，很可能 會錯過產能規劃的時機。因此，這個產能規 劃模式是以 aggragate 產品的需求預測為輸 入資料，其次，再依據產品的階層關係資料， 決定產能需求以及其風險。 Time Product Variety 1 2 3 12 1 12 6 generic specific 圖二：產品的階層式結構關係 4.5 決策服務 在決策服務的遠端投射方面，圖（三） 是晶圓廠組態規劃的流程 [1, 2]。本計畫已 經將這個流程所需用到的分析與決策工具建 置在網站上，達到遠端取用的功能。圖（四） 是這項遠端投射服務的目錄。圖（五）是其 中一項服務的輸出資料。本計畫第二年將在 流程控制上繼續加強功能。 LOOP Run Static Capacity Model Run Queuing Capacity Model Run Simulation Efficient Portfolios an initial portfolio TPi detailed performance information No Yes Portfolio Improvement Performance satisfactory? TPq 圖三：晶圓廠機台組態規劃流程 圖四：決策服務目錄 圖五：決策服務的輸出資料

五、參考文獻

[1] Yon-Chun Chou, C-S Wu, et al., 2001, "Integration of Capacity Planning Techniques for Tool Portfolio Planning in Semiconductor Manufacturing," forthcoming in International Journal of Industrial Engineering.

[2] Y-C Chou, C-S Wu, and J-Z Lin, “Optimization and Economic Analysis for Tool Portfolio Planning in Semiconductor Manufacturing,” International Symposium on Semiconductor Manufacturing, Oct. 2001, San Jose, CA, USA. [3] Rebert Kotcher, "Capacity Planning in the Face

of Product-Mix Uncertainty," Proceedings, The

Eighth International Symposium on

Semiconductor Manufacturing, Santa Clara, California, U.S.A., pp. 73-76, October, 1999. [4] L. J. LeBlanc, A. Shtub, and G. Anandalingam,

“Formulating and solving production planning problems,” European Journal of Operations Research, Vol. 112, pp. 54-80, 1999.