行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告
電子資訊產業供應鏈管理
子計劃二:晶圓製造廠設備備用零件供應與需求管理之研究
A Study of Supply and Demand Management for Spare Parts in Wafer
Manufacturing
計劃編號:NSC
89-2213-E-009-030-執行期限:88/08/01-89/07/31
主持人:李慶恩 國立交通大學工業工程所 教授
一、中文摘要
(關鍵詞:半導體, 設備供應商,存貨週轉,客戶服務水 準,第二競爭者。) 供應昂貴設備及其所需零配件為 高科技產業設備供應商的主要工作。 以半導體產業設備供應商為例 由於 機台設備的故障停機將導致嚴重的當 機成本,因此機台設備的品質要求和 零件備的順暢供應是設備供應之客戶 的主要需求。為滿足客戶隨時可能發 生的緊急訂單,設備供應商必須維持 相當高的存貨水準;為供應高品質的 零件備料,昂貴的取得成本造成高額 的存貨管理及資金積壓成本。因此兼 顧客戶服務水準和總存貨週轉率是設 備供應商當前面面臨的重要課題。 基於目前設備供應商並無一套有 系統的方法來時兼顧客戶服務水準及 總存貨週轉率,本研究提出一套決策 程序。設備供應可經由此程序的逐步 調整,使得存貨週轉率在滿足客戶服 務水準的要求下有相當程度的提升, 研究中亦包含對第二競爭者競爭模式 的討論,實例的探討證明了本方法的 可行性。英 文 摘 要
(Keywords:Semiconductor, Equipment supplier, Service level, Inventory turns, Second source, Simulation.)The provisioning of expensive
equipment
and
corresponding
spares is the fundamental activity
of suppliers in high-tech industry
such
as
semiconductor
manufacturing. The equipment is
often critical to the manufacturing
processes in wafer fabrication, and
their unavailability may lead to
excessive downtime cost. As a
result, the procurement of reliable
equipment and the provisioning
quality of repairing service are
important
to
semiconductor
industry. Therefore, the service
level of spares may affect the sales
of equipment and it is one of the
most
important
performance
indices for equipment supplier in
this environment. Due to the high
procurement cost, the inventory
cost constitutes a large part of
investment for equipment supplier.
The increase of inventory turn will
be an important mission as well.
Therefore,
how
to
increase
inventory turn under a satisfied
service level is a critical issue in
this industry.
This research proposes a decision
support procedure to solve the
above mentioned problem. Tasks
include the collection of required
data,
the
construction
of
a
simulation model using SLAM
System, the formulation of a n
analytical
procedure,
the
execution and adjustment of the
simulation model to increase the
inventory turn while maintaining a
predefined and satisfactory service
level. A real world case example
is experimented. Suggestions in
inventory management operations
including
rules
for
decision
variables adjustment, safety stock
determination for each parts, and
reasonable lead time for each part
to beat second-source competitors
and to attract more demand are
also discussed.
二、計劃緣由與目的
供應昂貴設備及所需零配件是半 導體設備供應商主要的營收,假如機 器 設 備 的 品質 不 良, 顧 客滿 意 度 降 低,勢必會造成一大損失。本計劃主 要就是在探討半導體設備供應商的庫 存系統,物管部門的功能,主要是在 提供顧客半導體機器設備的零件,本 研究兩個績效衡量指標:存貨週轉率 和顧客滿意度。 存貨週轉率表示在特定期間內,花 在庫存上的資產週轉時間。增加存貨 週 轉 率可 以 降低 庫 存 的 存 置 成 本 … 等。而顧客服務水準是指設備供應商 的配銷中心能如期達交訂單的比例。 本研究的主要目的是期望在特定的顧 客滿意度下,提升存貨週轉率。 簡單而言,本研究的庫存系統,是 屬於備用件庫存品的層級 A(ABC 分 析),高成本,高利用率,而且是設備 供應商的主要提供項目。若這些備用 件短缺時 , 將 會 嚴 重 損 失 顧 客 滿 意 度,引發供應商的處罰成本。若有另 一個備用件的供應商存在,則可能造 成顧客的流失。 半導體供應商常需面對第二競爭 者瓜分市場利潤,在市場競爭的情形 下,供應商可能因為銷售價格或前置 時間而損失市場佔有率。本研究亦針 對前置時間的降低對顧客需求滿意度 的影響作出探討,若供應商能承諾較 短的前置時間,則可節省庫存成本, 並使第二競爭者的顧客群回流。 本研究所探討的庫存政策相似於 (t,s,S),預防缺貨時間 t,備用件消耗率 f`,而顧客會在兩種狀況下下單:(1)達 到預防缺貨時間 t,若供應商尚有庫 存,備用件則會送達至顧客。(2)若備 用件時間 t 前即短缺,在供應商狀況允 許下,備用件會送達。 數學模式和模擬被廣泛應用在庫 存問題,因為本研究的複雜度高且需 較高的計算效率,所以採用模擬的方 法-SLAM 系統。三、研究方法與成果
本研究主要的兩個衡量指標:供應 商的存貨週轉率、顧客服務水準。期 望在一定的顧客服務水準下,提升供 應商的存貨週轉率,兩個衡量指標的 定義如下: 備用件 j 的各別服務水準=1- 備用件j的總訂單數 備用件j的總延遲數 總服務水準=1- 總訂單數 總延遲數 備用件 j 的各別存貨週轉率 = 準 備用件j的平均存貨水 備用件j的總訂單數 總 存 貨 週 轉 率 = ∑ × ∑ × j備用件j的成本 備用件j的平均存貨水準 j備用件j的成本 備用件j的訂單數 本研究所探討的庫存品,是具有需 求不確定性的高成本備用件,如前面 所述,本研究是利 SLAM 的模擬系統 進行研究,庫存控管政策(t,s,S),預防 缺貨時間 t,屬於顧客端的參數;在供 應商端的參數:再訂購庫存水準 s 及最 大庫存水準 S。在(t,s,S)的政策下,假 如 供 應商 的 庫存 水 準 低 於 再 訂 購 量 s,會發出一張採購單,將庫存補充至 S,或是 s+L,L 可能是根據歷史資料 或其他限制條件,如最小採購批量所 訂定出來的預設值。 庫存決策之研究步驟如圖 1。 (1) 為了簡化問 題卻不失整體 性 的條件下 , 本 研 究 選 擇 了 兩 種 備 用 件:(i)具有高價值及高利用率的備用 件。(ii)曾經被第二競爭者佔走市場的 備用件。 (2)將各備件之顧客需求資料轉為 適當的分配,本研究採用套裝模擬軟 體 ARENA 的統計模式,此統計模式 亦被使用於模擬模式中。每一位顧客 的需求模式端賴於備用件的使用率, 設備數及顧客的訂購限制等因素,模 擬是依據需求模式來決定下一次訂單 的到達時點。 (3)從供應商物料控管的歷史資料 及分析顧客端的成本函數,探討前置 時間之縮短對顧客需求量的影響。備 用件從製造到配送的前置時間,將會 影 響 到供 應 商配 銷 中 心 的 安 全 庫 存 量;相同的,顧客備用件的取得前置 時間 , 也 會影 響 到 顧 客 的 安 全 庫 存 量。 (4)為了發展適用的庫存政策及決 定決策變數,必須建構數學模式以解 最佳化問題。在本研究中,目標式為 整 體 顧客 服 務水 準 和 存 貨 週 轉 最 佳 化,限制式包含維持最小存貨週轉率 及滿足最小顧客服務水準、總庫存成 本的限制、備用件補充前置期的限制 等。由於利用數學模式架構(t,s,S),其 問題可能會過度複雜化,因此本研究 利用 SLAM 系統作為構建的工具。 為了利用 SLAM 進行模擬,有三 個過程必須被建構:(i)備用件之供需 過程。(ii)庫存檢閱過程。(iii)企業轉移 過程。 第一個過程是當備用件缺件或到 達預防缺貨時點時,供應商的供應狀 況。需求參數包括訂單到達時點、訂 購量等;供給參數包括出單時點、因 缺貨引發的等待時間。 第二個過程為庫存檢閱,當庫存下 降到再訂購點 s 時,必須發單補貨。 第三個過程是考慮到顧客訂單的
平均等待時間,如果存在有第二競爭 者,出單的前置時間會影響到訂單數 量。 此外,因為本研究的衡量指標有兩 個,而且細分為各別和全面的指標, 所以改善的工作可分為兩個階段。第 一個階段專注於各別備用件,並決定 最終(s,S)的價值。第二階段針對第一階 段的(s, S)進行調整,以改善全面績 效。 為了對研究方法有更深入瞭解,本 研究利用真實工廠所提供的資料進行 分析。經由兩階段的調整後,發現可 以在維持特定的各別和全面顧客服務 水準之情況下,提升全面的存貨週轉 率。在調整過程中,同時發現顧客服 務水準對參數 s 相當敏感,s 輕微的調 整,可能對整個顧客服務水準造成大 影響,當然顧客服務水準也受顧客需 求 模 式和 供 應商 供 料 前 置 時 間 的 影 響,而參數 S 對其之影響較不顯著。 此外,在研究過程中,發現同時對 參數 s 和 S 做調整,會對存貨週轉率 造成影響。兩個參數和存貨週轉率成 負相關,且參數 s 對存貨週轉率的影響 力甚於參數 S。 在第二競爭者方面,若參數 S 增 加,理論上,存貨週轉率應會會降低, 然而在第二競爭者存在的情況下,參 數 S 的提升,會提高顧客服務水準, 造成第二競爭者之顧客群回流,而提 升了存貨週轉率。
四、結論與討論
本研究主要是在探討半導體設備 供應商的存貨系統,半導體產業時間 成本之降低為其一大競爭力,因此備 用件取得的服務水準需相當高,在實 際情況下,其要求常高達 95%,除此之 外,因其備用件成本高,常造成高的 存貨成本及低的存貨週轉率。 故存貨週轉率及顧客服務水準常 為該產業之兩大主要衡量指標。本研 究即利用模擬手法,在特定之顧客服 務水準下,提升存貨週轉率,並利用 兩階段調整,尋找最終參數 s 和 S,並 將第二競爭者模式加入考慮,進行分 析。 在調整過程中,發現顧客服務水準 對參數 s 敏感,且參數 s 對存貨週轉 率的影響也較參數 S 來得大,兩者和 存 貨 週 轉 率 都 呈 現 負 相 關。 這 些 特 性,都適用於物管部門進行每日控管 的決策。 物料規劃人員可採取本研究之決 策模式,進行有效之物料控管,提高 市場競爭力。 雖然本研究所提議之決策模式適 用於實際產業,然而若要規劃一個全 面性的模擬,及考慮到動態及多方面 的特性時,可能需進一步研究。五、參考文獻
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圖 1. 研究步驟 Adjust decision variables of part j Execute SLAM model Compute the Inventory turns
and Service level
If inventory turns increase, and service level is still satisfied?
Draw Conclusion Start
Collect data
Fit he demand pattern and build the business shift to second sources rules
Construct the SLAM model YES Adjust decision variables of part j Execute SLAM model Compute the Inventory turns
and Service level
If inventory turns increase, and service level is still satisfied?
Draw Conclusion Start
Collect data
Fit he demand pattern and build the business shift to second sources rules
Construct the SLAM model