行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

TFT-LCD 廠之限制驅導式現場排程與需求鏈整合系統之建構 (I)

計畫類別： 個別型計畫

計畫編號： NSC94-2213-E-216-011-

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 中華大學工業管理學系

計畫主持人： 吳鴻輝

報告類型： 精簡報告

處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 95 年 10 月 24 日

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告

TFT-LCD 廠之限制驅導式現場排程與需求鏈 整合系統之建構(Ⅰ)

計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號：NSC 94－2213－E－216－011

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日

計畫主持人：吳鴻輝 教授 共同主持人：

計畫參與人員：

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢

執 行 單 位：中 華 大 學 科 技 管 理 研 究 所

中 華 民 國 95 年 10 月 11 日

摘 要

薄膜液晶顯示器(TFT-LCD)的製造主要是由三大生產製程所組成，分別為前段列陣 (Array)製程、中段液晶面板(Cell)製程和後段模組(Module)製程。各製程是以一座廠為單位 在獨立運作，而各廠各有其內部獨特的管理特性。國內TFT-LCD 的主要製造廠商，都具備 了這三大製程，由於每一廠商的每段製程都有先後投資的不同世代的廠區，因此TFT-LCD 廠商是屬於擁有多座多世代的多廠區工廠。在液晶顯示器景氣的大起大落及液晶循環加速 的壓力下，TFT-LCD廠要更高的單位產能產出或獲利能力、更短且準的製造時間，將會面 臨下列管理問題：(1)如何降低液晶面板製造廠的製造時間與不穩定度；(2)如何提升液晶面 板製造廠的有效產出。

基於這些需求，本計畫嘗試提供一套TFT-LCD限制驅導式現場排程之建構技術，以滿 足國內TFT-LCD 廠之管理需求，這套系統主要是架構在以限制理論(TOC)為基礎的生產管 理解決方案，即限制驅導式現場排程系統(Drum-Buffer-Rope)。本研究成果將可供國內 TFT-LCD廠商參考，以提升其快速回應產業景氣的製造管理能力。

關鍵詞：薄膜液晶顯示器、限制理論、限制驅導式現場排程方法、瓶頸作業迴流。

Abstract

The main manufacturing processes of TFT-LCD are composed of Array process, Cell process and Module process. Each process is executed by a stand alone plant and has different management focus. The major TFT-LCD companies in Taiwan own several plants for each process. An internal supply chain is then composed of these multi-site plants for a TFT-LCD company. To improve the manufacturing management capability for quick response to market, the TFT-LCD company will face the following difficult problems: (1)how to decrease the cycle time of Array plant and Cell plant; (2)how to increase the throughput of Array plant and Cell plant.

An integration of DBR and demand chain for TFT-LCD plants is proposed in the project to overcome the above problems. This system is the Drum-Buffer-Rope production solution. The prototype developed by this research will be referenced by the TFT-LCD company.

Key Words: TFT-LCD, TOC, DBR, Bottleneck Reentry.

1. 緒論 1.1 背景與動機

TFT-LCD 之前段列陣製程是透過類似半導體晶圓(wafer)製造技術在玻璃基板上反 覆執行數次上光阻、曝光、顯影及蝕刻等製程而形成薄膜電晶體玻璃基板。中段液晶面 板製程是將 Array 製程完成的薄膜電晶體玻璃基板與自製或外購之彩色濾光片(Color Filter, CF)進行組合、切割及液晶注入等製程而成為液晶面板，依面板尺寸的需求一片玻 璃基板可切割成一至數片的面板。至於後段的模組製程則是將液晶面板與驅動 IC、偏光 板及背光模組等零組件，組裝成完整的液晶顯示器，並作最後測試及檢驗。

Array 廠由於設備昂貴、製程需反覆迴製而複雜且長，因此製造時間(Lead Time)長 且不穩定，大約需要 5.7~8.6 天，平均大約是 7.2 天。Cell 廠主要是 Array 玻璃基板與彩 色濾光片的供料配合問題，且廠內各站機台均屬於相同平行機台，由於一片玻璃基板可 切割成一至數片的面板，因此隨著面板尺寸的不同，會有批量與換線之問題，這一製程 的製造時間大約需要 3~5 天，平均大約是 4 天。而 Module 廠除了需依客戶需求組裝外，

尚有關鍵零件有指定物料或指定供應商的問題等，這一製程的製造時間很短，大約只要 8 個小時。因此在管理上，Array 廠的重心在有效的管理資源產能以提升有效產出與降 低與穩定製造時間；Cell 廠除了需有效的管理資源產能以提升有效產出降低與穩定製造 時間外，尚需協調 Array 廠的薄膜電晶體玻璃基板與彩色濾光片的供料數量與時間；而 Module 廠的重心則在有效規劃物料供應，以掌握市場變化或客戶訂單需求，以及降低 成品與在製品庫存。

1.2 研究目的

根據上述 TFT-LCD 各廠的特性與產業特質而言，為了使其具備更高的單位產能產 出或獲利能力與更短且準的製造時間，本研究在第一年計畫中提出下列兩點來解決 TFT-LCD 各廠所會面臨的管理問題：

(1) 降低液晶面板製造廠的製造時間與不穩定度：由於製造時間愈長或愈不穩定將使 工廠的反應速度愈慢，而喪失競爭力，且會造成更多的在製品或成品存貨的積 壓，而增加跌價風險。但要注意的是，不可因降低了面板製造廠的製造時間而犧 牲了該廠的有效產出，這是不合理的改善。

(2) 提升液晶面板製造廠的有效產出：若能使面板製造廠製造出客戶所需的有效產出 愈大(註：若各廠生產出來的產出非客戶所需，則該產出是存貨不是有效產出)，

則 TFT-LCD 廠商即能獲得最大之利潤而愈快回收投資。

本研究提供一套 TFT-LCD 限制驅導式現場排程之建構技術，以滿足國內 TFT-LCD 廠之管理需求。這套系統主要是架構在以限制理論(TOC)為基礎的生產管理解決方案，

即為限制驅導式現場排程方法(Drum-Buffer-Rope)，以提升單廠的有效產出及降低製造 前置時間及其不穩定度。最後以 eM-Plant 開發一套雛型系統與模擬環境，來驗證與說明 這套技術在面板製造廠應用之可行性。

2. 文獻探討 2.1 面板製造廠之製程與特性

Array 製程中黃光區所使用的機台為最昂貴之生產設備，且 Array 製程反覆迴製，

在玻璃基板上至少需重覆五到七層加工，每一層都要經過清洗、鍍膜、上光阻、顯影、

蝕刻與去光阻等過程，因此黃光區成為廠內的瓶頸，其製造流程如圖 2.1。黃光機台（瓶 頸機台）的製程上，需要搭配光罩(Mask)才能進行作業，每一種產品加工不同層級所需 的光罩均不相同，且因為在技術上與品質上的需求，必須將第三道黃光製程的光罩及第 五道黃光製程的光罩綁在同一黃光機台上進行加工，形成綁機台的特性，如圖 2.2。

圖 2.1 列陣製程

圖 2.2 綁機台的特性

Cell 廠的製程加工步驟是由許多平行工作站所組成，前段序列製程是分別對彩色濾 光片與 TFT 基板進行加工作業，而到了基板組合站時必須同時存此兩種物料才能加工此 作業，否則將無法順利進行；其製程包含一次切割研磨、配向膜塗佈、配向處理及基板 組合。中段批量製程機台可加工的最大批量單位不同，然而不論機台滿載或非滿載時皆 可以進行加工，且加工時間相同，故製程亦存在等候的特性；其製程包含高溫壓合、真 空回火、液晶注入及封口等。至於後段製程序列製程並沒有特殊的加工特性存在，其製 程則包含二次切割裂片、磨邊貼附（偏光板）及檢查等[1,7,9]，如圖 2.3。此外，組立廠 中配向膜塗佈站（瓶頸機台）及液晶注入的換線時間皆為 2 小時，因此各工作站機台配 置應考慮到減少換線次數，以符合日需求計畫。

圖 2.3 Cell 製程

Module 廠的製程是將組立製程完成的 LCD 面板與驅動 IC、印刷電路板(PC Board；

PCB)連接，並與背光源(backlight module)、框架(frame)…等進行組裝，再經由產品最終 檢驗測試，屬 於 勞 力 密 集 的 製 程，與 Cell 廠皆相當適合應用 DBR 技術來管理瓶頸產 能與訂單之排程，以及規劃各種料的供料數量與時間，其製造流程如圖 2.4。

圖 2.4 Module 製程 2.2 瓶頸迴流作業之限制驅導式排程探討

瓶頸作業有迴流(Reentry)的生產環境，即一張工單在瓶頸有兩次以上的加工作業，

重覆 5 至 7 次

成膜 曝光 顯影

玻璃 基板

光阻 蝕刻 薄膜電

晶體陣 列基板 基板

洗淨

Array 檢驗 去光

阻

薄膜電 晶體陣 列基板

M1 M3 M4

M2 M4

1 2 3

4 5

:第 i 層光罩

:黃光機台 i : 非瓶頸站 玻璃

基板

i

Mi

液晶 面板

序列式機台 批量式機台 序列式機台

薄膜電 晶體陣 列基板

一切與 研磨

配向膜 塗佈

配向 處理

組 裝

高溫 壓合 CF

彩色 濾光片

一切與 研磨

配向膜 塗佈

配向 處理

真空 回火

液晶 注入

封 口

二次切 割裂片

磨邊 貼附

檢 查

點燈 檢查

偏光片 貼附

再點燈 檢查 液晶

面板

驅動 IC 壓合

印刷電路 板壓合

檢查/

塗膠 組 裝

後老化 測試

薄膜電晶體液 晶顯示器

在設計限制驅導節奏及推平廢墟時，會因為工單在瓶頸前後迴流作業的相依性，使其困 難增加[4]。而工單在瓶頸迴流作業時，瓶頸作業與瓶頸作業間的緩衝時間，稱為間隔緩 衝。造成這樣的原因，主要是因為在瓶頸作業迴流的製程中，有製程間的相依性、作業 間隔時間必須大於或等於間隔緩衝時間等特性[10]。針對作業間隔不可小於間隔緩衝的 需求，Goldratt[16]提出了間隔棍(Batch Rod)的觀念，間隔棍為不可壓縮的棍子，長度即 為前後兩瓶頸迴流作業的間隔緩衝，以確保前後兩瓶頸迴流作業間的作業間隔不可小於 間隔棍。吳[3]也針對間隔棍在使用上困難的問題提出了一套最佳間隔模式，改善了間隔 棍使用上的不方便。

蔡[11]依據限制驅導式現場排程與管理技術(DBR)及限制理論(TOC)專案管理的觀 念，提出一套適用於瓶頸迴流生產型態的瓶頸生產節奏推平與合理化方法，可有效解決 訂單交期延誤問題。葉[10]應用集體緩衝之觀念提出一套有效的瓶頸迴流環境瓶頸生產 節奏的設計方法。

2.3 平行機台排程探討

平行機台之作業方式是將以往工件僅能夠在單一機台上加工才可完成，變為同時擁 有多部機台可供選擇，工件可任意選擇在某一機台上進行加工。而平行機台排程的目的 主要是要妥善利用多機台，將工件依序安排到各機台上加工，以達到所求的績效指標最 佳。

針對是否分割工單至機台、考慮機台設置時間與否及機台加工指派法則等特性，過 去亦有相當多的研究，例如運用分枝界限法、啟發式演算法(Modified Due Date, MDD) 及模擬退火法等來解平行機台排程問題，以求總加權延遲時間最小化[13,14,15,21]。以 分枝界限法[22]來解平行機台排程問題，使總加權完工時間最小化。Gursel et al.[18]則在 四種不同模式下求解延遲工件數最小化。Serifoglu et al.[23]發展以遺傳演算法考量加權 工件延遲及提早完工時間之和最小化。Tahar et al.[24]則以線性規劃方法求解總流程時間 最小化。

由於廠內之配向膜塗佈（瓶頸機台）為平行機台，且彩色濾光片與 TFT 基板的加工 量必須成套出現於組裝站前；然而，上述學者所提出的方法尚不能減少組立廠之換線次 數及如期產出各尺寸計劃量。因此本研究應用 DBR 機制的觀念來對組立廠瓶頸站之平 行機台排程作細部排程規劃。

3. 系統模組之架構

Wu[25]提到一個健全的 DBR 機制應該包含三大區塊，分別是限制驅導式現場排程

（計劃） 、現場派工（執行）與緩衝管理（考核） 。現今 TFT-LCD 各廠都已導入製造執 行系統(MES)，各廠人員將排程結果透過 MES 來與現場進行聯繫，而現場的狀況也透過 MES 來進行回饋，使系統可以透過重排來更新排程與控制。本計劃所完成面板 Array、

Cell 及 Module 廠之 DBR 機制架構，包含排程模組（瓶頸與投料排程模組） 、派工模組

與控制模組三部份，並包含與 MES 的介面，如圖 3.1 所示。

圖 3.1 面板 Array/Cell/Module 廠之 DBR 機制架構 3.1 排程模組

(1) 列陣廠

在進行月計劃以平準化導出日計劃時，由於列陣廠對各黃光機台進行產能平 衡時並無考慮迴製其前後關係的問題，而造成各黃光機台產能分配不平衡的情 況，因此本研究決定針對列陣廠分批進行改善，目的在使日產出計劃的產品製程 前製時間不會過長，也可以針對各黃光機台進行產能平衡。列陣廠黃光機台（瓶 頸機台）為多機台，且具迴流特性，加工時又受到光罩的限制以及第三道及第五 道黃光製程綁機台的特性，因此在進行 DBR 排程之前先對列陣廠日計畫進行分 批，目的在使黃光機台產能平衡，並且使各產品能依日產出計劃順利完成，其演 算法如圖 3.2。

圖 3.2 分批演算法流程圖

分批完成後，本研究參考 Wu[26]所提出瓶頸作業迴流的推平法則，應用在列 陣廠黃光機台（瓶頸機台）的瓶頸排程上。但由於列陣廠黃光製程反覆迴製且具 移轉批量的特性，故必須對步驟 5 及步驟 6 進行修改，使演算法能應用於列陣廠 的黃光機台排程上。修正步驟如下：

Step 5：挑選排入作業

Step 5.1：依候選作業在廢墟的開始加工時間最早者來挑選個排入作業。

Step 5.2：廢墟的開始加工時間相同時，則以最早投料者優先選入。

Step 6：推平排入作業並更新黃光機台的可排時間

Step 6.1：依製程所需光罩挑選機台，並推平排入作業。

Step 6.2：如果是新工單，則評估投料時間；若為舊單，且為第五道黃光 製程，則評估出貨時間。

出貨計劃 Rope，Drum

面板 Array/ Cell/

Module 廠 DBR 排程 模組

面板 Array/ Cell/ Module 廠 DBR 控制(緩衝管理) Drum

與 出貨計劃 訂 單

派工 MES 模組

Array/ Cell/

Module 廠現場

趕工單 WIP

瓶頸站前在製品 加工完成之訂單 本研究

範圍

挑選共用度 低之機台進 行分配

列出分批後 所有工單的

情況 進行日產能評估並

進行主產品分批 產生

廢墟

是否還有其他 評估日尚未進

行評估

是否還有其他 主產品尚未進

行分配 是

否 否

是

Step 6.4：更新黃光機台的可排時間。

當 系 統 以 批 量 (Batch) 進 行 黃 光 機 台 排 程 時 ， 因 列 陣 廠 的 物 料 流 動 是 以 cassette(lot)為單位，因此產生了移轉批量的問題，而吳[3]也對此提出「瓶頸迴流 前後作業之最佳作業間隔模式研究」 ，來改善移轉批量所造成的問題。

(2) 組立廠

由於組立廠的規劃幅度為一週，即每週會接收到一週的日產出計劃，其瓶頸 站在配向膜塗佈機台，屬於平行機台中的相同機台(Indentical machine)；此外，加 工基板除尺寸的不同外還有類型的不同（TFT 基板與彩色濾光片） 。因此在 Drum 的設計方面首先計算日計劃中各尺寸的廢墟(Ruin)，接著依照優先順序將該尺寸 計劃量排入各配向膜塗佈機台，最後再將排程結果轉換成 TFT 基板與彩色濾光片 的形式且順序為 3 lots 的 TFT 基板和 3 lots 的彩色濾光片，步驟如圖 3.3 所示。

圖 3.3 平行機台排程流程圖 (3) 模組廠

首先依據各工作站所有的機台數、加工時間、整備時間等條件，計算各工作 站加工產品所需耗用的產能，其剩餘的產能即為可用來換線的產能。再將換線產 能除以該工作站產品換線的平均時間，即可得到每ㄧ工作站最大可換線次數，而 可允許的最少換線次數即為系統之瓶頸資源，即偏光板貼附。但由於模組廠之偏 光板貼附與組立廠配向膜塗佈同為平行機台，因此其排程模組可參考組立廠之演 算法。

3.2 投料模組 (1) 列陣廠

當黃光機台排程(Drum)排好時，必需依照第一層黃光機台的開始加工時間減 去瓶頸緩衝時間(CCR Buffer)，求得各產品的投料時間(Rope)。但是黃光機台排程 是應用批量進行排程上的應用，因此在投料時如果以批量進行投料，將會造成非 瓶頸站在製品過多、趕工單過多及 Cycle time 變長的情況，這對列陣廠來說都是

產生廢墟:(產出日-出貨緩衝) 排序產出計劃

Ruin 完工時間較早者；日計劃量較大者

修改候選機台 前批類型相同者；皆否則不變

選擇候選機台 可排產能≧3 lot；為候選機台

選擇排入機台 可排時點最早的機台優先選擇

超出 部分 排入日計劃量

大於 Ruin 完工時間者進行切割

更新產出計劃與機台資訊 尚有產出計劃

排定生產兩基板的順序 日產出計劃

無產出計劃 選擇候選機台

可排產能皆＜3 lot；皆為候選機台 修改候選機台 前批類型相同者；皆否則不變

選擇排入機台 可排時點最早的機台優先選擇

排入日計劃量 全排入

不合理的。因此在投料時，本研究將分批後的批量再轉為以 lot 進行投料，如此 便不會造成列陣廠瞬間在製品過多的情況，並可改善列陣廠 Cycle time 被拉長的 情況。

而本研究投料數量由批量轉為 lot 進行投料時，以瓶頸機台不閒置為優先考 慮，設定每一批量中各 lot 的間隔時間為各產品黃光機台第一層之加工時間，如 此便可以使在製品順利到達第一層黃光機台前進行加工，又不會縮短各個 lot 的 CCR Buffer 時間。除此之外更要確認投料計劃是在日投料計劃時間點之下，絕不 能比日投料計劃早發生，以免列陣廠在製品過多。因此在投料時必需與瓶頸加工 同步，所謂的同步就是各個 lot 的第一層黃光機台開始加工時間，減去 CCR Buffer，即為該 lot 的投料時間。

(2) 組立/模組廠

在完成所有瓶頸機台排程(Drum)的設計後，系統會依 Drum 之生產節奏減去 瓶頸緩衝求出投料計劃(Rope)，再由工單結束加工時間加上出貨緩衝(Shipping Buffer)推導出工單的出貨計劃(Shipping Schedule)，並使投料節奏與 Drum 達到同 步化的效果，可避免現場投錯料或多投料之情形發生。最後系統再將所得的 Drum、Rope 與出貨計劃所得到的資訊經由派工模組傳遞給 MES，並將 Drum 與 出貨計劃傳遞給控制模組，讓 MES 所回饋的資料可以進行現場的控管。

3.3 派工模組

(1) 投料站(Gateway station)

在現場在製品(WIP)的控制中，投料機台佔有絕大部分的影響。當投料機台 投入的物料過多時，會造成在製品在現場有過多的趨勢，讓機台處於負荷過重的 情況，甚至使非瓶頸機台變成瓶頸機台；相反的，若投入的物料太少，造成機台 閒置沒有原物料加工的狀況，若閒置的機台為瓶頸機台，則會嚴重影響到工廠的 產出。因此，必須「全力配合」瓶頸機台的排程，依照瓶頸生產節奏排程所推出 來的投料節奏(Rope)進行投料，且不能因為機台閒置而進行不必要的投料。

(2) 瓶頸站(CCR Station)

瓶頸站依排程模組所排出的「瓶頸生產節奏排程(Drum)」來加工。然而，

Drum 只是生產次序的依據，若到排程的時間到了，但是該工單卻還未出現在瓶 頸站前等待區加工，為了使瓶頸不挨餓，而有料可以繼續加工，就由已到達且接 續後面排程加工的工單，先行加工；而我們稱此沒有到而錯過排程時間的工單為

「穿透品」[2]。另外如果穿透品流回到瓶頸站，則該工單優先加工；若有多張 作業同時流回，則加工排程時間較早的作業。

(3) 非瓶頸站(Non-CCR Station) i. 列陣廠

非黃光機台的加工次序，本研究是採取先到先做(FIFO)的方式。除非現場

發出趕工單，則每個非黃光機台都要依緩衝管理機制所發出的趕工單優先進行

加工。換言之，當趕工令發出時，非黃光機台將檢視其機台前的暫存區，當發

現有趕工單存在時，則優先加工，讓趕工單可以迅速地流到下一站進行加工，

最後使該單能順利到達黃光機台進行加工，其目的為「全力配合」黃光機台，

避免有些工單來不及到達黃光機台前，而造成黃光機台的閒置，或造成該工件 之延誤。

ii. 組立廠/模組廠

各工作站在加工不同類型產品時，常需要換線時間(Setup Time)，為了減少 換線次數，在非瓶頸站採用「最小換線時間(MST 法則)」的派工方式。其派工 法則是指工單到達時，先選和工單相同類型產品的加工機台，若無相同產品加 工機台，則任選一個機台，並且必需加上換線時間；另外機台加工完畢時，則 選擇該站等待區中相同產品類型的工單，若沒有相同產品類型，則換線至等待 區中存貨最多的產品類型。

如果進入到非瓶頸站的作業為趕工單，則不論加工機台是否有加工相同的 產品類型，工單都必須優先加工。如果有多張趕工的作業，則先做出貨緩衝管 理所發出的趕工工單，再做其他的工單。另外，如果趕工工單遇到批量機台的 話，則不論是否達到該機台的最大批量單位，該工單都必須優先加工。

3.4 控制模組

本研究將 DBR 方法導入面板廠中，只針對面板製造廠中的瓶頸站進行排程，屬於 集中式派工；而非瓶頸機台的加工次序則是依據不同廠採取先進先出(FIFO)或最小換線 時間(MST)的方式進行派工，屬於分散式派工。但在現場實際執行時，因現場存在許多 不確定因素，如機台當機等，因此現場必需給予一套應變措施，避免這些不確定因素造 成計劃執行不順利的情況發生。

根據瓶頸排程模組的瓶頸生產節奏排程(Drum)與現場 MES 所傳回的資料，利用緩 衝管理來評估工單的進度。本研究緩衝管理其作法是將每張工單瓶頸作業前的緩衝區分 為三等份，分別為忽略區、警示區、趕工區，而這個緩衝區大小就是 CCR Buffer，其範 圍為投料時間到瓶頸的排程時間。

當時間時移到趕工區開始的時間，則查看該工單是否已達瓶頸站前等待加工，如果 沒有，則發出此工單趕工訊息，讓所有非瓶頸站優先加工這張工單，使此作業能及時趕 到瓶頸站前加工。

另外，由於要掌握交期的準時達交，間隔緩衝管理與出貨緩衝管理也是本模組的重 點。與瓶頸緩衝相同，將間隔緩衝與出貨緩衝分為三區，當時間移到間隔緩衝的趕工區，

但該工單尚未到達瓶頸站前等待加工，則發出趕工訊息，讓其他非瓶頸站優先加工此工 單；當時間移到出貨緩衝的趕工區，但該工單尚未出貨，則一樣發出趕工訊息，讓其他 非瓶頸站優先加工此工單。

4. 模組驗證 4.1 排程模組

(1) 列陣廠排程模組系統驗證

某列陣廠內黃光機台（瓶頸站）的機台數、加工時間及換線時間等製程資訊

如表 4.1 所示，所生產的產品尺寸為 15”、17”、19”、21”及 26”等五種。根據 2003/6/2

0:00 接到 2003/6/9~2003/6/15 的日產出計劃，於 2003/6/2 8:00 進行重排，瓶頸緩

衝、出貨緩衝及間隔緩衝分別為 3、9 及 2.5 ~3.5 小時。

表 4.1 製程資訊

瓶頸機台 第一道黃光製

程加工時間

第二道黃光製程至第五到 黃光製程加工時間

換線 時間

製程數量 機台

數量

黃光機台 25 min 30 min 4 min 20(pcs)/1 lot 11

在獲得上述各資訊後，系統依照排程步驟將日產出計劃排入各瓶頸機台之 中，以完成 Drum 的設計。排程模組中每部黃光機台有其獨立的 Drum，以下僅顯 示機台 6 之排程結果，截取 2003/06/02 8:00 的重排時間點觀察第六台黃光機台的 Drum，如圖 4.1 所示（數量單位: batch） 。

圖 4.1 2003/06/02 8:00 瓶頸機台六的 Drum

(2) 組立廠排程模組系統驗證

某組立廠內配向膜塗佈（瓶頸站）的機台數、加工時間及換線時間等製程資 訊如表 4.2 所示，產品尺寸有 14.1”、15”、17”及 19”等 4 種面板。各配向膜塗佈 機台有其在製品數量與尺寸，並計算出各機台的可排程時間點。根據 2005/12/30 0:00 接到 2006/1/6~2006/1/12 的日產出計劃，於 2005/12/31 8:00 進行重排，瓶頸 緩衝及出貨緩衝分別為 4、64 小時。

表 4.2 製程資訊

瓶頸機台 加工時間 換線時間 製程數量 機台數量

配向膜塗佈 12 min 120 min 24(pcs)/1 lot 10

在獲得上述各資訊後，系統依照排程步驟完成 Drum 的設計，每部瓶頸機台 有其獨立的 Drum，以下截取 2005/12/31 8:00 重排時間點觀察瓶頸機台 4 之排程 結果如圖 4.2 所示（數量單位: lot） 。另外，排程中的數量各包含了 TFT 基板與彩 色濾光片(CF)，例如排程中第 1 列，機台要分別加工 60 lots 的 TFT 基板與 CF；

而兩者加工順序比例為 3:3，即交叉 3 lots 的 TFT 基板與彩色濾光片。

舊日產出計畫 2003/6/2~2003/6/8

新日產出計畫 2003/6/9~2003/6/15

圖 4.2 2005/12/31 8:00 瓶頸機台 4 的 Drum (3) 模組廠排程模組系統驗證

某模組廠內偏光片貼附機台(瓶頸站)的機台數、加工時間及換線時間等製程 資訊如表 4.3 所示。所生產的產品尺寸種類共有 4 種，分別為 15”、17”、19”、21”

等面板。根據 2006/01/1 24:00 接到 2006/01/01~2006/01/02 的日產出計劃，於 2006/01/01 00:00 進行重排，瓶頸緩衝與出貨緩衝分別為 3、6 小時。

表 4.3 製程資訊

瓶頸機台 製程加工時間 換線時間 製程數量 機台數量

偏光片貼附機台 16 min 45 min 24(pcs)/1 lot 2

在獲得上述各資訊後，系統依照排程步驟完成 Drum 的設計，每部瓶頸機台 有其獨立的 Drum，以下截取 2006/01/01 00:00 重排時間點觀察瓶頸機台 4 之排程 結果如圖 4.3 所示（數量單位: lot）。

圖 4.3 2006/01/02 8:00 瓶頸機台 4 的 Drum 4.2 投料模組

在完成所有機台 Drum 的設計後，系統會依 Drum 之生產節奏減去瓶頸緩衝求出投 料計劃(Rope)。以下以組立廠 14.1”基板之投料計劃為例，如圖 4.4。顯示 2005/12/30 0:00 系統接收 2006/1/6~2006/1/12 之日產出計劃所推導的投料計劃，並參考圖 4.2 組立廠的 Drum。由於舊單已完成備料動作，因此只需觀察新日產出計畫中最早投料時間點為 2006/1/2 11:12，而系統接收到新日產出計劃的時間為 2005/12/30，得知尚有三天的時間 可進行備料。

舊日產出計劃 2006/1/4~2006/1/5 新日產出計劃 2006/1/6~2006/1/12

圖 4.4 14.1 吋基板之投料計劃 4.3 派工與控制模組

控制模組最主要的目的是控制訂單的進度，當時間移到該訂單的出貨緩衝的趕工 區，如圖 4.5，在 2006/1/4 8:00 時檢查這四筆批量是否出貨，結果發現尚未出貨，則代 表可能會延誤，因此記錄其編號，讓全廠的加工站，如果遇到這些批量，則優先加工。

在派工模組中，當訂單進入到加工站，首先檢查比訂單是否為趕工單，這記錄可在 全廠出貨趕工批量的清單得知。如果不是趕工訂單，則依照該廠的先進先出(FIFS)或是 最小換線時間(MST)的派工法則來派工；假使如圖 4.6，組立廠的液晶注入站進來的兩個 批量是趕工批量，則液晶注入站需讓接下來的閒置機台優先加工這兩批量。

圖 4.5 全廠出貨趕工批量的清單 圖 4.6 液晶注入站已到的趕工批量清單

5. 結論與討論

列陣廠中俱有黃光機台（瓶頸機台）的迴流、光罩限制及綁機台等特性，為了確保 產能可以在產出計劃前完成產出計劃的需求，避免產能不足造成產出未能符合產出計劃 的需求，本研究提出ㄧ分批方法，使日計畫黃光機台產能達到平衡；而組立及模組廠中 由於平行機台的限制，本研究亦提出ㄧ平行機台排程演算法，以滿足日計劃之需求。本 研究依限制理論提出ㄧ套 TFT-LCD 限制驅導式現場排程之建構技術，可根據現場資料 建構出面板製造廠之瓶頸機台排程模組、投料模組、機台派工模組及進度控制模組，並 整合 DBR 管理子系統，以滿足國內 TFT-LCD 製造廠之管理需求。

參考文獻

1. 李俊昇， 「液晶面板組裝廠批量製程派工法則之設計」，交通大學工業工程與管理研

究所碩士論文(2003)。

2. 吳鴻輝與李榮貴， 「限制驅導式現場排程與管理技術」，修訂版，全華科技圖書股份 有限公司(2001)。

3. 吳鴻輝， 「瓶頸迴流前後作業之最佳作業間隔模式研究」 ，工業工程學刊，第十七期，

第四卷，第 349-358 頁(2000)。

4. 吳鴻輝與蔡佳蓉， 「瓶頸迴流生產型態之限制趨導式現場排程方法研究」 ，2002 科技 與管理學術研討會論文集，第 223-230 頁(2002)。

5. 林則孟、黃建中、陳子立與陳盈彥， 「TFTLCD 多廠區生產鏈之生產規劃架構」 ，2003 產業電子化運籌管理學術暨實務研討會，逢甲大學(2003)。

6. 林義琛， 「TFT-LCD 產業 APS 系統導入回顧」 ，企業通電子報 42 期，第 12-15 頁(2003)。

7. 林毓淳， 「薄膜液晶顯示器組立廠主生產排程快速規劃系統之設計」，交通大學工業 工程與管理研究所碩士論文(2004)。

8. 黃彥彰， 「TFT-LCD 產業多廠區訂單規劃與排程」，東海大學工業工程與經營資訊研 究所，碩士論文(2003)。

9. 彭俊昌， 「液晶面板組立廠投料與派工模擬分析」，清華大學工業工程與管理研究所 碩士論文(2005)。

10. 葉美伶， 「應用集體緩衝於瓶頸迴流生產型態之限制驅導式主生產排程方法」，中華 大學科技管理研究所碩士論文(2004)。

11. 蔡佳蓉， 「瓶頸迴流的限制驅導節奏之設計方法研究」，中華大學科技管理研究所碩 士論文(2001)。

12. 謝仲為， 「先進規劃與排程系統應用於 TFT-LCD 產業之研究」 ，東海大學工業工程與 經營資訊研究所，碩士論文(2002)。

13. Alidaee, B. and Rosa, D., “Scheduling parallel machines to minimize total weighted and unweighted tardiness,” Computers and Operations Research, Vol. 24, No. 8, pp.

775-788(1997).

14. Azizoglu, M. and Kirca, O., “Tardiness minimization on parallel machines,” International Journal of Production Economics, Vol. 55, pp. 163-168(1998).

15. Eduardo, D. S. and Malave, C. O., “Simulated annealing for parallel machine scheduling with split jobs and sequence-dependent set-ups,” International Journal of Industrial Engineering, Vol. 11, No. 1, pp. 43-53(2004).

16. Goldratt, E.M., The Haystack Syndrome, North River Press, Croton-on-Hudson, New York(1990).

17. Goldratt, E.M., Critical Chaine, NY: North River Press (1997).

18. Gursel, A. S., Pico, F., and Santiago, A., “Identical Machine Scheduling to Minimize the Number of Tardy Jobs When Lot-splitting is Allowed,” Computers and Industrial Engineering, Vol. 33, No. 1-2, pp. 277-280(1997).

19. Heikkila, J., “From supply to demand chain management: efficiency and customer satisfaction,” Journal of Operations Management, 20, pp. 747-767(2002).

20. Jeong, B., Kim, S.W. and Lee, Y.J., “An assembly scheduler for TFT- LCD

manufacturing,” Computer & Industrial Engineering, 41, pp. 37-58(2001).

21. Kim, Y. D., Shim, S. O., Kim, S. B., and Choi, Y. C., “Parallel machine scheduling considering a job-splitting property,” International Journal of Production Research, Vol. 42, No. 21, pp. 4531-4546(2004).

22. Sarin, S. C., S. Ahn and A. B. Bishop, “An improved branching sheme for the branch bound procedure of scheduling n jobs on m parallel machines to minimize total weighted flowtime,” International Journal of Production Research, Vol. 26, No. 7, pp.

1183-1191(1988).

23. Serifoglu, F. S., and Ulusoy, G.., “Parallel machine scheduling with earliness and tardiness penalties,” Computers and Operations Research, Vol. 26, pp. 773-787(1999).

24. Tahar, D. N., Yalaoui, F., Chu, C., and Amodeo, L., “A linear programming approach for identical parallel machine scheduling with job splitting and sequence-dependent setup times,” International Journal of Production Economics, Vol. 99, pp. 63-73(2006).

25. Wu, H.H., C.J. Lee and C.J. Yang, ”A robust DBR management system” the Proceedings of 2005 IEEE Conference on Service Operations and Logistics, and Informatics, Tsinghua University, Beijing, China, August 10 to 12, pp.230-235(2005).

26. Wu, H.H. and M.L. Yeh, ”A DBR scheduling method for manufacturing environments with bottleneck reentrant flows”, International Journal of Production Research, Vol.44, No.5, pp.883-902(2006).

附錄為已發表的三篇相關研討會論文：

1. 吳鴻輝、李正任， 「限制驅導式管理系統(DBR)於 TFT-LCD 列陣廠之應用」，中國工 業工程學會九十四年度年會暨學術研討會，中華大學(2005)。

2. 吳鴻輝、楊淳正， 「限制驅導式管理系統(DBR)於 TFT-LCD 組立廠之應用」，第二屆 中山思想與現代化經營管理海峽兩岸學術研討會，中華大學(2005)。

3. Wu H.H., Yang C.J., and Wu T.H., “Scheduling and Control of TFT-LCD Cell plants

Using Drum-Buffer-Rope Systems,” International Conference on Computer and Industrial

Engineering (ICCIE), Taipei (2006).

限制驅導式管理系統(DBR)於 TFT-LCD 列陣廠之應用

吳鴻輝

李正任

1

中華大學工業管理系副教授（新竹市五福路二段 707 號）

2

中華大學科技管理研究所研究生（新竹市五福路二段 707 號）

m09303037@chu.edu.tw

摘要

薄膜液晶顯示器(TFT-LCD)的製造主要是由三大 生產製程所組成，分別為前段列陣(Array)製程、中 段液晶面板(Cell)製程和後段模組(Module)製程。在 列陣(Array)製程中，其設備昂貴且具有瓶頸作業迴 流(Reentry)的特性，所以製程反覆迴製而複雜，所 需製造時間也很長，製造時間大約需要5.7~8.6天，

平均大約為7.2天。所以將面臨下列管理問題：（1）

如何降低列陣(Array)製程製造時間與不穩定度；

（2）如何提升列陣(Array)製程的有效產出。

因此本研究將以限制驅導式管理系統(DBR) 來解決列陣(Array)製程生產的排程問題，首先說明 如何設計其瓶頸作業迴流的瓶頸排程(Drum)，其次 說明列陣廠之DBR應用架構，最後以eM-Plant開發 一套雛型系統與模擬環境，來驗證與說明這套技術 在列陣廠應用之可行性。

關鍵字：薄膜液晶顯示器、列陣(Array)製程、瓶頸 作業迴流、限制驅導式管理系統。

主題：生產與作業管理

1. 前言

目前全球對於薄膜液晶顯示器的需求已經越 來越大，每年的需求始終是兩位數的成長持續成 長，許多大廠也紛紛開始投資八代廠以及九代廠建 廠計畫，台灣政府也對半導體及面板產業提出兩兆 雙星政策。但是姑且不論其應用尺寸的大小，其製 造過程主要分為三個階段：前段列陣(Array)製程、

中段液晶面板(Cell)製程和後段模組(Module)製程。

這三個階段的製程特性不同，在生產排程方法 上也是大相逕庭，而本研究將針對列陣(Array)製程 來做進行一步的探討，其原因如下：(1)設備昂貴

且具有瓶頸作業迴流(Reentry)的特性，所以製程反 覆迴製而複雜；(2)所需製造時間很長，製造時間 大約需要5.7~8.6天，平均大約為7.2天，約佔總生 產週期的2/3。

所以將面臨下列管理問題：(1)如何降低列陣(Array) 製程製造時間與完成時間的不穩定度；(2)如何提 升列陣(Array)製程的有效產出。

限制驅導式現場排程與管理技術已經成功的 運用在許多產業上[1、6、10]，然而在瓶頸作業具 迴流特性的產業上，尚無完整的應用。而過去也有 學者[3、4]提出針對瓶頸作業迴流下之限制驅導式 現場排程、自主式現場派工與緩衝管理的控制方法 等進行討論，但這些大都只是局部功能的探討。而 且尚未有學者將瓶頸作業迴流下之限制驅導式現 場排程導入具代表的產業，如：半導體廠、Array 廠等。

因此本研究將以限制驅導式管理系統(DBR) 來解決列陣(Array)製程生產的排程問題，首先說明 如何設計其瓶頸作業迴流的瓶頸排程(Drum)，其次 說明列陣廠之DBR應用架構，最後以eM-Plant開發 一套雛型系統與模擬環境，來驗證與說明這套技術 在列陣廠應用之可行性。

2. 文獻探討 2.1 Array 製程與生產特性

Array製程類似半導體製程，製程反覆迴製，

在玻璃基板上至少需重覆五到七層加工，每一層都 要經過清洗、鍍膜、上光阻、顯影、蝕刻與去光阻 等過程，如圖1所示。也因為這樣的特性，才會造 成在製造現場有許多在製品的堆積，使得訂單難以

控管，常常在出貨時間快到的時候才在現場追趕訂 單，造成工作現場大亂，影響了原本的生產計劃，

最後情況不斷的惡化，工廠只能不停的趕工急單。

圖 1 Array 製程

2.2 瓶頸迴流作業之限制驅導式排程探討 限 制 驅 導 式 現 場 排 程 與 管 理 技 術 (Drum-Buffer-Rope，DBR)是由高德拉特博士（Dr.

E. M. Goldratt）於1986年所提出的一套建立在限制 理論(Theory of Constraints，TOC )的生產排程方法 [8]。它是一套針對瓶頸站（bottleneck）也就是受 限產能（Capacity Constrains Resource，CCR），所 設計瓶頸生產排程的計劃，再加一緩衝(Buffer)來 保護瓶頸免於挨餓，也利用Drum與緩衝來導出投 料節奏(Rope)，使得投料節奏與生產節奏能夠同 步，而Drum、Buffer與Rope即為DBR的核心機制。

Wu 等 [11] 也對 DBR 的 架 構 提 出 一 套 健 全 的 DBR管理系統。然而在瓶頸作業有迴流（Reentry）

的生產環境，即一張訂單在瓶頸會有兩次以上的加 工作業，如圖2(a)[2]所示，在設計限制驅導節奏及 推平廢墟時，會因為訂單在瓶頸前後迴流作業的相 依性，使得其困難增加。而訂單在瓶頸迴流作業 時，瓶頸作業與瓶頸作業間的緩衝時間，稱為間隔 緩衝，如圖2(b)。

M 2 M a c h i n e ( 瓶 頸 站 ) M 1 M a c h i n e

投 料

出 貨

M 3 M a c h i n e

M 4 M a c h i n e

(a)瓶頸作業迴流圖

(b)間隔緩衝示意圖 圖 2 瓶頸作業迴流特性

造成這樣的原因，主要是因為在瓶頸作業有迴 流的製程中，有下列特性[3]：

（1） 製程間的相依性。

（2） 作業間隔時間必須大於或等於間隔緩衝時 間。

針對 作業 間隔 不可小 於間 隔緩衝 的需 求，

Goldratt[9]提出了間隔棍(Batch Rod)的觀念，間隔 棍為不可壓縮的棍子，長度即為前後兩瓶頸迴流作 業的間隔緩衝，以確保前後兩瓶頸迴流作業間的作 業間隔不可小於間隔棍。蔡佳蓉[4]依據限制驅導 式現場排程與管理技術(DBR)及限制理論(TOC)專 案管理的觀念，提出一套適用於瓶頸迴流生產型態 的瓶頸生產節奏推平與合理化方法，可有效解決訂 單交期延誤問題。葉美伶[3]應用集體緩衝之觀念 提出一套有效的瓶頸迴流環境瓶頸生產節奏的設 計方法。

3. 面板 Array 廠之 DBR 機制架構 Wu[11]提到一個健全的 DBR 機制應該包含三 大區塊，分別是限制驅導式現場排程(計劃)、現場 派工(執行)與緩衝管理(考核)。而現今 TFT-LCD 各 廠都已經導入製造執行系統(MES)，各廠人員將排 程結果透過 MES 來與現場進行聯繫，而現場的狀 況也透過 MES 來進行回饋，使系統可以透過重排 來更新排程與控制。因此本研究所完成面板 Array 廠之 DBR 機制架構，包含排程模組、派工模組與

圖 3 所示。

圖 3 面板 Array 廠之 DBR 機制架構

3.1 面板 Array 廠的 DBR 排程

DBR 排程架構應包含限制驅導節奏、投料節 奏與緩衝管理等三部份。在面板 Array 廠的 DBR 排程，首先先確認瓶頸站，為黃光區的顯影機台，

並根據 Wu[12]所提出的瓶頸迴流環境生產節奏的 設計方法進行修改，讓 Wu 所提出的演算法可適用 於瓶頸機台為多機台的情形，在步驟 2 必須從多台 瓶頸機台選出一台最早可開始加工時間之瓶頸機 台及在步驟 6 更新該機台可開始加工時間，並且導 入面板 Array 製程上，以解決其瓶頸生產節奏設計 的問題。最後結合新單、舊單及 MES 所回饋的 CCR 前尚未加工完的在製品數進行系統的重排，設計出 訂單與在製品在瓶頸的生產順序，稱為限制驅導節 奏(Drum)。系統必須每天固定時間進行重排，或是 接到新單後再進行重排程的工作。而本研究只針對 每一個 Cassette 來進行排程的探討，暫不考慮分批 的問題。

在投料計劃方面，以訂單第一次可開始加工時 間 減 去 CCR 緩 衝 即 可 求 出 訂 單 的 投 料 計 劃 (Rope)。而最後一次瓶頸加工結束時間加上出貨緩 衝即可求出訂單的出貨計劃(shipping schedule)。最 後系統再將所求得的 Drum、Rope 與出貨計劃的資 訊經由派工模組傳遞給 MES，並將 Drum 與出貨 計劃傳遞給控制模組，讓 MES 所回饋的資料可以 進行控管。

3.2 面板 Array 廠的派工

面板 Array 廠的派工，主要目的是執行排程所

求出的 Drum、Rope 及緩衝管理，透過各機台來執 行，分別如下：

（1） 瓶頸站(CCR Station)

面板 Array 廠的瓶頸站為黃光區的顯 影機台，其決定了整間工廠的有效產出，

因此瓶頸站必須執行 Drum 所設計的生產 節奏加工，否則整廠的有效產出將會受到 影響。

Drum 經由派工模組透過 MES 讓現場 可以按照 Drum 的次序加工，但是若有訂 單延誤時，則選擇到達瓶頸機台前的在製 品在 Drum 最早可開始加工的訂單進行加 工，而現場也透過 MES 回饋在製品數，

讓訂單再重排時能有即時資料。

（2） 非瓶頸站(Non-CCR Station)

非瓶頸站根據 MES 所回饋給控制模 組的在製品資訊，在正常情況時，控制模 組不干預派工模組，讓非瓶頸機台採先進 先出法則進行加工，否則控制模組將發出 趕工資訊給派工模組，派工模組將對趕工 單進行優先指派。

（3） 投料站(Gateway station)

Rope 經由派工模組，傳遞資訊給 MES 系統，使投料站在原物料備妥後，根據 Rope 的投料順序及時間點進行投料，而且 不能因為機台閒置而進行不必要的投料。

3.3 面板 Array 廠的控制

控制模組根據 Goldratt [7]所提出的緩衝管理 觀念(Buffer management，BM)，將 Drum 的資料與 MES 所回饋的 CCR 前在製品資訊，來判斷訂單是 否該進行趕工。當訂單的情況如下所示時，趕工模 組將發出趕工資訊，來改變非瓶頸站的指派順序，

將趕工單優先趕工，使該單可以在緩衝時間內到達 瓶頸站進行加工或順利出貨。。

（1） CCR 緩衝：CCR 緩衝又可分為第一次瓶頸 加工，即 CCR 緩衝，與迴流時的緩衝大 小，即間隔緩衝。當剩餘可加工時間小於 CCR 緩衝 1/3 時，或是剩餘可加工時間小 於間隔緩衝 1/3 時，趕工資訊就會發出。

（2） 出貨緩衝：當最後一次 CCR 加工後，剩餘 的可加工時間小於出貨緩衝 1/3 時，趕工 資訊就會發出。

4. 雛型系統開發

本研究採用 eM-Plant 軟體所提供的 SimTalk 來 撰 寫 排 程 、 派 工 、 控 制 三 大 模 組 ， 簡 稱 為 A-DBRMS(Array DBR management system)，而三 大模組包含 Drum 的設計，投料節奏，出貨計劃，

推平廢墟及緩衝管理的模組，如圖 3 所示。本研究 系統架構如圖 4 所示。

圖 3 模組架構

訂 單

面板Array廠 DBR排程模組 WIP

瓶頸站前在製品 加工完成之訂單

派工 模組

面板Array廠 DBR控制 (緩衝管理) 趕工單

Drum 與 出 貨 計 劃 Rope，Drum

出貨計劃

eM-Plant 系統架構

圖 4 系統架構

5. 系統測試

本文生產環境是建構在列陣廠製程上，主要的 模式是採用簡[5]所採用的生產型態，再根據第三 章所提出的面板 Array 廠之 DBR 機制架構，使用 的模擬軟體為 eM-Plant 軟體。在測試系統中瓶頸 機台為兩台，產品種類分為 LCD14 及 LCD15 兩種 產品。

系 統 中 最 小 加 工 單 位 為 Cassette ， 每 一 個 Cassette 有 20 片玻璃基板。每一個機台在同一個時

報廢問題，視產出為相同等級之產品。也不考慮機 台換線時間(Setup time)與設備維修時間。並忽略工 件運輸時間(transportation time)。

5.1 參數設定

在實驗系統中，工作站的機台名稱及機台數如 表 1 所示。產品的種類、加工途程及加工時間如表 2 所示。

表 1 各工作站機台數

工作站 機台數 備註 CL (Cleaner) 3 非瓶頸機台 EX(Exposure) 3 非瓶頸機台 SP(sputtering) 3 非瓶頸機台 CO (Courting) 3 非瓶頸機台

CVD(Chemical Vapor Deposition)

2 瓶頸機台

RSS(Stripper) 2 非瓶頸機台 RST(Stripper) 1 非瓶頸機台 OTH (Etching) 9 非瓶頸機台

表 2 產品加工途程及加工時間

LCD14 加 工途程

加工時間 (Min)

LCD15 加 工途程

加工時間 (Min) CL 20.8 CL 20.8 SP 26 SP 34.8 CO 34 CO 34 Ex 26.68 Ex 27.68 OTH 30.8 OTH 57.6 RST 24 RSS 22.8 CL 20.8 CL 20.8 CVD 28 CVD 28 CL 20.8 CL 20.8 CVD 38 CVD 38 CO 34 CO 34 Ex 28 Ex 34 OTH 24 OTH 24 RST 24 RST 24 CL 20.8 CL 20.8 CVD 26.68 CVD 26.68 CL 20.8 CL 20.8 SP 42 SP 42 CO 34 CO 34 Ex 34.28 Ex 34 OTH 57.2 OTH 57.2 RSS 22.8 RSS 22.8 CL 20.8 CL 20.8 CVD 26.68 CVD 26.68 CO 34 CO 34 Ex 34.28 Ex 34 OTH 24 OTH 24 RSS 22.8 RSS 22.8 CL 20.8 CL 20.8 SP 49.6 SP 49.6 CO 34 CO 34 Ex 32.8 Ex 32.8 OTH 28.8 OTH 28.8 RSS 22.8 RSS 22.8 CL 20.8 CL 20.8 OTH 284 OTH 284

5.2 系統驗證

本 研 究 在 暫 態 為 一 個 月 的 情 況 下 ， 截 取 2004/03/4 0:00 的重排時間點觀察瓶頸機台一 Drum、2004/03/3 22:55 時機台 RSS 的加工次序 與 2004/03/4 0:20 時機台 RSS 的加工次序來進行 驗證。

5. 3 2003/03/1 0:00 瓶頸機台一的 Drum 在接到新訂單編號 36 時，系統將進行重排，

其部份結果如圖 4 所示，本研究運用以 DBR 的觀 念導入面板 Array 廠，針對瓶頸站做排程，簡化了 傳統生產排程的複雜性。

圖 4 2003/03/4 0:00 瓶頸機台一的 Drum

5.4 2004/03/3 22:55 時 RSS 機台的加工次序 系統中的非瓶頸機台加工順序按照先進先出 的指派法則進行加工，如圖 5 所示。在圖 5 中，

Ca 編號是按照到達進行排序，如圖 5 第五欄位所 示。而在圖 5 中因為目前各 Cassette 都還未進入趕 工區，因此按照先進先出的法則進行加工，如圖 5 第六欄位所示。

圖 5 2004/03/3 22:55 時機台 RSS 的加工次序

5.5 2004/03/4 0:19 時 RSS 機台的加工次序 圖 6 為 2004/03/4 0:15 時 RSS 機台的趕工單 的情形，由此可以發現，CA 編號 1396 它的剩餘 緩衝時間已經小於 1/3 的出貨緩衝時間，因此趕工 模組將對該單發出趕工資訊，讓 RSS 機台優先加 工該單，如圖 7 所示。圖 7 可以看出系統在 2004/03/4 0:19 時 RSS 機台根據趕工資迅針對 CA 編號 1396 進行優先加工，來達到有效的控制。

圖 6 2004/03/4 0:15 時 RSS 機台的趕工單

圖 7 2004/03/4 0:19 時 RSS 機台的加工次序

6. 結論

在本研究中，將 DBR 機制導入一簡易的面板 Array 廠，提供了瓶頸機台的生產加工次序，即 Drum，簡化了在 Array 廠的生產排程規劃，又能 充分的利用系統中的瓶頸機台，瓶頸只要照 Drum 所設計出來的生產次序加工即可。

在投料節奏部分，投料站按照Rope進行投 料，可避免投錯料的情形發生，並且讓訂單的投料 時間點有參考的依據，不會造成該投料未投料或不 該投料時而投料的情況發生。在控制方面，系統對 訂單進行監控，來避免訂單延誤的情形發生。由此 驗證DBR技術在面板Array廠應用之可行性。

誌謝

本研究承蒙行政院國家科學委員會計畫編號 NSC 94-2213-E-216-011-之支持與經費補助，謹此誌謝。

參考文獻

1. 吳鴻輝、林則孟、吳凱文，「限制驅導管理系 統於半導體封裝廠之應用」，工業工程學刊，

第十六卷，第一期，第 13-37 頁（1999）。

2. 吳鴻輝與李榮貴，「限制驅導式現場排程與管 理技術」，全華科技圖書（2001）。

3. 葉美伶，「應用集體緩衝於瓶頸迴流生產型態 之限制驅導式主生產排程方法」，中華大學科 技管理研究所碩士論文（2004）。

4. 蔡佳蓉，「瓶頸迴流的限制驅導節奏之設計方 法研究」，中華大學工業工程與管理研究所碩 士論文（2001）。

5. 簡秀安，「TFT-LCD 產業陣列製程投料機制之 建構與績效分析」，東海大學工業工程與經營 資訊研究所碩士論文（2004）。

6. Blackstone, J. H., L. R. Gardiner, and S. C.

Gardiner, “A Framework for the Systemic Control of Organizations,” International Journal of Production Research, 35, 597-609 (1997).

7. Goldratt, E.M., Critical Chaine, NY: North River Press (1997).

8. Goldratt, E.M., The Goal, 2nd revised edition, NY: North River Press (1986).

9. Goldratt, E.M., The Haystack Syndrome, North River Press, Croton-on-Hudson, New York(1990).

10. Shoemaker, L.J., “It‘s a Jungle Out There-So Listen to the DRUM Beat!,” 1995 APICS Constraints Management Symposium and Technical Exhibit, Phoenix, AZ, USA, pp.

119-139 (1995).

11. Wu, H.H., C.J. Lee and C.J. Yang, ”A robust DBR management system” the Proceedings of 2005 IEEE Conference on Service Operations and Logistics, and Informatics, Tsinghua

pp.230-235 (2005).

12. Wu, H.H. and M.L. Yea, ”A DBR scheduling method for manufacturing environments with bottleneck reentrant flows”, accepted by International Journal of Production Research(2005).

A Drum-Buffer-Rope System for TFT-LCD’s Array Manufacture

Horn-Huei Wu

Cheng-Jen Lee

1 Technology Management, Chung Hua University (No.707, Sec.2, WuFu Rd.,Hsinchu, Taiwan 300)

2 Technology Management, Chung Hua University (No.707, Sec.2, WuFu Rd.,Hsinchu, Taiwan 300)

m09303037@chu.edu.tw

ABSTRACT

The main manufacturing processes of TFT-LCD consists of Array process, Cell process and Module process. In Array manufacturing, the equipment is expensive and the process is complex for bottleneck reentrant flows. The problem confronted by Array plant are the cycle time reduction plan and the throughput of

improvement.

The DBR management system in this paper is therefore proposed to improve the cycle time and throughput of an Array plant. The DBR management system (A-DBRMS) is first proposed and the modules are described detailed. A prototype is designed to demonstrate the feasibility of the proposed system. An eM-Plant simulation model is final utilized to test the function provided by this prototype.

Keywords: TFT-LCD 、 Array Manufacture 、 Bottleneck reentrant flows、Drum-Buffer-Rope.

限制驅導式管理系統(DBR)於 TFT-LCD 組立廠之應用

吳 鴻 輝 楊 淳 正

h h wu @ ch u . e d u .t w m 0 9 3 0 3 0 1 8 @ c h u . e d u .t w 中華大學科技管理研究所

摘要

近幾年來，薄膜液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display；TFT-LCD)普遍的被 應用在顯像產品上，使得在市場的需求量上不斷成長，成為台灣現今光電產業中發展的重心。

TFT-LCD 產業是由三大製程所組成的：前段列陣製程(Array)、中段面板組立(Cell)與後段模組製 程(Module)。在組立廠製程中，是將前段 Array 製程完成的薄膜電晶體陣列基板與自製或外購之 彩色濾光片(Color Filter；CF)進行組合、切割及液晶注入等製程而成為液晶面板。隨著面板尺寸 的不同，會有換線之問題存在，且此一製程製造時間大約需要 3~5 天，平均大約是 4 天，故在 管理問題上包含：(1)如何降低 Cell 廠的製造時間與不穩定度，(2)如何提升 Cell 廠的有效產出。

由於組立廠的生產模式屬於 Y 型製程，TFT 陣列基板與彩色濾光片需同時存在才能進行組 裝，否則將無法完成 LCD 面板。因此本研究將以限制驅導式管理系統(Drum-Buffer-Rope；DBR) 來解決組立(Cell)製程生產的排程問題，首先說明如何設計瓶頸排程(Drum)，其次說明組立廠之 DBR 應用架構，最後以 eM-Plant 開發一套雛型系統與模擬環境，來驗證與說明這套技術在組立 廠應用之可行性。

關鍵字：薄膜液晶顯示器、組立(Cell)製程、限制驅導式管理系統。

主題：生產與作業管理

壹、序論

由於在產品的特色方面，TFT-LCD薄膜液晶顯示器的體積較於傳統陰極映像管顯示器更加 的輕巧、方便攜帶且能夠大大的減少空間的浪費，最重要的是傳統映像管顯示器所存在的電磁 輻射問題已大幅的被減低，使得TFT-LCD成為往後光電產業中具有競爭優勢的產品。目前全球 市場對於TFT-LCD的需求與日巨增，根據DisplaySearch所做的統計與預估，2003~2008年TFT面 板的年需求複合成長率達24.4%，因此各個TFT-LCD製造廠商皆努力投資各世代廠以搶佔市場需 求（許家豪，2004）。TFT-LCD廠除了研發新世代的產品、製程技術或投資新產能外，更應具 備有效的快速回應(Quick Response)產業景氣的製造管理能力，例如更高單位產出或穫利、更準 確且短的製造時間與更低的存貨水準等。

不論其生產尺寸的大小為何，TFT-LCD製造過程皆分為三大主要製程：前段列陣(Array)製 程、中段液晶面板(Cell)製程和後段模組(Module)製程。每一製程是以一座廠為單位在獨立運作，

而各廠有其獨特的管理特性。就Array廠而言，在於機器設備的昂貴、製程複雜且具迴流特性，

導致製造時間長且不穩定，約5.7~8.6天，平均約7.2天。而Module廠除了需依客戶需求進行組裝 外，尚存在著指定物料與指定供應商的問題，然而此製程時間很短，約8個小時。至於Cell廠，

由於具備了兩大製程(Array與CF)產物進行組合的特性，且製造時間約需要3~5天，平均約4天，

所以在Cell前段製程需考慮兩物料的製程速度是否能達到同步，否則僅單一物料製程速度快可能 會導致該物料屯積於組裝站前暫存區而無法進行組裝作業，如此一來將可能造成製造流程時間 的增加，使得訂單延誤交期。

故本研究針對組立(Cell)製程來做進一步的探討，將面臨下列兩項管理問題：(1)如何降低組 立(Cell)製程製造時間與完成時間的不穩定度；(2)如何提升組立(Cell)製程的有效產出。由於近 幾年來，限制驅導式現場排程與管理技術已經在許多產業上被運用的相當成功（吳鴻輝、林則 孟等，1999；吳鴻輝、吳滄浩，2003；林明華、張維新等，2001），因此本研究將應用限制驅 導式管理系統(DBR)來解決組立(Cell)製程生產的排程問題。首先說明如何設計瓶頸排程

(Drum)，其次說明組立廠之DBR應用架構，最後以eM-Plant開發一套雛型系統與模擬環境，來 驗證與說明這套技術在組立廠應用之可行性。

貳、文獻探討

TFT-LCD的製造程序包含三大製程，分別為前段列陣(Array)製程、中段面板組立(Cell) 製程及後段模組組裝(Module)製程，其製造流程是將Array工程的TFT基板與CF工程的彩色 濾光片基板進行組合，並在兩者間灌入液晶，接著再與驅動電路與背光板等組裝完成 TFT-LCD，而三大製程間的關聯性如圖1所示，並整理李、林及彭等人對各製之敘述（李俊 昇，2003；林毓淳，2004；彭俊昌，2005）：

圖 1：TFT-LCD 製程關聯圖 (一) TFT Array 製程：

列陣(Array)製程與半導體製程極為相似，首先須對玻璃基板做清洗動作，接著以 成膜工程（thin film process）來製作薄膜電晶體以及透明電極層，然後再反覆5-7次經 由光阻塗佈、曝光、顯影、蝕刻及光阻剝離等程序，即可產生所須要之線路與元件，

完成TFT基板。

(二) LC Cell Assemly 製程：

將前段列陣(Array) TFT陣列基板與自製或外購的彩色濾光片基板塗佈上配向 膜，並且進行配向工程(摩擦定向)。接著塗上框膠（Seal）於TFT陣列基板四週，並在 基板上散佈5~10µm大小之間隔物（spacer）作為支撐點，完成後將TFT陣列基板與彩 色濾光片基板組合，塗上框膠封合形成空的cell，再注入液晶；然而在液晶注入工程 有兩種不同的製作次序，一為先針對空的cell依最終顯示器產品所須尺寸大小裁切斷 裂片，經檢查後再將液晶以真空方式注入兩基板之間並加以封合；二為先加工液晶注 入工程，封合後再依最終顯示器產品所須尺寸大小進行裁切斷片工程。最後在其外層 貼附偏光板並進行檢查，即完成LCD面板。

(三) LC Module Assemly 製程：

將Cell段製程完成的LCD面板與驅動IC、印刷電路板（PC Board；PCB）連接，

並與背光源（backlight module）、框架（frame）…等進行組裝，再經由產品最終檢驗 測試，即完成薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)。

二、組立廠加工步驟說明

在面板組立廠中，其加工步驟是由許多平行工作站所組成，且呈現流線型生產模式；

若依工作站加工特性來區分的話，則可分為前段序列工作站、中段批量工作站與後段序列 工作站。序列工作站是指該站機台一次僅能加工一個工件，而批量工作站則是指該站機台 一次可加工一群工件，即該群工件的開始加工時間與結束時是一樣的。然而在面板組立製 程中，前段序列製程包含一次切割研磨、配向膜塗佈、配向處理及基板組合，而中段批量 製程包含高溫壓合、真空回火、液晶注入及封口等，至於後段序列製程則包含二次切割裂

TFT Array (

)

TFT

Color

LC(Cell)

LCM(Module)

TFT-LCD

片、磨邊貼附(偏光板)及檢查等。下列將依序對Cell各製程做詳細的說明。液晶面板組立製 程如圖2所示：

(一) 一次切割研磨(1^st Scribe & Grinding)

將大尺寸的CF與Array TFT基板切割為欲生產之尺寸，然後進行基板研磨，使切 割裂片後的玻璃截面平滑，以避免尖銳面傷害後製程設備；接著洗淨玻璃基板，去除 表面上之玻璃粉屑。

(二) 配向膜塗佈(PI Printing)

首先將玻璃基板洗淨，以助於膜能均勻地附著在基板上；接著在CF與TFT基板上 塗一層配向膜，以提供液晶分子在面板內所需的配向及預傾角基材(如印刷機原理)；

最後進行烤乾硬化，方便配向製程，使基板在灌入液晶時液晶分子能依所規定的角度 排列。

(三) 配向處理(Rubbing)

用滾筒的方式將塗佈後的CF與TFT基板表面上研磨出供液晶定向之溝紋，使灌入 液晶時液晶分子能依照特定角度整齊排列於基板間。

(四) 間隔劑散佈(Spacer)

將間隔劑均勻地灑在TFT基板上，作為彩色濾光片與TFT基板間隙的支撐，使液 晶灌入後面板中間不會呈現塌陷。然而有些彩色濾光片在購入時已有間隔劑，故TFT 陣列基板不需要有這道製程。

(五) 框膠塗佈(Seal)

塗極細的框膠於彩色濾光片的四周，便於彩色濾光片與TFT基板在組立階段時能 貼合，以隔絕外部的水和空氣，且防止注入液晶時有漏出之現象發生。

(六) 基板組合(Cell Assembly)

在TFT基板四周打上UV膠，並將兩片基板進行貼合，並利用基板上之精準對位組 合避免上下兩片基板位置偏移。

(七) 高溫壓合(Hot Press)

硬化基板間之框膠，使彩色濾光片與TFT基板密合，並且做為日後防止外物侵入 液晶的界面。

(八) 真空回火(Vacuum Annealing)

利用高溫真空下，將基板之間的空氣、水氣抽光，以利液晶灌入。液晶注入(LC Injection)，透過真空原理自動吸入液晶分子於面板間，藉由毛細現象讓面板自行充滿 液晶分子，如此一來即完成液晶注入製程。

(九) 封口(End Seal)

注入液晶後在面板開口處以UV膠進行封口，以防止液晶外漏。

(十) 二次切割裂片(2^nd Scribe)

將已灌入液晶之TFT-LCD切割至所需尺寸，並把要貼附驅動IC(主要功能是輸出需 要的電壓至像素，以控制液晶分子的扭轉程度)的電極外露。

(十一) 磨邊貼附(Grinding & Lamination)

平坦化切割裂片後的玻璃截面，以避免後製程設備受到工件尖銳的截面傷害，並 將相差九十度的偏光片貼在LCD面板的上下兩面。

(十二) 檢查(Test)

檢查已完成的LCD面板是否有不良品。

圖 2：液晶面板組立製程圖 三、組立廠機台加工特性

本文藉由整理李、林及彭等人對面板組立製程之加工特性（李俊昇，2003；林毓淳，

2004；彭俊昌，2005），且透過與業界人士的訪談後，將組立製程之加工特性整理如下所述：

(一) Cell 前段製程呈現兩流線型的生產環境，分別對彩色濾光片與 TFT 基板進行加工作 業，而到了基板組合站時必須同時存此兩種物料才能加工此作業，否則將無法順利進 行。

(二) 某些工作站與工作站之間存在著等候時間的限制，例如：面板在真空回火站加工完畢 後至液晶注入站之間，必須在一定時間內完成加工作業，否則面板將面臨報廢。

(三) 組立廠中之機台加工情形包含了序列式與批量式，因此會有不同類型的排程問題。例 如：高溫壓合、真空回火、液晶注入、封口等製程皆屬於批量式機台(Batch Machine)，

若無法發展出適合的集批筞略，將可能造成系統績效的降低。

(四) 各批量機台可加工的最大批量單位不同，例如：高溫壓合機台一次最多可同時加工 3 個 Cassette(Cell 廠中裝置 Panel 的容器)，而每個 Cassette 可裝載 24 片面板；真空回火

一次切割研磨 (1^stScribe & Grinding)

TFT 陣列基板

一次切割研磨 (1^stScribe & Grinding)

彩色濾光片

配向膜塗佈 (PI Printing) 配向膜塗佈

(PI Printing) 配向處理 (Rubbing)

配向處理 (Rubbing) 間隔劑散佈

(Spacer)

框膠塗佈 (Seal)

基板組合 (Cell Assembly)

高溫壓合 (Hot Press)

真空回火 (Vacuum Annealing)

液晶注入 (LC Injection)

封口 (End Seal) 二次切割裂片

(2nd Scribe) 磨邊貼附 (Grinding &

檢查 (Test) LCD 面板完成