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碩 士 論 文 中 華 大 學

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中 華 大 學 碩 士 論 文

題目:限制驅導式現場排程於 TFT-LCD 組立 廠瓶頸機台排程之應用

Scheduling of TFT-LCD Cell plants Using Drum-Buffer-Rope Systems

系 所 別:科 技 管 理 研 究 所 學號姓名:M09303018 楊 淳 正 指導教授:吳 鴻 輝 博 士

中華民國九十五年十一月

(2)

限制驅導式現場排程於 TFT-LCD 組立廠瓶頸機台 排程之應用

學生:楊淳正 指導教授:吳鴻輝博士

摘 要

近幾年來,面板(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)普 遍的被應用在顯像產品上,如筆記型電腦、液晶監示器及液晶電視等等。不 論其生產尺寸為何,製造流程皆包含三大部分,分別為前段陣列製程、中段 組立製程及後段模組製程。由於在全球產能增加的激烈競爭環境下,國內面 板廠已開始運用各種不同的方案來降低產品的生產週期時間以提升快速回應 市場的製造管理能力。其中在組立製程內必須考量到兩物料在組裝時是否能 成套到齊方能順利進行貼合,而組裝前各站之製程特性皆為多機台及換線時 間長,若機台分配不均或換線次數過多時皆會造成兩物料產出不平均(不成 套)而影響組裝的進行,甚致會影響整廠的產出,因此 立廠管理得當與否 顯得格外重要。為了因應此課題本文提出一個客制化的限制驅導式現場排程 系統(Drum-Buffer-Rope, DBR)來提升組立廠快速回應市場的製造管理能力。

DBR 排程方法是一套架構在限制理論基礎上而用來解生產製造問題的現場 管理機制,現今已廣泛的被應用在不同的製造業上,並且相當成功。儘管如 此,在應用這套方法時,仍必須根據製造廠的特性與需求來對方法進行客製 化的修正才能適用於不同的製造環境上。因此本文提出客制化的 DBR 排程系 統來改善組立廠的生產週期時間。首先依照組立廠的需求與特性提出客制化 的限制驅導節奏演算法,其次再以一組立廠案例來說明這套演算法之應用,

最後再以 eM-Plant 模擬語言開發一套雛形系統來說明本文所提出的面板組立 廠客制化 DBR 排程系統的可行性。

關鍵詞:限制驅導式現場排程、面板組立廠、平行機台排程

(3)

Scheduling of TFT-LCD Cell Plants Using Drum-Buffer-Rope Systems

Student : Chun-Cheng Yang Advisor : Horng-Huei Wu Abstract

Thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) manufacturing process consists of three basic process stages: Array process, Cell process and Module process. Under stringent competition due to increasing global capacity, the TFT-LCD plants in Taiwan initiate different programs to enhance their market responsiveness by reducing the cycle time (CT). In this thesis, a customized Drum-Buffer-Rope (DBR) Systems for Cell plants is proposed to enhance their market responsiveness. The DBR method is the production application of Theory of Constraints, a global managerial methodology that helps the manager to concentrate on the most critical issues. The DBR methodology is now being implemented by a growing number of manufacturing organizations. Although the DBR system have been successfully implemented in some manufacturing plants, the detailed design rule or applications must be customized based on the special characteristics and requirement of different manufacturing environments. A customized DBR method for TFT-LCD Cell process is thus proposed in this thesis based on its specific domains to improve its CT. A detailed exploration of the required customization of drum design algorithm in this method is first presented.

A Cell plant case is then utilized to explain this algorithm. A prototype is finally provided by using the eM-Plant simulation model to demonstrate the significance and feasibility of this proposed customized DBR scheduling system for TFT-LCD Cell process.

keywords: Drum-Buffer-Rope(DBR), TFT-LCD Cell plant, Parallel machine scheduling

(4)

誌 謝

研究所兩年多以來,承蒙指導教授吳鴻輝博士耐心、悉心的指導,不僅 在研究上不辭辛勞的諄諄教悔,在待人處事與應對進退方面更是身教言教並 行,甚至在生活上不斷給予學生支持與鼓勵。

本篇論文的完成,感謝蔡志弘博士及陳文欽博士等口試委員於百忙之中 撥空指導,提供諸多寶貴意見,使得本論文得以更加完善。在研究期間,感 謝巫文鋒學長與陳慶隆學長對於面板資訊的提供與協助,並感謝同窗好友正 任、伯元及揚志在生活上的關懷與幫助,以及感謝學弟妹黛萍、昇宏在研究 上的幫忙。

最後要感謝我的父母親與家人,在我求學期間的照顧與鼓勵,並在我最 辛苦的時候給我最大的包容與關心。在此僅以本論文獻給曾經關心、照顧我 的師長、同學、朋友以及家人。

楊淳正 謹識於中華科管所 中華民國 95 年 11 月 27 日

(5)

目 錄

摘 要... i

Abstract ... ii

誌 謝... iii

目 錄... iv

圖目錄... vi

表目錄... viii

第一章 緒論... 1

1.1 研究背景與動機... 1

1.2 研究目的... 2

1.3 研究範圍與限制... 3

1.4 研究步驟... 4

第二章 文獻探討... 6

2.1 面板製程簡介... 6

2.2 組立製程敘述... 6

2.3 組立製程特性... 13

2.4 組立廠生產型態... 14

2.4.1 生產計劃... 15

2.4.2 機台配置... 17

2.4.3 投料模式... 18

2.4.4 機台派工模式... 19

2.4.5 績效評估指標... 19

2.5 面板組立廠相關文獻... 20

2.6 限制驅導式排程方法 DBR(Drum-Buffer-Rope) ... 21

2.7 平行機台排程相關文獻... 21

2.8 緩衝時間(Buffer Time)的決定 ... 26

第三章 模式構建... 28

3.1 問題定義與分析... 28

3.2 研究架構... 28

3.3 決定瓶頸與緩衝值的設定... 29

3.4 分批(batch)與 Drum 的設計 ... 32

3.5 投料計劃... 38

3.6 範例說明... 38

第四章 排程系統實作... 55

4.1 排程系統環境說明... 55

4.2 系統限制與假設... 55

(6)

4.3 排程系統... 57

4.3.1 輸入資訊... 58

4.3.2 輸出資訊... 59

第五章 結論與未來研究方向... 65

5.1 結論... 65

5.2 未來研究方向... 65

參考文獻... 67

(7)

圖目錄

圖 1.1 面板之主要製程... 1

圖 1.2 研究範圍... 3

圖 1.3 研究流程圖... 5

圖 2.1 組立廠製程分解示意圖... 7

圖 2.2 面板組立製程... 7

圖 2.3 配向膜塗佈示意圖... 8

圖 2.4 配向處理示意圖... 9

圖 2.5 配向處理結果示意圖... 9

圖 2.6 間隔劑散佈示意圖... 9

圖 2.7 框膠塗佈示意圖... 10

圖 2.8 對位組合示意圖... 10

圖 2.9 高溫壓合示意圖...11

圖 2.10 液晶注入方式示意圖...11

圖 2.11 封口示意圖... 12

圖 2.12 切割裂片示意圖... 12

圖 2.13 偏光片貼附示意圖... 13

圖 2.14 面板之生產策略... 15

圖 2.15 日產出計劃資訊獲得示意圖... 17

圖 2.16 前段序列機台派工次序... 19

圖 3.1 組立廠系統架構圖... 29

圖 3.2 機台產能與計劃量示意圖... 32

圖 3.3 計劃量分批示意圖... 33

圖 3.4 演算法流程圖... 37

圖 3.5 機台配置結果... 52

圖 3.6 機台 4 排程結果... 53

圖 4.1 DBR 排程系統 ... 57

圖 4.2 日產出計劃(2006/1/6 至 2006/1/12) ... 58

圖 4.3 機台相關資訊... 58

圖 4.4 日產出計劃排序... 59

圖 4.5 機台 4 排程結果... 60

圖 4.6 排定 TFT 與 CF 基板加工順序... 60

圖 4.7 十四吋基板的投料計劃... 61

圖 4.8 十五吋基板的投料計劃... 61

圖 4.9 十七吋基板的投料計劃... 62

圖 4.10 十九吋基板的投料計劃... 62

(8)

圖 4.11 十四吋基板的投料計劃(新日產出計劃)... 63

圖 4.12 十五吋基板的投料計劃(新日產出計劃)... 63

圖 4.13 十七吋基板的投料計劃(新日產出計劃)... 64

圖 4.14 十九吋基板的投料計劃(新日產出計劃)... 64

(9)

表目錄

表 2.1 批量製程間等候時間限制... 14

表 2.2 批量工作站製程數量... 14

表 2.3 月預測需求量... 16

表 2.4 日產出計劃... 16

表 2.5 日投料計劃... 16

表 2.6 各工作站機台換線時間... 17

表 2.7 各工作站配置機台數... 18

表 2.8 各產品投料時間表... 18

表 2.9 平行機台排程文獻探討... 24

表 3.1 各站機台加工資訊... 29

表 3.2 各站產能與換線次數資訊... 30

表 3.3 理想完工時間... 34

表 3.4 日產出計劃之排序... 34

表 3.5 製程資訊... 38

表 3.6 日產出計劃... 38

表 3.7 機台在製品數... 38

表 3.8 各產出計劃的理想完工時間... 39

表 3.9 日產出計劃的排序... 39

表 3.10 配向膜塗佈機台資訊... 39

表 3.11 日產出計劃資訊... 40

表 3.12 配向膜塗佈機台資訊... 40

表 3.13 日產出計劃的排序... 40

表 3.14 配向膜塗佈機台資訊... 41

表 3.15 日產出計劃資訊... 41

表 3.16 配向膜塗佈機台資訊... 41

表 3.17 日產出計劃的排序... 41

表 3.18 配向膜塗佈機台資訊... 42

表 3.19 日產出計劃資訊... 42

表 3.20 配向膜塗佈機台資訊... 42

表 3.21 日產出計劃的排序... 42

表 3.22 配向膜塗佈機台資訊... 43

表 3.23 日產出計劃資訊... 43

表 3.24 配向膜塗佈機台資訊... 43

表 3.25 日產出計劃的排序... 44

表 3.26 配向膜塗佈機台資訊... 44

(10)

表 3.27 日產出計劃資訊... 44

表 3.28 配向膜塗佈機台資訊... 45

表 3.29 日產出計劃的排序... 45

表 3.30 配向膜塗佈機台資訊... 45

表 3.31 日產出計劃資訊... 46

表 3.32 配向膜塗佈機台資訊... 46

表 3.33 日產出計劃的排序... 46

表 3.34 配向膜塗佈機台資訊... 46

表 3.35 日產出計劃資訊... 47

表 3.36 配向膜塗佈機台資訊... 47

表 3.37 日產出計劃的排序... 47

表 3.38 配向膜塗佈機台資訊... 48

表 3.39 日產出計劃資訊... 48

表 3.40 配向膜塗佈機台資訊... 48

表 3.41 日產出計劃的排序... 48

表 3.42 配向膜塗佈機台資訊... 49

表 3.43 日產出計劃資訊... 49

表 3.44 配向膜塗佈機台資訊... 49

表 3.45 日產出計劃的排序... 49

表 3.46 配向膜塗佈機台資訊... 50

表 3.47 日產出計劃資訊... 50

表 3.48 配向膜塗佈機台資訊... 50

表 3.49 日產出計劃的排序... 51

表 3.50 配向膜塗佈機台資訊... 51

表 3.51 日產出計劃資訊... 51

表 3.52 配向膜塗佈機台資訊... 52

表 3.53 各機台 Drum 推導的投料時間 ... 53

表 3.54 投料計劃... 54

表 4.1 配向膜塗佈機台製程資訊... 55

表 4.2 月需求量... 56

(11)

第一章 緒論

1.1 研究背景與動機

近幾年來,薄膜液晶顯示器或面板(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD)普遍的被應用在顯像產品上,如筆記型電腦、液晶監示器 及液晶電視等等,由於在產品的特色上,面板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 面板成為往後光電產業中具有競爭優勢的產品。也因為如此面板在市場上的 需求量不斷地成長,遂已成為台灣現今光電產業中發展的重心。

目前全球市場對於面板的需求與日巨增,根據 DisplaySearch 所做的統計 與預估,2003 至 2008 年面板的年需求複合成長率達 24.4%,因此各個面板 製造廠商皆努力投資各世代廠以搶占市場需求【5】。各世代廠房主要的差別 就在玻璃基板的尺寸,而面板就是從大片玻璃基板去切割而成的產品。越新 世代的廠房,其玻璃基板越大,因此可切割出更多片面板,以提高產能降低 成本、或是可以生產出更大尺寸的面板(例如液晶電視面板)。

不論其生產尺寸的大小為何,面板製造流程皆需經過三大主要製程:前 段陣列製程及自製或外購的彩色濾光片製程、中段組立製程和後段模組製 程,如圖 1.1 所示。

圖 1.1 面板之主要製程 彩色濾光片廠

BM RGB ITO

組立廠

CF基板

Assembly Scribe

IC,PCB

模組廠

陣列廠

由玻璃基板、黑色矩 陣、彩色層、保護層及 ITO 導電膜所組成

類似半導體製程,相異 的是將薄膜電晶體製作 於玻璃基板上

將前段製程的 TFT 與 CF 基板進行組合,並在兩者 間灌入液晶再切割成所 需的尺寸

Pannel

Assembly

Burn In

將組立製程的 LCD 面 板與其他如背光板、電 路、外框等多種零組件 組裝的生產作業 黃光 蝕刻 去光阻

5至7次 Glass

Glass WIP

WIP

WIP TFT基板

(12)

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。

就陣列廠而言,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 至 8 天。彩色濾光片廠則是以流線型生產線進行生產,

由於紅、綠及藍之彩色濾光層製程換線時間較長,約 3 至 10 小時,因此會有 將類似產品併在一起生產以減少換線時間的問題,這一製程的製造時間大約 需要 6 天。而模組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,此製程時間很短,約 8 個小時。至於組立廠,由於具備前 兩大製程(陣列基板與彩色濾光片)產物進行組合的特性,且製造時間約需 要 3 至 5 天,所以在組立廠中之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較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現場在製品數(Work In Process, WIP)及生產週期時間(Cycle Time, CT)的增加,使產出受到影響。且 廠中各站機台的換線時間很長若管理不當也將會導致現場在製品數及生產週 期時間的增加,其不僅會影響組立廠的產出,甚致會影響到整個面板的總產 出。

由於在全球產能增加的激烈競爭環境下,國內面板廠已開始運用各種不 同的方案來降低產品的生產週期時間以提升快速回應市場的製造管理能力。

其中在組立製程內又必須考量到兩物料在組裝時是否能成套到齊方能順利進 行貼合,而組裝前各站之製程特性皆為多機台及換線時間長,若機台分配不 均或換線次數過多時皆會造成兩物料產出不平均(不成套)而影響組裝的進 行,甚致會影響整廠的產出,因此 立廠管理得當與否顯得格外重要。為了 因應此課題本研究將針對面板產業中之組立製程進行研究與分析,並提出一 套面板組立廠之客制化限制驅導式現場排程(Drum-Buffer-Rope, DBR)系統來 規劃瓶頸站之生產計劃以滿足組立廠之需求,並提供與瓶頸同步化的投料計 劃以作為管理者之參考。

1.2 研究目的

由於 DBR 管理系統已廣泛地被應用在各產業上,且在產品週期時間與在 製品數上能夠有效的縮短與降低,而 DBR 中的投料計劃(Rope)可更進一步規 劃出原物料投入時間點的投料執行計劃。因此為了因應面板組立廠現場存在 的兩物料組裝配合問題、平行機台問題以及機台換線時間長問題等,本研究 將應用 DBR 管理系統來對組立廠之瓶頸工作站作細部的排程規劃,以達到下 列的目的:

一、設計一套組立廠客制化的瓶頸排程系統。

二、以瓶頸生產節奏來規劃投料計劃。

(13)

1.3 研究範圍與限制

本研究的範圍是界定在獲得日產出計劃下,系統每週進行一次重排程,

針對計劃量進行分批並指派至組立廠瓶頸各機台上加工。再依照各機台擁有 的生產節奏(Drum)來推導出投料計劃,如圖 1.2 所示。

圖 1.2 研究範圍

為了能反映問題的研究核心與降低研究環境的複雜度,本研究將界定在 下述的假設與限制下進行討論:

一、本文所研究的組立廠為五代廠。

二、陣列(TFT)基板與彩色濾光片的供料充足,不會造成組立廠有缺料的情形 發生。

三、日產出計劃的尺寸、數量及交期均為已知。

四、各機台每日加工 24 小時不間斷,且不存在故障與維修等問題。

日產出計劃

分批與機台配置

排程 Drum 月計劃

投料計劃

組立廠

本研究範圍

(14)

1.4 研究步驟

為了達到上述之研究目的,本研究將依照下列的步驟流程來進行,步驟 如下所述,流程圖如圖 1.3 所示:

一、文獻回顧

由於本研究所探討的為面板產業,故需收集該產業之相關研究;而組立 廠內之機台又屬於平行機台,同工作站內存在有多部相同功能之機台,少則 五、六台多至數十台,所以對於排程設計的課題上屬於平行機台排程之問題,

故本研究亦需收集平行機台排程之相關研究;最後,本研究將運用 DBR 機制 的觀念來對組立廠內之瓶頸站設計一套客製化的排程系統,故需對 DBR 機制 的相關文獻進行分析與探討,綜合回顧上述文獻以作為本研究之理論基礎。

二、問題的定義與分析

藉由與現場人員多次進行訪談,了解 立廠的製程特性與管理模式,分 析廠內現有存在的問題以釐清研究方向,並對研究中所探討的範圍作一適切 的定義。

三、面板組立廠瓶頸排程之設計

針對組立廠之需求與管理模式,設計一套組立廠的客製化 DBR 排程系 統,並依排程結果推導出與瓶頸同步之投料計劃。

四、排程系統實作

利用 eM-Plant 模擬軟體建構 DBR 排程系統,並進一步推導出投料計劃 來達到與瓶頸排程(Drum)同步化之效果。

五、結論與未來研究方向

根據研究結果作出結論,並針對不足之處提供未來可延伸探討的方向與 建議。

(15)

圖 1.3 研究流程圖

研究背景與動機

研究目的

面板組立廠 相關文獻

平行機台排程 相關文獻

DBR 排程 相關文獻

問題定義與分析

組立廠 瓶頸排程之設計

排程系統實作

結論與

未來研究方向

(16)

第二章 文獻探討

2.1 面板製程簡介

面板的製造程序包含三大製程,分別為前段陣列製程、中段組立製程及 後段模組製程,其製造流程是將陣列工程的 TFT 基板與 CF 工程的彩色濾光 片(CF 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 等組裝完成薄膜液晶顯示器或面板。

陣列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 以成膜工程來製作薄膜電晶體以及透明電極層,然後再反覆5至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。

組立製程是將前段陣列製程的TFT基板與自製或外購的彩色濾光片(CF 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) 於彩色濾光片四週,並在TFT基板上散佈間隔物(spacer)作為支撐點,完成後 將TFT基板與彩色濾光片進行組合,在兩基板間注入液晶及封口,之後再依 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片 並進行檢查,即完成LCD面板。

模組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)等零組件進行組裝,

之後再經由產品最終檢驗與測試,即完成了產業最終產品薄膜液晶顯示器或 面板。

2.2 組立製程敘述

在組立廠中,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,即該群工件加工 的開始時間與結束時間是一樣的。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

(17)

割裂片、磨邊貼附(偏光片)及檢查等,如圖 2.1 所示。

圖 2.1 組立廠製程分解示意圖

液晶面板組立製程如圖 2.2 所示。下列將對組立廠各製程做詳細的說明。

圖 2.2 面板組立製程 一次切割研磨

(1st Scribe & Grinding)

TFT 陣列基板 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) 貼附偏光片

(Grinding & Lamination)

檢查 (Test) LCD 面板完成 CF

TFT

研 磨

配 向 膜

配 向

組 裝

壓 合

真 空

注 入

封 口

二 切

檢 查 偏 光 板

LCD 面板

序列式機台 批量式機台 序列式機台

(18)

一、一次切割研磨(1st Scribe & Grinding)

將前段陣列製程與 CF 製程所產出大尺寸的 TFT 基板與彩色濾光片 切割為欲生產面板之尺寸,並對基板四邊進行研磨,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,以去 除表面上之玻璃粉屑。然而在五代廠後(包含五代廠)已無一次切割製 程(僅研磨)了,均是以大基板進行加工,直至二次切割製程才切割成 所欲生產面板之尺寸。

二、配向膜塗佈(PI Printing)

首先洗淨玻璃基板的表面,以助於膜能均勻地附著在基板上;接著 在彩色濾光片與 TFT 基板上塗一層配向膜,目的在於提供液晶分子在面 板內所需的配向及預傾角基材(就如同印刷機的原理),如圖 2.3 所示;

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。

圖 2.3 配向膜塗佈示意圖 資料來源:【2】

三、配向處理(Rubbing)

運用滾筒的方式在塗佈後的彩色濾光片與 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。加工的原理是將配向毛布(如羊毛布)包附滾筒的表面,將滾筒 滾過玻璃基板上的配向膜,以形成預傾角供液晶分子定向排列之用,如 圖 2.4 所示,配向處理之結果如圖 2.5 所示。

配向液

TFT,CF 轉印輪

凸版

(19)

圖 2.4 配向處理示意圖 資料來源:【2】

圖 2.5 配向處理結果示意圖 資料來源:【2】

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,使兩基板在組合後有液晶灌入的空間存在,也可避免面板在製 造過程中因高溫壓合後而造成面板中間塌陷或變形之情形發生,加工方 式如圖 2.6 所示。然而有些彩色濾光片在購入時已有間隔劑了,故此時 TFT 陣列基板不需要有這道製程。

圖 2.6 間隔劑散佈示意圖 資料來源:【2】

噴頭

間隔劑

TFT基板 R,G,B +透明電極 經配向處理後之配向膜

玻璃基板

液晶分子 毛布

滾筒

玻璃基板

移動方向 移動方向

(20)

框膠

CF基板

框膠塗佈順序

上玻璃基板對位記號

下玻璃基板對位記號 五、框膠塗佈(Seal)

在兩基板組合前,塗上封合劑於彩色濾光片的四周,使彩色濾光片 與 TFT 基板在組合階段時能貼合,提供上下基板組合後的結合力並形成 邊界,可以用來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,如圖 2.7 所示。封合劑方面可分為兩種,一為使用環氧樹脂(Epoxy) 的網版印刷(Screen)法,一為使用分散劑(Dispenser)的直接畫(微影)法。

圖 2.7 框膠塗佈示意圖 資料來源:【2】

六、基板組合(Cell Assembly)

在完成間隔劑散佈與框膠塗佈後,接著將 TFT 基板與彩色濾光片進 行貼合。一般而言,在兩基板貼合時皆會預先做記號,並依記號將 TFT 基板與彩色濾光片精準對位組合,以避免組合後兩片基板位置偏移,如 圖 2.8 所示。

圖 2.8 對位組合示意圖 資料來源:【2】

(21)

七、高溫壓合(Hot Press)

利用高溫硬化基板間之框膠,使彩色濾光片與TFT基板更為密合,

並且做為日後防止外物侵入液晶的界面,如圖2.9所示。

圖2.9 高溫壓合示意圖 資料來源:【2】

八、真空回火(Vacuum Annealing)

利用加熱與抽真空方式將框膠內殘留之溶劑及水氣移除,避免液晶 注入後,在框膠邊產生小氣泡之現象。

九、液晶注入(LC Injection)

利用毛細現象與壓力差之原理,使液晶材料完全填充於兩基板之 中。注入的方式可分為五種,分別為浸漬法、表面張力法、滴入法、滴 下組合法及排氣注入法,如圖 2.10 所示。

圖 2.10 液晶注入方式示意圖 資料來源:【2】

加壓治具 玻璃基板 加熱

加熱爐 加熱

加壓

加壓

浸漬 表面張力 滴入

滴下組合 排氣注入

(22)

十、封口(End Seal)

注入液晶完成後,利用 UV(ultraviolet)膠作為封口之原料,並經由 UV 燈光照射使封口 UV 膠硬化成形,達到液晶材料注入口封止之效果,

以防止液晶外漏,如圖 2.11 所示。

圖 2.11 封口示意圖 資料來源:【2】

十一、二次切割裂片(2nd Scribe)

將已灌入液晶之基板切割至所欲生產尺寸的面板,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,如圖 2.12 所示。

圖 2.12 切割裂片示意圖 資料來源:【2】

割輪行進方向 割輪

欲斷裂部位 施壓位置

矽膠壓條 已切割之缺口

裂片 切割

液晶 分子

移動 UV膠 方向

液晶分子 UV膠

UV光源

(23)

十二、磨邊貼附偏光片(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,並於 LCD 面板的上下兩面貼上相差九十度的偏光片,成為液 晶顯示器面板,如圖 2.13 所示。

圖 2.13 偏光片貼附示意圖 資料來源:【2】

十三、檢查(Inspection)

檢查已完成的 LCD 面板是否有不良品,並依照產品品質來劃分面板 之等級。

2.3 組立製程特性

本研究藉由整理李俊昇、林毓淳及彭俊昌等人對面板組立製程加工特性 的敘述,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

【1、4、6】:

一、同一工作站內之各機台均為相同(Identical)平行機台,也就是相同工件在 同一工作站內之各機台上加工時間皆相等。

二、工件所需的製程不會因加工尺寸的不同而有所不同,即任何尺寸的工件 皆有相同的加工途程。

三、組立前段製程需分別對彩色濾光片與 TFT 基板進行加工作業,而到了基 板組合站時兩物料必須成套到齊才能順利貼合,否則將無法進行後序作 業。

四、組立製程可分為前段序列、中段批量與後段序列等工作站。序列工作站 壓輪

膠帶

保護膠膜 膠帶導輪

面 板 面板移動方向

(24)

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,因 此存在著不同類型的排程問題。

五、某些製程之間存在著等候時間的限制,例如:在彩色濾光片與 TFT 基板 分別執行完框膠塗佈與間隔劑散佈後,必須馬上進行基板貼合工程,否 則面板將會面臨報廢。而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,否則面板的品質將受到影響,各批量 製程間的等候時間限制如表 2.1 所示。

六、組立製程中各批量機台可加工的最大批量單位皆不同,例如:高溫壓合 機台一次最多可同時加工 6 個卡匣(組立廠中裝置的容器),而每個卡匣 內可裝載 24 片面板,如表 2.2 所示。然而各批量機台須滿載時才可以進 行加工。

表 2.1 批量製程間等候時間限制

批量工作站→批量工作站 等候時間限制 高溫壓合→真空回火 8(hr)

真空回火→液晶注入 12(hr)

液晶注入→封口 24(hr)

表 2.2 批量工作站製程數量

工作站 高溫壓合 真空回火 液晶注入 封口

製程數量 144 (片)

384 (片)

192 (片)

72 (片) 七、製程中批量工作站的加工時間長約佔組立製程 70%,如液晶注入(LC

injection)需要約 8 小時加工時間,若未妥善控管將導致產品生產週期時 間增加。

八、各機台在加工期間不得進行插件或換件。

九、機台加工不同尺寸工件時,需進行換線(setup),其中以配向膜塗佈站(PI Print)與液晶注入站換線時間最長,為 2 小時。在製程中應盡量減少換線 次數,否則將會影響組立廠的產出量。

2.4 組立廠生產型態

雖然面板產業是由三大製程(陣列、組立、模組)所組成,但各製程間 卻有著不同的目標。由於面板的總製程時間很長,而前後段製程時間長短差 異又很大,例如陣列廠需要約 5 至 8 天而模組廠則只需要一天,面板廠為了

(25)

降低存貨風險與提升訂單的反應速度,因此在後製程的模組廠採接單式 (Make to Order, MTO)生產策略,以降低成品存貨之風險。而前中段製程的陣 列廠與組立廠則採計畫式生產(Make to Stock, MTS)策略,以提升產出與出貨 反應速度,如圖 2.14 所示。

圖 2.14 面板之生產策略

計劃式生產(MTS):依市場需求預測來訂定需求計劃,以排定生產計劃、

主生產排程及物料與產能計劃進行生產。當接到顧客訂單時,以工廠存貨來 滿足訂單需求,此生產型態的優點在於能滿足訂單前置時間短之情形;缺點 為必須承擔存貨成本的壓力與預測不準的風險。

接單式生產(MTO):依顧客所定成品之訂單進行製造,對於訂單內組成 產品的原料及零組件規劃生產排程。此生產型態的優點為可因應顧客所需產 品規格進行生產,將存貨減至最低;缺點為前置時間較長。

由於 MTS 生產策略是以存貨來滿足客戶訂單之需求,其優點是能降低訂 單等候時間與透過計畫性生產來減少瓶頸機台換線而增加產出,但缺點卻是 有存貨積壓之風險。就組立廠而言,除了應減少瓶頸機台換線外,亦需考慮 彩色濾光片及陣列製程的供料狀況;而在廠內的前段序列製程必須考慮兩基 板的生產數量,避免單一基板產量過高而導致無法順利進行後段製程作業,

故在機台的派工上顯得格外重要,機台派工得當與否將會影響整廠的產出與 產品的週期時間。下列針對組立廠之生產模式加以說明:

2.4.1 生產計劃

在規劃模式中可分為三個時段,首先為長期,經由業務部門彙總各個客

PUSH(MTS) PULL(MTO)

彩色濾光片

BM RGB ITO

組立廠

CF基板

TFT基板

Assembly Scribe

IC, PCB

模組廠

陣列廠

Pannel

Assembly

Burn In

黃光 蝕刻 去光阻 5至7次 Glass

Glass

WIP

WIP

WIP

(26)

戶的需求預測,並將各產品之預測結果轉為月預測需求量。在中期產銷計劃 時,根據月預測需求量及關鍵性物料供應商的中期供料時程計劃,以滿足預 測需求為目標,排定月生產計劃以代表未來每月的備料與產出計劃,規劃時 程為 6 個月。物管部門依此計劃進行關鍵性物料採購作業,並將未來的物料 需求預測資訊傳遞給供應商作為備料的參考。至於短期規劃時,主生產排程 會承接上層的月生產計劃(即中程產銷計劃),將每個月的計劃投入與產出量 利用平準化方式展開以成為組立廠的每日的投料與產出計劃【3】。以下用一 範例說明組立廠的規劃流程。假設目前時點為 3 月份,欲規劃 4 月份的短期 生產計劃。4 月份各產品之預測需求量如表 2.3 所示(一卡匣為 24 片面板,

為未切割之面板),工作天數為 30 天,以平準化方式展開,將 4 月份各產品 計劃產出量除以 30 天得到日產出計劃如表 2.4 所示,再回推生產週期時間(4 天)後得到日投料計劃如表 2.5 所示。

表 2.3 月預測需求量 (單位:卡匣)

月份 14 吋 15 吋 17 吋 總量

一 2,604 3,627 1,116 7,347

二 2,856 2,520 1,260 6,636

三 2,976 3,069 1,302 7,347

四 3,600 2,430 990 7,020

五 2,232 1,116 3,999 7,347

: : : : :

表 2.4 日產出計劃 (單位:卡匣)

產品 4/1 4/2 4/3 4/4 4/5 4/6 4/7 4/8 4/9 4/10 … 14 吋 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 … 15 吋 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 … 17 吋 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 … 表 2.5 日投料計劃 (單位:卡匣)

產品 3/28 3/29 3/30 3/31 4/1 4/2 4/3 4/4 4/5 4/6 … 14 吋 120 120 120 120 120 120 120 120 120 120 … 15 吋 81 81 81 81 81 81 81 81 81 81 … 17 吋 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 …

(27)

對組立廠而言,在日計劃資訊的獲得方面是以一固定時間會收到下一期 的日產出計劃,每期所收到的日產出計劃時間長度為七天,再依產出計劃推 導出日投料計劃。資訊獲得時間為每週五,獲得的資訊為下週五開始為期七 天的日產出計劃,產出交期時點皆為當日早上八點,即 Tnow 時所獲得資訊 為 Tnow+7(天)至 Tnow+13(天)的日產出計劃,如圖 2.15 所示。

圖 2.15 日產出計劃資訊獲得示意圖 2.4.2 機台配置

組立廠內各站機台在改變生產不同尺寸工件時必須進行換線,而各工作 站的換線時間小則二十、三十分鐘,大至一、兩個小時,如表 2.6 所示。若 各站換線次數過於頻繁將會影響整廠的產出而無法達成產出計劃的目標,其 中以配向膜塗佈站(系統瓶頸)的換線次數最為重要。為了解決此問題,組 立廠各工作站機台的配置情形是以日產出計劃的產品比例來分配大概的機台 數量,而當某一尺寸產品達計劃量時,便會進行換線生產另一尺寸產品,以 符合日產出計劃的需求,以此方法來減少現場機台的換線次數。

表 2.6 各工作站機台換線時間 (單位:分鐘)

工 作 站

一 切 磨 邊

配 向 膜

配 向 處 理

組 裝

高 溫 壓 合

真 空 回 火

液 晶 注 入

封 口

二 次 切 割

偏 光 片

檢 查

換 線 時 間

30 120 30 60 0 0 120 20 20 30 0

以上述表 2.5 日投料計劃之資訊可得知,組立廠 3/29 欲投入生產 14 吋、

15 吋及 17 吋三種尺寸面板,產品生產量分別為 120、81 及 33 個卡匣,並依 在 3/31 8:00(五)

接收到 4/7~4/13 的日產出計劃。

4/7 8:00 4/13 8:00 產品

14 吋 15 吋 17 吋

4/7 4/8 4/9 4/10 4/11 4/12 4/13 120 120 120 120 120 120 120

81 81 81 81 81 81 81 33 33 33 33 33 33 33

(28)

照產品生產比例來進行機台生產線的分配,而產品生產比例計萛結果分別為 14 吋=120/234=0.51;15 吋=81/234=0.35;17 吋=33/234=0.14。依比例來配置 各站機台數量,如表 2.7 所示。

表 2.7 各工作站配置機台數 一

切 磨 邊

配 向 膜

配 向 處 理

組 裝

高 溫 壓 合

真 空 回 火

液 晶 注 入

封 口

二 次 切 割

偏 光 板

檢 查

機台數 5 10 12 5 30 8 30 31 20 7 30 14 吋 2 5 6 2 16 4 16 17 10 4 16 15 吋 2 3 4 2 10 3 10 10 6 2 10

17 吋 1 2 2 1 4 1 4 4 4 1 4

由表 2.7 可觀察到,雖然高溫壓合、真空回火站與檢查站有進行機台配 置,但該工作站在加工不同尺寸產品時並不需要換線時間,所以該站機台亦 可隨時轉換加工其他尺寸產品,無侷限在配置之結果,但加工時同一機台內 的集批產品的尺寸必須一致。

2.4.3 投料模式

由於組立廠內每日皆有日投料計劃,故在投料法則上會分別計算出各尺 寸產品的投料間隔時間,並以此固定的間隔時間或頻率來作為投料之依據。

在投料間隔時間的計算上是以日投料計劃的各產品量除以 24 個小時,求得各 產品平均多久投一次料。而為了避免配向膜塗佈站(系統頸瓶)的機台閒置 會將間隔時間再乘以一比例(加速因子)來縮短投料的間隔時間,如 2.1 式 所示。當日投料計劃中的各產品量皆投入系統時,則會停止投料直到次日方 可進行投料動作,以避免現場在製品堆積過多。在投料時物料的選擇方面是 將該投入尺寸產品的 TFT 基板與彩色濾光片一併投入系統中,而每次皆各投 入一卡匣量。假設加速因子為 0.90,以表 2.5 中 3/29 之資訊來估算其各產品 的投料間隔時間,結果如表 2.8 所示。

間隔時間=24(hr)÷日投料量×0.90=1440÷120×0.90=10.8(分鐘) (2.1) 表 2.8 各產品投料時間表 (單位:分鐘)

14 吋 15 吋 17 吋 日

期 日投 料量

間隔 時間

日投 料量

間隔 時間

日投 料量

間隔 時間 3/29 120 10.8 81 15.99 33 39.27

(29)

2.4.4 機台派工模式

在機台配置之後,各產品會固定在其生產線上進行加工作業,而在機台 的派工模式上會依照工作站的加工特性而有所不同。

首先為前段序列製程,由於在組裝站前的配向膜塗佈站與配向處理站 TFT 基板與 CF 基板是採用混線生產模式,而在進行組裝作業時兩基板又必 須成套到齊才能加工。故現場為了避免單一種基板的數量過多之情形發生,

在此兩加工站是以 3:3 卡匣的比例來生產兩基板,也就是先加工 3 卡匣的 TFT 基板之後再加工 3 卡匣的 CF 基板,依此模式交叉生產兩基板,以解決 兩基板數量之問題,如圖 2.16 所示。

圖 2.16 前段序列機台派工次序

在中段批量製程中各工作站皆是以批量來進行加工作業,當機台加工完 畢時會優先選擇同尺寸產品上機台加工,同尺寸產品是以先進先出法則(First in First out, FIFO)作為選擇之依據,以此模式進行機台派工減少非瓶頸站的換 線頻率,避免該站成為另一個瓶頸。而在集批策略上採用滿批進行製程作業,

也就是各站機台必須等待至最大製程批量數才能開始加工。

而在後段序列製程中,由於基板已完成組裝步驟,因此不存在兩基板數 量之問題,並且也沒有集批之問題。故在此製程中各工作站在機台加工完畢 時亦會優先選擇同尺寸產品上機台加工,而同尺寸產品亦是以先進先出法則 (FIFO)作為選擇之依據,以此模式進行機台派工減少非瓶頸站的換線頻率,

避免該站成為另一個瓶頸。

2.4.5 績效評估指標

組立廠每日所追求的是產出計劃的計劃產量,若能達成計劃產出量則表 示有較佳的績效。由於每日各尺寸的產量目標十分重要,所以必要時會換線 生產另一種尺寸以使系統產出能達到目標,以符合計劃之需求。然而每日產 出不一定能符合日產出計劃,所以有時實際產出量會低於計劃產出量,而有

15:12 15:24 15:36 15:48 16:00 16:12 16:24 16:36 時間點

TFT TFT TFT CF CF CF TFT

配向膜站

配向處理站 CF CF CF TFT TFT TFT CF

(30)

時會高於計劃產出量,所以在產量方面是以一段時間的生產量來評估是否有 達到規劃目標,時間長度單位可能是週。

另一績效指標則為生產週期時間(CT),而在週期時間的定義方面是以物 料投入至產出的時間。決定週期時間大小的關鍵在於組裝站,若站前暫存區 內的 TFT 基板與 CF 基板成套到齊的間隔時間能減至最低,兩物料等候組裝 的時間將會減短,相對的生產週期時間也會隨之縮短,組立廠內以此指標來 評估廠內績效,期使將 CT 縮短,以提升產出。

2.5 面板組立廠相關文獻

一般而言,組立廠在現場管理上將會面臨的問題是在組裝站時 TFT 基板 與彩色濾光片這兩種物料必須成套到齊方能進行此作業。由於兩物料在組裝 站前皆必須經過配向膜塗佈站(瓶頸)加工,而配向膜塗佈製程是屬於多機 台且換線時間長(約 120 分鐘),若該站機台分配不均時將會造成配向膜塗佈 站產出這兩種料不平均(不成套)的問題。如果機台換線次數過多亦會造成 配向膜塗佈站產出的這兩種料數量的減少,進而影響組立廠的產出,因此更 加深了排程的複雜性。

在組立廠相關文獻方面,彭俊昌【6】針對組立廠的投料問題進行研究,

提出一啟發式投料方法,以縮短機台的換線時間;其次提出配向工程機台 (Rubbing)的啟發式派工法則,目的是要使基板在滿足等候時間的限制下順利 進行貼合。蔡秉宏【7】則提出組立廠的產能配置模式,以線性規劃模式求出 在最大化產出下的瓶頸站各機台每期產品加工數量與順序表,其次再依瓶頸 站的產出,進一步求出非瓶頸機台之最佳機台配置。李俊昇【1】則針對組立 廠的批量製程,包含從組立產出為起點到封口之批量工作站,提出一套同步 化集批法則,考慮了瓶頸機台最小可換線次數與非瓶頸機台的產能換線程 度,其目的要使數個連續批量工作站間能達到平穩的生產。本研究將運用限 制驅導式排程方法針對瓶頸工作站作細部的排程規劃,以解決因瓶頸換線次 數過多所帶來的負面影響(如:總產量降低、週期時間增加等)。由於限制驅 導式排程方法是架構在限制理論(Theory of Constrains, TOC)的基礎上,其認 為系統的產出將會受限於系統之瓶頸,因此首先要先確認系統的瓶頸,而在 組立廠內瓶頸的確認方面,蔡秉宏【7】、林毓淳【4】等人提出一「瓶頸資源 辨識機制」以「工作站最大可換線次數上限」來作為定義瓶頸資源之指標。

作者指出,若單以工作站之負荷水準來決定系統瓶頸而未考量到換線時間所 帶來的影響,將使排程結果不如預期。因此本研究將依此方法來定義系統瓶 頸為配向膜塗佈站,並進一步設計該站的細部排程,於 3.3 節作詳細的說明。

(31)

2.6 限制驅導式排程方法 DBR(Drum-Buffer-Rope)

DBR 是一套架構在 TOC 基礎上而用來解生產製造問題的現場管理機 制,是由 Goldratt 博士【17、18、19】所提出的。DBR 架構主要包含了限制 驅導節奏(Drum)、緩衝時間(Buffer)及投料計畫(Rope)等管理觀念。其中 Drum 是系統負荷最重的機台,也就是瓶頸站或受限產能站(Capacity Constrained Resources, CCR)的生產排程,因為瓶頸資源決定了整個系統的最大產出,因 此 Drum 就是為了要充份利用系統的瓶頸資源而事先設計好的生產計畫。其 次 Buffer 是用來保護(全力配合)系統瓶頸,使瓶頸不因挨餓而造成閒置。

至於 Rope 為全力配合 Drum 而事先設計好的計畫,使投料速度能和瓶頸的生 產速度同步。而現場各機台(非瓶頸機台)在派工時,要全力配合 Drum 的 需求,因此在系統中瓶頸站要依 Drum 的次序派工,而非瓶頸站則只要依 FIFO 或 EDD(Earlies Due Date)等簡單派工法則派工【14】,即可做到全力配合 Drum 的目的。而 DBR 架構有兩大優點:一是透過事先設計的 Drum,使瓶頸得以 充份利用,提升系統的有效產出。其次是透過 Rope 作為投料之依據和瓶頸 同步,使不必要的料無法進入系統,以此降低了系統的 WIP 與 CT。因此工 廠在 DBR 架構下,將會獲得產出的提升、WIP 數與 CT 的降低、及達交率提 升等好處,這些好處在實務上已獲得了不少的具體見證【8、12、24、25】。

雖然 Goldratt 所提出的 DBR 架構,能導引現場發揮充份利用與全力配合 之效果,但是在進一步的技術上,尚不足以滿足實務之需求。在 Drum 設計 的方法上只能適用在簡單的瓶頸機台環境【9、25】,例如沒有迴流、沒有批 量且只有少數機台(如 5 台等),若瓶頸機台環境複雜一些(多機台、換線時 間長,必須考量一些技術條件),即無法使用。由於現有 DBR 方法並不足以 滿足組立廠所面臨之現場管理需求,因此本研究將依此需求,設計在 DBR 架構下可用之排程模式。

2.7 平行機台排程相關文獻

由於組立廠各工作站均屬多機台,所以本節將對平行機台排程相關文獻 進行探討。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,而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。日常生活中應用平行機台模 式之情形十分的廣泛,像是擁有多條生產線的工廠、大賣場的結帳櫃台以及 銀行的服務櫃台等。

(32)

Cheng and Diamond【13】依機台間之功能差異將平行機台分為三大類:

一、相同平行機台(Identical Parallel Machine)

在此生產型態下之平行機台皆有著相同的功能及速度,意謂著相同 的工件在該群機台中之任一台進行加工時,其所需要的加工時間皆相 等。例如工件 i 在機台 m 上的加工時間為 Pi,而該工作在其他機台上的 加工時間也一樣是 Pi。

二、均一平行機台(Uniform Parallel Machine)

在此生產型態下之平行機台會有不同的加工速度,意謂著相同的工 件在各平行機台上的加工時間會因機台的速率而有所變化,且機台的加 工速度存在一固定比率,不會因工件不同而有所不同。例如工廠購買新 機器之後,同一製程中同時存在新機器與舊機器,而新舊機器的加工速 度會有差異,因此形成該類問題。

三、不相關平行機台(Unrelated Parallel Machine)

在此生產型態下之平行機台對於同一工件在各機台上加工時間不相 同,並且無任何關聯,然而同一台機器加工不同的工件時也會有不同的 加工效率。例如大賣場結帳櫃台會因為人員的不同,使執行相同工作時 會有不同的效率,因為人員的技術能力或熟練度會有所不同。

面板組立廠內各站機台均屬於相同平行機台,各工作站之機台在加工同 尺寸工件時其加工時間皆相同,因此本研究針對有關相同平行機台排程之文 獻加以分析與探討。

Azizoglu and Kirca【10】運用分枝界限法來求解相同平行機台的排程問 題,排程工單數分別為 10、12、15 個,而機台數量分別為 2、3 台,並結合 Shortest Processing Time(SPT)與 EDD 法則來對工件進行排序,使總加權延遲 時間最小化。

Alidaee and Rosa【11】以一套啟發式演算法(Modified Due Date, MDD) 來求解相同平行機台的排程問題,並與其他法則進行比較(如 SPT、EDD、

FIFO 等),排程中機台數分別為 1,5,10 台,工單數分別為 100、250、500 個,

目的使總延遲時間與總加權延遲時間最小化。

Sarin 等學者【27】也以分枝界限法來解相同平行機台排程問題,實驗中

(33)

機台數量分別為 2、3、4、5 台,工單數分別為 10、15、20、25、30 個進行 求解,使總加權完工時間最小化。

Suer 等人【23】則在考慮四種不同模式下求解相同平行機台延遲工件數 最小化,模式分別為(1)工單不允許分割,設置時間為零,(2)工單允許分割,

設置時間為零,(3)工單不允許分割,設置時間不為零,(4)工單允許分割,設 置時間不為零。以 EDD 法則來對工件進行排序,四模式分別進行兩次實驗,

實驗的不同在於工件數與交期的設定,第一次工件數為 5 和 10 個而第二次為 6 和 12 個,結果顯示工單允許分割模式會有較好的績效,因此對工單進行分 割至不同機台上加工將會減少延遲件數。

Kim 等人【21】在考量工單分割的特性下提出一兩階段的啟發式演算法 來求解平行機台排程問題,使總延遲時間最小化。文中假設工單可分成數個 單元且可以同時在平行機台上加工。排程工單數為 40、60、80 和 100 個,機 台數為 5、10、15 和 20 台。第一階段以 SPT 與 EDD 法則針對工單作初步的 排序,第二階段將每個工單分割成兩個單元(單元內個數範圍為 2 至 10 個), 並進行重排以使總延遲時間最小化。

Serifoglu and Ulusoy【26】發展以遺傳演算法考量加權工件延遲及提早完 工時間之和最小化求解平行機台排程。文中工件有不同的到達時間、加工時 間、設置時間與交期,工件數分別為 20、40 和 60 個,機台數為 2 和 4 台。

Eduardo and Malave【16】以模擬退火法求解總延遲時間最小化之平行機 台排程問題。文中工單可分成幾個批次,批次數則介於 1 到機台數之間,每 個批次有固定的設置時間。各工單間又可分成產品族群,當機台加工工單類 型相同時則不需要設置時間,當機台加工工單類型不同時而是相同的產品族 群時則需要的設置時間為 0.5 小時,而當工單類型不同且非相同的產品族群 時則機台需要的設置時間為 2 小時。實驗中機台數量分為三種,5 台時工單 數為 8、10、12 個,10 台時工單數為 20、40 個,15 台時工單數為 20、40、

60、80 個。

Tahar 等人【28】以線性規劃方法求解平行機台排程,目標為總流程時間 最小化。排程中工單間存在著順序相依設置時間且可對工單進行分割,工單 數分別為 40、50、70、100 個,機台數分別為 2、3、5 台。

上述文章中對於工單會先做一初步排序,運用一些簡單的法則像是 EDD、SPT 等,作為工單指派機台加工的優先順序,而這些法則並不能通用 於所有的機台加工特性上,若單用一種法則來決定工單的優先權時,所帶來

(34)

的績效將不是很理想。以組立廠來說,日產出計劃中的各尺寸量交期皆一樣,

若單以 EDD 法則來排序時無法決定其優先順序為何;若單以 SPT 法則來決 定時,由於配向膜塗佈站機台不論加工尺寸為何,其加工一卡匣的時間皆一 樣為 12 分鐘,若以工件的加工時間來考量時 SPT 法則一樣無法決定排序,

因此在組立廠內必須以計劃量的加工時間來決定日產出計劃優先順序,但如 此可能會嚴重導致某些日產出計劃延誤。

文中所謂的設置時間就是當工件要上機台加工時,需要對該機台做一些 設定與調整所耗費的時間,像是更換模具。而設置時間又可分為獨立設置時 間與相依設置時間兩種。若每一個工件所需要的設置時間長度與前一次機台 加工件無關時,則稱為獨立設置時間,反之,則稱為相依設置時間。而在工 單分割部分,由於工單是許多工件所組成的,所以工單能否分割是指該工單 內之工件是否可以同時被分配在不同的機台上進行加工。

然而組立廠各站機台的加工的特性,是在加工不同尺寸工件時機台需要 進行調整即所謂設置時間(換線時間),而廠內各站機台所需的設置時間不一 樣,最少也需要 20 分鐘(除了高溫壓合及真空回火機台不需要設置時間),

最長多達 2 小時(配向膜塗佈機台)。由於換線時間長,若工件指派加工機台 不當將會導致換線次數的增加而降低該機台產能,使總產量降低,所以必須 將換線問題納入考量。在換線時間方面,廠內各機台的換線時間是固定的,

並不會因為前次加工工件尺寸的不同而有不同的換線時間。而各站內機台又 屬於相同平行機台,若各尺寸計劃量在指派加工機台時不能進行分割時,將 會延誤日產出計劃的交期,但若計劃量切割批次數愈多時又必須面臨換線時 帶來的影響,故必須以減少換線次數為前題來進行計劃量的分割。以下針對 上述學者所提出的相同平行機台排程之方法進行分析,探討這些方法是否適 用於組立廠,以滿足組立廠之需求。整理如表 2.9 所示。

表 2.9 平行機台排程文獻探討

作 者 特 性 不滿足組立廠之需求

Azizoglu and Kirca【10】

Alidaee and Rosa【11】

Sarin et al.【27】

1、工單須在一機台完 成加工,不可進行 分割。

2、不考慮機台設置時 間。

1、日產出計劃量不能分 割,造成機台間的負 荷差距大。

2、未考慮到換線對機台 產能的影響。

(35)

表 2.9 平行機台排程文獻探討(續)

作 者 特 性 不滿足組立廠之需求

Suer et al.【23】

1、工單可分割至不同 機台上加工。

2、考慮機台設置時 間。

3、以 EDD 法則進行排 序。

1、設置時間短且不同,

各 工 件 加 工 時 皆 需 設置;而組立廠設置

(換線)時間很長且 相同,在加工同尺寸 時機台不需設置。

2、日產出計劃交期相同 時無法進行排序。

Kim et al.【21】

1、工單可分割至不同 機台上加工,但只 可以分成兩個。

2、考慮機台設置時 間。

3、以 SPT 法則進行排 序。

1、計劃量若僅分成兩個 批次時,亦未能考量 到交期限制。

2、負荷最低機台先排,

未考量換線的影響。

3、排序法則會嚴重導致 日產出計劃延誤。

Serifoglu and Ulusoy

【26】

1、工單須在一機台完 成加工,不可進行 分割。

2、考慮機台設置時 間。

1、日產出計劃量不能分 割,造成機台間的負 荷差距大。

2、設置時間皆不同;但 組 立 廠 內 同 尺 寸 不 需設置(換線)。

Eduardo and Malave【16】

1、工單可分割至不同 機台上加工。

2、機台設置時間固 定,並分為兩種。

1、組立廠內僅在加工不 同 尺 寸 時 才 需 設 置

(換線),且所需換 線時間極長。

Tahar et al.【28】

1、工單可分割至不同 機台上加工。

2、考慮機台設置時 間,設置時間不一 樣,且順序相依。

1、設置時間皆不一樣且 順序相依,但組立廠 內設置(換線)時間 皆 相 同 且 加 工 同 尺 寸 時 不 需 設 置 ( 換 線)。

(36)

上述學者所提出的方法尚不能滿足組立廠的需求,對於組立廠而言其所 追求的是減少換線次數及如期產出各尺寸計劃量,因此在各機台排程上應儘 量排定加工同一種尺寸產品,但是日產出計劃中各尺寸產品數量相當大,每 一種尺寸的計劃量約一百多個卡匣,若是為了減少機台換線次數而將計劃量 僅排定於某一機台上加工,則會導致該日產出計劃一部分數量無法如期完 工;反觀若為了使日產出計劃能如期完工而將計劃量分成多個批次且分配在 各機台上同時進行加工作業時又會面臨兩大問題,當分割批次過多時則會使 機台換線的頻率提高,由於機台換線時間很長,所以每多換一次線相對會大 幅減少該機台的產能,產能一旦減少對於機台而言也就是負荷加重,此結果 將導致部分計劃量無法如期完成;而當分割批次過少時則會使某一機台負荷 過高,亦會造成相同之情形發生。

如何決定計劃量該劃分成幾個批次、批量大小為多少的課題對於組立廠 來說顯得格外重要。為了解決上述之問題,本研究應用 DBR 機制的觀念來對 組立廠之瓶頸作細部排程規劃,由於廠內之瓶頸站為配向膜塗佈工作站,在 排程時又必需考量兩基板的加工量是否能成套出現於組裝站前,故又加深了 排程的複雜度。為了解決此問題本研究在排程上會依照現況管理模式進行規 劃(以 3:3 卡匣模式交叉生產 TFT 基板與彩色濾光片),以滿足組立廠減少瓶 頸機台換線次數與如期完成各尺寸計劃量之需求,此排程方法將於 3.4 節作 詳細的說明。

2.8 緩衝時間(Buffer Time)的決定

由於本研究以 DBR 機制來對瓶頸機台作細部的排程規劃,機制中須考量 到受限產能緩衝(CCR buffer)與出貨緩衝(Shipping buffer)之值。而受限產能緩 衝指的是從投料站到瓶頸站之間,目的是為了避免生產時因受到不確定因素 導致瓶頸生產中斷而影響產出。而出貨緩衝是指從瓶頸站到出貨站之間,目 的在於保護訂單能準時交貨,避免因系統發生中斷而影響到訂單出貨的時 間。在 DBR 機制的觀念中,受限產能一小時的損失就是整個系統一小時的損 失,故在提高機台利用率方面只針對系統瓶頸機台。由於瓶頸工作站決定整 個系統的產出,因此必須設置緩衝時間以避免排程計劃受到影響而導致系統 產出降低及延誤交貨時間。由於緩衝時間是用來保護現場或訂單可能發生的 狀況,所以緩衝時間長度的設定就顯得格外重要。若設定的太長,可以達到 充分保護訂單遭遇意外的效果,但卻會造成訂單在瓶頸站前等待時間太長導 致在製品數量太高;反之,若設定的太短,則訂單無法受到保護即時到瓶頸 站(破壞限制驅導節奏)。

(37)

對組立廠而言,受限產能緩衝包含了一切研磨步驟而出貨緩衝則包含從 配向處理至測試檢查等步驟。而在決定 Buffer 值之前,先進行回顧以往學者 所提出決定 Buffer 值之方法。

關於緩衝時間長度的設定問題,已有許多學者提出不同的方法來決定。

一般而言,緩衝值是藉由經驗或試誤法而得來的。Ronen and Starr【22】認為 緩衝應該設置在受限產能站之前,且設定其大小為目前前置時間總合的四分 之一,而其前置時間是指機器總加工時間的加總。Schragenheim and Ronen

【25】則認為緩衝時間大小為限制資源平均前置時間的三倍,而其前置時間 是指投料點到受限產能站之間。Atwater and Chakravorty【9】考量受限產能 站前後均設有緩衝時間,時間長度分別為前置時間的一半,其所謂的前置時 間為訂單到達至系統給予交期之時間長度,其為一固定值。綜合上述所提出 之方法,本研究藉由 Schragenheim and Ronen【25】的方法來決定緩衝值的大 小,於 3.3 節作詳細的說明。

(38)

第三章 模式構建

3.1 問題定義與分析

一、分批與機台配置

在得到日產出計劃後,由於每日瓶頸機台可提供的產能最多生產 60 卡匣面板同等於 120 卡匣基板,若各尺寸計劃量分別排入一機台進行生 產時可能會超過機台產能,此時必須將該尺寸計劃量進行分批使其部分 計劃量在另一機台上進行加工,以確保該尺寸的計劃產量能如期產出,

否則將會使部分數量延誤交期。另一方面瓶頸站(配向膜塗佈)又屬於 平行機台,不論加工尺寸為何每個卡匣基板的加工時間均為 12 分鐘,但 換線時間卻長達 120 分鐘,若是換線次數過於頻繁將會降低產能影響系 統的產出。故在計劃量的分批與機台配置上期使機台減少換線次數且各 計劃量能在交期內完成。

二、兩物料生產管理模式

由於在組裝站前的配向膜塗佈站與配向處理站 TFT 基板與 CF 基板 是採用混線生產模式,而在進行組裝作業時兩基板又必須成套到齊才能 順利貼合。故現場為了避免單一種基板的數量過多之情形發生,在此兩 加工站是以 3:3 卡匣的比例來生產兩基板,也就是先加工 3 卡匣的 TFT 基板之後再加工 3 卡匣的 CF 基板,依此模式交叉生產兩基板以解決兩 基板數量之問題。因此本研究所提出的排程方法也會將此管理模式納入 排程演算法之考量,以滿足組立廠之需求,使排程方法能更適切地依組 立廠之需求與特性加以修正而適用於此製造環境上。

為了解決上述兩問題點,本研究將運用 DBR 管理模式來規劃出每日系統 瓶頸機台的細部排程,並依此生產節奏推導出與瓶頸排程同步的投料計劃,

期使各產品均能在計劃交期內完成,並希望藉由投料計劃來改善現場在製品 數及產品的生產週期時間。

3.2 研究架構

本研究在日產出計劃之下運用 DBR 管理技術針對系統瓶頸站規劃細部 排程,並藉由排程結果推導出與瓶頸排程同步化之投料計劃,以此技術來控

(39)

管現場的運作模式,期以達到計劃產出之目標與降低生產週期時間。整體架 構如圖 3.1 所示。

圖 3.1 組立廠系統架構圖

3.3 決定瓶頸與緩衝值的設定

本研究參考蔡秉宏【7】、林毓淳【4】等人所提出之「瓶頸資源辨識機制」

來決定系統之瓶頸。首先計算各工作站每日可用的產能,接著以日產出計劃 量計算各站加工所需的產能,以日可用的產能減日加工所需產能得可用來換 線之產能,並將各站可用來換線之產能除以該站的換線時間求出各站可換線 次數,最後再除以工作站的機台數獲得該站每日每台平均可換線次數,並以 此指標來決定系統的瓶頸,下列以一例子來做說明。

假設某日產出計劃總量為 585 卡匣(TFT 與 CF 各 585 卡匣),各站的加 工時間、換線時間、製程數量及機台數如表 3.1 所示。

表 3.1 各站機台加工資訊

加工時間 換線時間 製程數量 機台數

一切 & 磨邊 12 min 30 min 24 片(1 卡匣) 5(台) 配向膜塗佈 12 min 120 min 24 片(1 卡匣) 10(台)

配向處理 12 min 30 min 24 片(1 卡匣) 12(台) 組裝 12 min 60 min 24 片(1 卡匣) 5(line) 高溫壓合 5 hr 0 144 片(6 卡匣) 30(台) 真空回火 4 hr 0 384 片(16 卡匣) 8(台) 液晶注入 8 hr 120 min 192 片(8 卡匣) 30(台)

分批與機台配置

排程 Drum

投料計劃

(40)

表 3.1 各站機台加工資訊(續)

加工時間 換線時間 製程數量 機台數

封口 2 hr 20 min 72 片(3 卡匣) 31(台) 二切 15 min 20 min 24 片(1 卡匣) 20(台) 偏光片貼附 12 min 30 min 24 片(1 卡匣) 7(line)

檢查 2 min 0 1 片 30(台)

計算步驟如下(以封口站為例): 一、每日可用產能

日可用產能=機台數×工作時數=31×24×60=44,640(分)

二、加工所需的產能

日所需產能 =(日總計劃量÷製程數量)×加工時間 =(585÷3)×2×60=23,400(分)

三、可用來換線之產能

可換線之產能=日可用產能-日所需產能=44,640-23,400

=21,240(分)

四、可換線次數

可換線次數=可換線之產能÷換線時間=21,240÷20

=1,062(次)

五、每日每台平均可換線次數

每日每台平均可換線次數=可換線次數÷機台數=1,062÷31

=34.26(次/每台-每日)

由表 3.1 中可得知高溫壓合、真空回火及檢查站等的換線時間為零,即 加工不同尺寸面板時不需換線,因此不列入計算。而在配向膜塗佈與配向處 理站方面,因該站機台需加工兩種類型的基板(TFT 與 CF),故在計算日所 需產能中之日總計劃量必須乘上兩倍。依上述的步驟分別計算出各工作站的 產能與換線次數,結果如表 3.2 所示。

表 3.2 各站產能與換線次數資訊

一切&磨邊 配向膜塗佈 配向處理 組裝

每日可用產能 7,200 14,400 17,280 7,200 加工所需產能 7,020 14,040 14,040 7,020

(41)

表 3.2 各站產能與換線次數資訊(續)

一切&磨邊 配向膜塗佈 配向處理 組裝

可換線之產能 180 360 3,240 180

可換線次數 6 3 108 3

次數/每台-每日 1.2 0.3 9 0.6

液晶注入 封口 二切 偏光片貼附

每日可用產能 43,200 44,640 28,800 10,080 加工所需產能 35,100 23,400 8,775 7,020 可換線之產能 8,100 21,240 20,025 3,060

可換線次數 68 1,062 1,002 102

次數/每台-每日 2.27 34.26 50 14.57

由表 3.2 可觀察出配向膜塗佈站的每日每台平均可換線次數為最低,因 此本研究將配向膜塗佈站定義為系統的瓶頸。

在決定系統瓶頸後,進一步以 DBR 機制來對瓶頸機台作細部的排程規 劃,機制中須考量到受限產能緩衝(CCR buffer)與出貨緩衝(Shipping buffer) 之值。而在緩衝值的設定方面本研究藉由下列兩點來決定緩衝值的大小:

一、評估初始緩衝值

由於組立廠屬於流程式工廠,不同尺寸面板皆擁有相同的製程,因 此本研究在初始緩衝時間的設定方面採取靜態緩衝,亦指日計劃下之所 有尺寸皆採取相同的緩衝時間長度。藉由 Schragenheim and Ronen【25】

兩位學者所提出的方法來設定受限產能緩衝(CCR buffer)與出貨緩衝 (Shipping buffer)。並依照 Guide【15】提出的通式來決定緩衝值的大小,

其是以累計的加工時間乘上一倍數值,如 3.1 式所示。組立廠各工作站 的加工資訊如表 3.1 所示,並依此計算受限產能緩衝與出貨緩衝值。

m

j j

i

MULT PT

BS

1

; i:表示 CCR 或 Shipping (3.1)

BS

i:表示受限產能緩衝(CCR buffer)與出貨緩衝(Shipping buffer)值。

PT

j:表示 CCR buffer 或 Shipping buffer 間各工作站的加工時間。

MULT:緩衝大小的倍數值,本研究採用 Schragenheim and Ronen 所提出

的三倍數值。

參考文獻

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