第一章 緒 論
本章將以自動化生產設備為背景，以問題的解決為導向，藉以敘述本文 的主要動機與目的，並透過研究方法的規劃，呈現本論文的主要架構與研究 步驟。以下將分章節個別說明。
1-1 研究背景及動機
一、研究背景
自動化生產設備，在現今的製造、生產業中佔有舉足輕重的地位。從事 生產或加工的廠商，依照各別的功能與產能需求，購買適當的自動化生產設 備，以節省人力資源及加快生產速度。因此，各式各樣的自動化設備因應而 生，以提供各種多樣變化的需求。而在選購設備上，所需評估的考量點也各 有所異，不過始終不變的是對於功能與效能的要求，卻是持續增加且多樣 化，以符合實際的需要與市場的競爭力。
由於近年來通訊、資訊電子的相關產品需求量大增，持續刺激著產業發 展，必須在相關的通訊電子產品上，增加軟硬體的功能特色及其他的附加價 值，並致力於縮小體積、增加元件密度及加大記憶體容量的方式，以符合消 費者需求。因此，傳統的製造、生產及加工設備與技術，已逐漸無法符合實 際需求，發展快速、自動化及高度整合的設備已成為趨勢。
現今的時代以知識經濟為背景，人工智慧的蓬勃發展為我們帶來了許多 的優勢，將人類專家的智慧，透過規劃及建構系統知識庫[1]，可協助設備運 作流程更動上更具有彈性與全面性，就如同許多專家同時關注且提出專業建
所稱之 Moore’s Law，雖然現在需做些適當的修正，但是，在生活週遭中各 種日新月異的電子產品對於記憶體的需求仍然快速攀升。為了提供更大的資 料儲存量，相對的對於可燒錄元件的燒錄空間與時間也會跟著 IC 的密度增 加而持續增加。因此，伴隨而來的是半導體可燒錄設備的市場，也必須跟上 最新電子產品的需求，而逐漸帶來前所未見的挑戰。
一般有燒錄元件需求的電子產品製造商必須增加使用自動化燒錄設備 的比例，來持續降低生產的成本。即必須要減少每一個可燒錄元件的燒錄單 價，以降低整體的成本。由此可知自動化燒錄設備的產出效能悠關著是否能 克服市場競爭與挑戰的關鍵因素[2]。
為了滿足上述需求，在設計與開發自動化燒錄設備過程中，除了原有的 燒錄功能外，將持續整合及加入更多附加的子功能，如使用 CCD 影像或雷 射定位取放、元件腳(Pin)檢查、雷射打印序號、圖形及標籤黏貼、包裝轉換 等等，讓以往需由手工操作或多部設備才能完成的工作，在一次的工作流程 中處理完成，減少過多人為的介入或錯誤的操作動作。並且，需整合軟體之 數據統計報表、監控、紀錄、故障排除等功能以提高附加價值，快速瞭解生 產線生產運作狀況。
因此，由於自動化燒錄設備的功能多樣化與複雜性，也讓整體在設計與 工作排程效能上，增加了許多的挑戰性[3][4]。本研究將針對此項主題，藉 由參考排程問題的分析方法，導入規則知識庫方式，逐步建構適合處理此問 題的專家系統來探討整體設備的效能，期望透過步驟化的分析與模擬方式 [5]，能在效能提升上找到著力點。
二、研究動機
隨著工業生產的持續自動化，電子產品內所含可程式電子元件的自動燒 錄工作相形以下，也變的越來越重要。燒錄設備的工作效能與品質，必須能 配合相關生產線上的其他設備共同運作，因此，普遍的電子產品製造商無不 努力尋找高品質、高效能、多功能與低單價的設備來使用。就以上的因素，
本文提出幾點主要的開始研究動機。
增進與改善：首先以尋求可改善空間為出發點，依據設備製造商的性能測試 報告中，所提出普遍遭遇的問題，持續尋求解決方法，以及找出可分析與改 善或增進的地方。如下分別敘述：
1.有空的燒錄器在等待放置待燒錄料件，形成燒錄資源的浪費；並且取放 設備在空等待順序條件的成立，以導致設備未保持最佳的忙碌狀態。
2.線上固定的流程變化不易修改、更動或加入新的條件及流程規則，造成 操作上的固定限制。以及在特殊流程的運作條件下，無法適應性的調整 流程，使效能無法完全發揮。
3.燒錄器處理時間(Programming time)已知為固定花費時間，且無法完全準 確控制，但是設備取放處理時間(Handling time)仍有持續改善的空間。
重要性：關鍵因素，無法突破就會被市場自然淘汰。
整體輸出之產能能否提升，為自動化設備技術開發之成敗關鍵因素，無 法突破一定的水準，就會失去市場上的競爭性，甚至遭到淘汰的命運。另一 方面，製造商面對市場的競爭及龐大的產能壓力下，對於設備的功能及產能 需求與日劇增，莫不積極評估及選用適當產能設備以因應需求，然而面對許 多的生產設備，產能、功能與價格都是主要的評估指標。
且完整的執行生產設備的製造程序。以最佳化理論(Optimization)為基 礎，說明輸入與產出的關係，即以最少的投入，所能產生之最大的產出 量為目標。再以 NP-complete 問題特性及排列組合原理，透過組合計算 問題，說明問題的屬性及複雜度。接著探討相關文獻及處理方式，包含 從軟硬體的模組化、物件化或數值計算方式，及使用相關機率網路理論 評估的方式來討論。藉由上述提到議題的方法與思考角度出發，來討論 問題的價值性。
2.探討如何使用人工智慧之專家系統，建構符合問題特色的規則庫，來解 決或改善目前設備存在的問題[6]。使用知識領域方式，來處理所遇到的 問題，以別於一般傳統的順序控制方式的思考模式。
1-2 研究目的
為了達到節省成本，增加產量，避免人為操作錯誤的損失，發展高度整 合的自動化設備並增加整體產能是主要的趨勢，因此，為增加本文探討之自 動化燒錄設備在單位時間內之整體產量。首先，參考基本常用的排程最佳化 理論，討論資源與時間之最佳組合及搜尋方法，並藉由人工智慧之專家系統 結合相關理論，探討生產過程中排程問題的影響因素[7]。以期讓整體設備之 資源達到較佳的效能為目的，以增加市場競爭性。預計目標如下：
1.探討自動化燒錄設備中，於單一部機器中，整合多階段處理及檢測單元，
含多樣性工作之流程式生產排程最適問題。
2.於排程組合條件中，含有接近固定之加工時間，影響流程變化、時間代 價及整體產出量之問題探討。
3.於排程組合條件中，結合平行機與流程式生產型式，且含有非等效，即 意指非固定長度之工作時間影響流程變化問題探討。
4.使用 CLIPS 專家系統工具，建構專家系統主要知識庫與推論規則，透過 知識庫推論的方式，藉以模擬及評估經由各種排程組合路徑展開之效能。
5.將工作流程規則、取放順序分析等，做整體性之討論，以提升設備產能、
達到產能需求目標。
1-3 研究範圍界定
本研究考量於時間及研究資源等因素，基於上述的研究背景、動機與研 究目的，評估後將設定研究範圍與限制如下：
1.本研究設定在探討整體設備排程中之主要關鍵部份，即主要資源部份所 需的最佳化方法研究，省略類似情況的問題或處理上較為簡化的部份。
2.本研究對於提升效能方法及工作時間不完全確定的推論方式，僅以專家 系統建構搭配排程計算最佳可行(feasible)方案為例。限於時間與資源的 考量，不對 N-P Complete 及類似搜尋空間較大或所需搜尋時間較久的問 題做深入探討。
3.本研究僅討論在一般影響狀況下，因流程(製程)不同、燒錄時間及燒錄 座數量不同所造成的組合特性。暫不考慮例外情形所造成的影響狀況，
如機構取放之擺放良率問題、燒錄座(Socket)使用壽命問題等。
1-4 研究方法與步驟
研究方法與步驟如圖 1-1 所示，主要分成以下四個階段，其各階段之內 容敘述如下。
1.資料收集階段：
(1).藉由資訊收集、問題描述及設備效能評估等資訊，瞭解主要問題的背 景及關鍵點，並確認問題的內涵。蒐集與閱讀相關的資料及文獻，有系 統的整理及逐步評估使用方法的可行性。
(2). 參考相關研究與作法，擷取相關研究方法與過去類似問題之解決方 法，加以討論與分析。
(3).使用工業排程方法之排程理論為基礎，經由對於排程動作的詳細分析 與探討，藉以了解整個排列組合過程與設備效能的相互關係。並衍生引 用生產排程方法、搜尋演算法、最佳化及 NP 問題的概念，探討相對應 的關係。
2.系統規劃階段：針對問題規劃及評估可行之解決方案，進行系統之主要 架構與流程定義。參考相關分析與實作方法，選定使用工具及執行與評 估驗證方式。透過初步的驗證實驗來確立系統規劃的可行性。
3.系統建構階段：將規劃項目逐步建構與實現。首先，使用專家系統之知 識庫法則，作為主要之決策流程判斷者。以專家系統工具 CLIPS，建構 主要路徑決策規則庫。接著，將排程方法運作結果，經過分析與討論，
訂定修正規則庫之知識法則，逐步將系統效能最佳化。
4.測試修改階段：將建構完成系統實際上線測試與確認。
圖 1-1 研究步驟流程圖
1-5 名詞釋義
1.元件燒錄相關名詞：
CPLD (Complex Programmable Logic Device)為複雜性的可程式規劃元件。
Socket board (腳座轉接板)。為燒錄器及燒錄座特別製作的接腳轉換板，將 可燒錄元件放置於轉接板上的燒錄座，透過接腳轉接，以便執行燒錄工作。
Package 指 IC 封裝。如 DIP(Dual In-Line Package)、SOP(Small Out-Line Package)、TSOP、QFP（Quad Flat Package）、BGA（Ball Grid Array）等。
JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)工業標準團體電子電氣設 備協會。定義相關元件標準。
2.自動化燒錄設備相關名詞：
Automation Programming System (自動化燒錄系統)，將燒錄器嵌入自動化 設備中，使燒錄元件透過此設備，可以自動完成燒錄程序，減少人工介入。
UPH (Unit per hour)，每小時所產出之單位數。即設備每小時所能燒錄或生 產出之 IC 元件數量。必須在相同的生產條件下才可互相比較，用以評估個 別或整體設備之產能指標。
Programming time (燒錄時間)，指每個 IC 元件所需經過燒錄器進行燒錄的 時間。其時間長短依記憶體大小、燒錄器處理項目多寡、元件種類等因素為 一不固定數值，但有約略的典型參考時間。
Handle time (設備處理時間)，指燒錄時間假設為零時，單純只有設備取出、
放置過程所需消耗的時間。其時間長短受工作流程選擇，設備系統參數等因 素影響。在固定的工作條件及參數下，會有接近固定的處理時間。
Gantry (取放機構組成)，主要裝置取放機構組成之平台，平台上可帶動整體
PRS(position recognition system)，位置辨識系統。為使用影像、雷射、感測 等方式，量測取得待測元件之平面或空間座標，再使用計算、補償、位移修 正等方式完成元件之位置辨識與座標定位系統。廣泛應用於取放、置料、插 件機台等需自動定位座標之設備。
Uncertainty(不確定性)－可以被定義為缺乏足夠精確的資訊去作決策，不確 定性可能會使我們無法做出最佳的決策或做出壞的決策[8]。
OLE (Object Linking and Embedding)物件嵌入與連結。為提供應用程式資訊 轉換或共享的技術。
OCX( OLE Control eXtensions)，OLE 控制元件延伸。
