圖 1.1 麵包的烘製限制

第一章、緒論

限制理論(Theory of Constraints , TOC)是 Goldratt 博士【10】

所提出解決問題的一種思考程序，Goldratt 博士認為，任一系統 皆有其目標及限制，而限制的存在將妨礙系統最高績效目標的達 成，限制理論即是針對系統中的限制，尋求解決問題的一系列思 考程序。譬如將麵包烘製過程視為一系統，如果只烘製一種麵包 的時候，追求最短時間內烤出最多的麵包，即為此系統的最高績 效目標，而在麵包製作過程中，費時最多的烘焙作業即為此系統 的限制所在。如 圖 1.1 所示，製作步驟 C 為烤箱烘焙作業 10 分 鐘，

遠高於製作步驟 A、B、 D、E 的 5 分鐘，因此，步驟 C 的產出時 間決定了該麵包廠的最後產出速率，也可以說製作步驟 C 的烤箱 烘焙容量，便是麵包廠最高績效目標的限制。因此，當烤箱容量 受到限制時，思考如何在無法新購烤箱或減少烘焙時間之下，讓 每次的烘焙皆能烤出最多的麵包數量，即是一種解決限制問題的 思考程序與邏輯。當然，在半導體晶圓廠也有類似限制的作業流 程，本研究即希望藉由限制理論的思考程序與邏輯，解決半導體 晶圓廠產能限制作業的派工問題。

A

C

烤 箱 烘 焙

製作時間：10 分鐘

製作時間：5 分鐘

B D E

圖 1.1 麵包的烘製限制

時間

製作步驟

1.1 研究背景與動機

半導體晶圓製造廠在科技產業內，一向以高投資成本而著稱 於世，而產品之一的 DRAM(隨機動態讀取記憶體)，因被廣泛使 用於個人電腦週邊設備上，使得它具有高需求與高標準化的產品 市場特性，換言之，DRAM 晶圓製造廠具有大量生產且產品單一 的生產特性。

由於 DRAM 的晶圓製造廠具有大量生產的特性，因此，世界 級的大廠(如美光、三星)對於 DRAM 產品的生產，皆採用最先進 的機台設備與製程技術，藉由大量生產來達到降低生產成本，提 高生產利潤的目的。

目前晶圓製造技術發展已進入十二吋晶圓廠，以投入的資金 高達 20 億至 30 億美金與製造技術微縮至 0.13µm 而言，其相對 於由六吋進入八吋晶圓廠，在進入的資金與技術之門檻更高，但 是十二吋晶圓單位面積所能產出的 IC 顆粒，相較於八吋晶圓單位 面積高出許多，若再以生產成本相比較的話，則十二吋晶圓所生 產的 IC 成本比八吋少了 30%【6】。因此，對一 DRAM 專業製造 公司而言，以十二吋晶圓生產 DRAM 是無可避免的選擇。然而，

以十二吋為生產 DARM 為主要技術時，原有的八吋 DRAM 晶圓 製造廠，將因較舊的機台與較差的製程技術，在生產成本與功能 上，無法與十二吋晶圓廠在市場上相競爭。和其它類型之半導體

的特性。

在企業持續追求成長的前提之下，可以預見的，DRAM 專業 製造公司對於已經沒有競爭力的 DRAM 八吋晶圓廠，勢必將其轉 為生產製程技術門檻較低的產品，或者出售給其它類型產品的半 導體公司。無論選擇那一種做法，DRAM 八吋晶圓製造廠，都將 面臨由少樣多量的高標準化生產模式，轉為多樣少量的低標準化 生產模式。在少樣多量的生產模式中，通常把產能(Capacity)的估 算與機台的使用率(Utilization)視為一固定常數。但是，當一座半 導體晶圓廠，由少樣多量轉換為多樣少量之後，其整體產能與機 台使用率會隨產品組合(Product Mix)的比例而有所增減。本研究 的動機就是在探討多樣少量產品組合對產能與機台使用率的影 響。

半導體製程在多樣少量的生產模式下，不同產品組合會隨著 產品種類經過產能受限資源 (Capacity Constrained Resource , CCR)，也 就是瓶頸機台的多寡而有所改變，因為產品種類越多，會增加換 線整備時間(Set Up Time)與降低批量大小(Batch Size)。從另一角

度而言，CCR 機台的使用率降低，CCR 機台將因批量不足，而致 單位時間的產出(Throughput)減少，因而改變整體晶圓廠

的 最 後 實 際 產 能 。 但 是 ， 無 論 是 以 限 制 理 論 或 整 數 線 性 規 劃 (Integer Linear Programming , ILP)【15】等方法所規劃的最佳產

品組合，並未考慮半導體製程的生產與加工特性，只在追求最高

產出與公司利潤之下，導出整體訂單最高利潤的多樣少量產品之 接單法則，並以此做為晶圓廠之主生產排程(Master Production

Schedule , MPS)的根據。然而，TOC 或 ILP 忽略了多樣少量產品 組合在 CCR 機台換線時間與訂單批量大小，對產能績效與使用率 的影響，也就是會在工廠生產績效管理上，造成相關管理者之間 的衝突，以限制理論來表示如圖 1.2 所示。對生產管理者而言，

產品種類越少批量越多的生產模式，當日機台換線次數相對的也 越少，而 CCR 機台的使用率與產能也因而可以得到最佳的應用，

使得公司獲得最高整體產出。但是，對產品接單單位而言，在追 求公司整體最高利潤的之下，以多樣少量的產品組合，訂單可以 獲得最高的利潤，因此生產管理單位與產品接單單位將形成產品 組合的衝突。

另一方面，因為多樣少量的產品組合接單法則，將機台的使 用率與產能視為一固定值，而未考慮訂單在投料數日之後，訂單

追求公司最高 的產出利潤

多樣少量的產 品組合 最大利潤之產

品訂單組合 最高機台使用 率與最大產能

少樣多量的生 產模式

圖 1.2 產品組合衝突圖

衝突

內的在製品(Work In Process , WIP)，因生產線的機台加工形式、

機台當機、製程異常、產品重加工(Rework)等因素，會形成不同 的批量大小，分散在不同加工站之現象。通常，當一訂單分散為 數個小批量於生產線上時，對 CCR 機台的 WIP 的影響將會是批 量不足或過多，亦 即 CCR 機台的 WIP 變異或分佈會因此而變大。

此時生產管理者在追求 CCR 機台不斷料及不閒置的前提之下，被 迫進行小批量的生產，甚至在小批量生產之後隨即進行換線作

業，此現象對生產規劃的管理者而言，無疑的將會打亂了主排程 的進度，繼而對整體訂單的準時交貨率 (On Time Delivery)產生了 衝突，如圖 1.3 所示。而此現象簡言之，就是生產管理者追求 CCR 機台不斷料而採小批量生產，使 得 CCR 機台能獲得最佳的管理績 效，然而生產計劃者則追求每一筆訂單的數量批量在生產過程中 皆能集中一起加工，進而使訂單在最後交貨的數量與時間，皆能 達成 100%的管理績效。因此，生產管理者與生產計劃者，在產 品的加工途程中，有著批量大小的衝突關係存在。

良好的績效 管理

訂單批量加工 途程集中化 訂單準時交貨

率 100%

機台不能斷料 及閒置

訂單批量加工 途程分散化

圖 1.3 生產批量衝突圖

衝突

相同的，對生產管理者而言，非 CCR 機台的生產排程

(Scheduling)與派工，在以最高產出績效為最終目標之要求下，會 選擇以最大批量的機台使用率為生產依據，但是，生產計劃者卻 希望非 CCR 機台，不應以最大使用率為生產的節奏，而是以訂單 交期並配合 CCR 機台為派工的主要生產節奏。此時，生產管理者 與計劃者，對於非 CCR 機台的生產績效上，便產生了如圖 1.4 所 示的最高機台產出與產品訂單派工的衝突。

由以上分析，本研究整理各衝突圖可得出一結論，當一半導 體晶圓廠由少樣多量模式轉為多樣少量模式之後，由和公司整體 利潤有關的縱向管理層面觀之，從訂單的產品組合、生產規劃、

生產管制到生產線管理，會在追求各自的績效前提之下，落入一 良好的作業

績效

非 CCR 機台應 配合 CCR 節奏 以訂單驅導

CCR 機台派工 以最高產出 為生產績效

重視非 CCR 機台使用率

圖 1.4 生產績效衝突圖

衝突

合與 CCR 機台 WIP 批量變異所造成，也就是 CCR 機台的產能及 使用率為主要之核心衝突，如圖 1.5 所示。而由此核心衝突現象，

吾人可整理得一現況圖，如圖 1-6 所示。因此，如何解決此核心 衝突並予以改善，是本研究之主要動機。

良好的產出 管理

不能強調 CCR 批 量，以保護訂單

節奏

訂單批量準 時出貨 CCR 機台使用 率/產能最大化

強調 CCR 機 台 WIP 批量

大小

圖 1.5 核心衝突圖

衝突

良好的產出 管理 公司最高的

產出利潤 多樣少量的產

品組合

機台不能斷 料/閒置 訂單批量加工

途程分散化

機台加形式機 台當機、製程異 常、產品重加工

以訂單節奏做為 CCR 機台派工 CCR 機台 WIP 批

量不足或太大

CCR 機台換線 頻率過多 CCR 機台產能未

能被充分使用

無法達成公司整體訂 單的批量與交期

充分使用 CCR 機台

CCR 機台有效 使用率被降低

良好的作 業績效 良好的績

效管理 少樣多量的生 產排程及派工

非 CCR 機台以最高產出 為生產績效目標

CCR 機台產出 變異性太大

1.2 研究目的

根據前節所述之結論，當一半導體晶圓廠因訂單產品組合，

由少樣多量生產轉為多樣少量組合後，在追求公司最大獲利與 CCR 機台最大產出的同時，會造成 CCR 機台的產能、使用率及 訂單交期等之間的衝突。因此，如何使 CCR 機台的產品組合 WIP 批量變異極小化，進而降低換線時間及增加批量大小，提高 CCR 之機台使用率，減少主生產排程及現場派工的干擾。本研究之主 要目的如下：

一、 探討傳統上的產能規劃方法、派工法則和 TOC 之差 異，並研究影響 CCR 機台的有效產能及使用率之主要因 子，並且驗證對 CCR 機台所造成的產能及使用率的損失。

二、 由已知 TOC 的多樣少量產品組合訂單，探討並分析 CCR 機台的產能與使用率之損失模式，提供產能規劃者 能更準確的做出產品組合之規劃。

三、 探討由限制理論發展而出的限制驅導式之派工法則，

並以本研究所獲得之影響因子，提出以 CCR 機台驅導前 一加工站的非 CCR 機台之修正派工法則，期使 CCR 機 台的有效產能及使用率，能獲得最佳的緩衝與保護。

1.3 研究範圍與假設

半導體晶圓製造廠之生產規劃，可分為長期、中期、短期與 極短期等四部份，規劃範圍則由數年至數小時，各規劃所牽涉層 面也因範圍時間的不同而互有差異，如圖 1.7 所示。本論文主要 研究範圍為產品組合之機台產能與機台使用率，係屬於短期與極 短期規劃之範疇者。

本論文的研究假設，主要有下列幾點:

一、本研究所需的產品組合及機台負荷(Loading)等相關資

訊，在短期與極短期規劃中皆為已知。例如：各種產品於 各機台的標準加工時間(Standard Process Time , SPT)。

二、假設在已知的產品組合下，晶圓廠內的 CCR 機台為已 知，在本文將不另行進行確認 CCR 的模擬或計算。

三、本研究主要是在探討 CCR 機台產能分析，著眼於其產 能、使用率的提升與改善，對於投料法、產品組合、生產 排程、物料搬運法，則不予以討論。

四、假設系統人力資源可全力支援系統內的 CCR 機台，因 此，關於人力資源問題，亦不予考慮。

五、為簡化本研究的複雜度，對於 CCR 的支援機台(Machine Backup)，不列入考慮。

六、本研究主要探討單一晶圓製造廠，在產品組合的產能規 劃上，不考慮同公司內其它晶圓分廠的策略性支援與運 用。

市場設定 廠址選擇 生產設備與佈置 長期產能規劃 產品研發 工 作系統設計

員工人數水準 產品組合規劃 產出/存貨水準 設備使用率規劃

外包/欠撥水準

現場排程 投料控制

機台負荷 派工法則 當機因應

暫存區管理

長期中期短期極短期

數小時 數日 數月 數年

目前

圖 1.7 生 產 管 理 的 規 劃 層 級 【 8 】

1.4 研究方法與步驟

為了達成前述之研究目的，本研究先探討多樣少量產品組合 時，對 CCR 機台的產能及使用率的影響，再建構一個 CCR 前一 加工站的派工法則，以保護 CCR 機台不會停工待料。主要步驟如 下：

一 、 文獻探討：

本研究所探討之相關文獻，主要分二方向進行，一為半導 體製程之探討，其目的在於了解半導體因製程加工特性，對 CCR 機台所造成的問題。另一探討主題為生產管理，其範圍 從產能的估計至產能規劃及最後的派工法則，以生產管理的 垂直組織架構，探討 CCR 機台在其中所面臨之問題。以下為 文獻探討之方向：

(一)、半導體製程、產品及其加工型式之介紹。

(二)、限制理論之產品組合模式及產能規劃之探討。

(三)、製程世代與製程類型對系統整體產能的影響。

(四)、以限制理論為基礎之派工法則。

(五)、多產品批量作業之派工法則。

二 、 CCR 機台之產能與使用率損失分析：

在文獻探討之後，期能對 CCR 機台在產能規劃與產品組 合之下，其所面臨的問題描述及分析。接著以某半導體晶圓 廠之實際 WIP 資料，進行本論文所提出產能與使用率損失之 實務驗證，承接文獻探討之問題，使產能規劃與產品組合所 忽略之問題能更加的明確。

三 、 構建 CCR 機台與前一加工機台間之派工法則：

在確認 CCR 機台的產能與使用率損失之問題後，嘗試提 出一修正之限制理論派工法則，亦即 CCR 機台與前一加工機 台間之派工法則，使 CCR 機台的產能與使用率損失能受到保 護。

四 、 可行性驗證：

以 Excel 2000 軟體及 SQL 程式對修正後的限制理論派工 法則，進行可行性驗證及績效指標分析。

五 、 結論與未來研究方向：

最後，本研究對本論文作一總結及檢討，並提出其中尚待 解決定之問題及相關延伸之議題，以做為未來研究之參考。

圖 1.8 說明了每個步驟之連結關係。

研究背景與動機

結論與未來研究方向 可行性驗證 實例驗證產能損失與

使用率損失

構建 CCR 機台與非 CCR 機台之派工法則

文獻探討 問題描述與分析

CCR 機台之產能與使 用率的損失分析

研究目的

保護 CCR 機台之產能 及使用率

第二章、文獻探討

本章的文獻探討首先介紹半導體的製程特性，其中包含了半 導體產品種類、機台加工型式及限制，對於半導體製程特性有概 略性了解之後，接著探討限制理論產品組合與一般常見的產能規 劃方法，且針對半導體的製程特性在產品組合與產能規劃做一分 析，最後，本研究由分析所得的問題，探討多產品批量作業派工 法則，以及限制理論為基礎的限制驅導式派工法則。

2.1 半導體晶圓製程

一般而言，半導體產業依製造程序大致上可分為；前段 (Front-end) 的長晶、晶圓製造與晶圓針測，以及後段(Back-end)的切割、封

裝與測試，而前段中的晶圓製造為本論文之主要探討範圍。在半 導體晶圓製程中，包含了清洗、爐管氧化、離子植入、爐管熱製 程、化學氣相沉積、物理氣相沉積、光阻覆蓋、光罩對準與曝光、

光罩顯影、蝕刻、光阻去除、檢驗與量測等不同組合之循環步驟。

其製程及製程步驟的多寡，會隨不同製程世代、不同產品而有所 差異，其產品製程步驟則從一百多道到二、三百多道皆有之。

圖 2.1 與圖 2.2 為晶圓製程基本加工步驟之簡示圖與示意圖，

晶圓製造是以逐層(Layer by Layer)的方式重覆加工於晶圓上，以 晶圓投料之後的第一層為例：第一層之始，對附著於晶圓表面的 塵埃(Particle)進行去除的清洗步驟，接著以爐管氧化加工步驟，

使晶圓表面成長一層氧化膜(Oxide film)，而後在此氧化膜覆蓋一 層光阻，經過對準曝光及顯影的過程，使氧化膜上形成具有圖樣 之保護區，再以蝕刻方法去除非保護區內的氧化膜，最後再施以 光阻去除及檢驗量測、後清洗等作業。到此，完成上述的各加工 步驟，即可達到將第一層光罩(Mask)的圖樣，轉至晶圓氧化膜表 面上之加工目的。

當第一層完成之後，將晶圓迴流至第二層，在由光罩所形成 的保護區圖樣之上，分別進行不同雜質的離子(Dope ion)植入，如 此即可獲得半導體的不同電子元件。接著以物理沉積原理在晶圓 表面上濺渡或沉積上一層導體層(金屬或複晶矽層)，而後再以光 罩轉印圖樣原理，將各不同半導體電子元件相接連之。總括而言：

晶圓產品每經過一次光阻覆蓋、對準曝光、顯影的光罩加工，謂 之一層。因此，若一顆產品有 10 層級，則表示該產品需迴流 10 次。換言之，若產品的層級越多，其所需之製程步驟越多，產品 完成所需時間也越久，當然其複雜度也越高。

由上所述的簡介，可對半導體之製程整理出一結論：其加工 途程複雜且具有迴流特性，與一般生產線最大不同之處，在於晶

圓產品的加工並非以單一生產線(如：輸送帶)模式進行生產，而 是以批量(Lot)的方式進行生產，並且以光阻覆蓋、對準曝光、顯 影的光罩製程(或稱黃光區)為迴流中心，重覆迴流於爐管(或稱擴 散區)、蝕刻區、離子植入區等幾個主要工作站。

晶圓投料 晶圓清洗

光阻覆蓋/對準曝光/顯影 化學氣相

沉積

物理氣相 沉積 爐管氧

化、熱製程

蝕刻 離子植入

光阻去除

晶圓後清洗

檢驗/量測

圖 2 . 1 晶圓製程基本加工步驟

金屬 濺渡

晶圓產出

2.1.1 半導體產品種類

半導體產品種類，基本上可分二大部份，一是製程技術世代，

二是製程類型，前者以可加工在矽晶圓上最細的線寬技術做區 分，後者則以產品功能的製程技術為區分。

一 、 製程世代：

一般半導體製程世代是以µm(微米)為單位，例如

0.25µm、0.2µm、0.17µm、0.13µm … 等，不同製程世代產品的 加工步驟多寡與製程規格也有極大的差異，線寬越小的製

程，會因某些加工站無法達到，致使在未購買新機台之下，

光阻 氧化層

晶圓 光罩

•對準/曝光

•顯影

•蝕刻

•光阻去除

圖2.2晶圓製程加工示意圖

１

２

５ ４ ３

CCR 機台的有效使用率或產出率，會因此而降低。簡而言之，

不同製程世代意味著晶圓廠的製程技術高低。

二 、 製程類型：

半導體產品在製程上的定義可分為邏輯(LOGIC)產品 類、記憶體(RAM)產品類、唯讀記憶體(ROM)產品類、功率

(POWER)半導體類、驅動 IC 等。不同類型的產品其在層(Layer) 的製程差異極大，以邏輯產品而言，其特色是金屬(Metal , M) 層較多，而複晶矽(Poly , P)層較少，但是對記憶體產品而言，

其金屬層則較少，複晶層較多，例如， 0.44µm DRAM 產品 層數為 4P1M，而 0.6µm LOGIC 產品層數為 1P3M。

2.1.2 半導體機台加工型式探討

在半導體晶圓廠中，每一最小加工單位為批(Lot)，而每批產 品內含有 25 片晶圓 ，此 25 片晶圓以一個晶舟(Cassette)承載。對 機台而言，每次最小加工單位為一晶舟，而每一機台依加工型態 的不同，又可分為序列加工(Serial)、部分連續加工(Part

Sequential)、批量加工(Batch)、批量連續加工(Batch Sequential) 等 四種型態，此四種加工型式之簡介如下:

一、序列型加工(Serial)：

如圖 2.3 所示，代表性機台為步進對準曝光機。此機台加 工方式為一次加工一片晶圓，第 1 片加工完畢之後，需等第 25 片也加工完成，方可將整批 25 片轉移至下一工作站，簡 而言之，此類機台同一時間只能容許一批產品加工。

二、部分連續型加工(Part Sequential)：

如圖 2.4 所示，代表性機台為化學氣相沉積機。此類機台 以連續固定批數為一加工設定單位並且連續加工，其加工方 式以單片晶圓進行，類似序列型的加工機台，但不同的是在 加工同時可允許將已完成加工的產品下載(Unload)，而其加工 的開始與結束均以該固定批數做為單位。

1^{s t} 2^nd 3^rd 4^th

Lots

時間

….…

圖 2.3 序列型加工之甘特圖 加工順序

….…

三、批量型加工(Batch)：

Hoitomt 與 Luh【13】對批量處理機台(Batch Processing Machine)的定義為，可同時操作一個以上的工作機台，而將

排定於一起加工的批(Lots)稱為一個批量(Batch)。Weng【 21】

與 Gurnani【12】的文獻中也提到，批量作業(Batch Operation) 的特性為：批量處理機台可同時操作一批以上的加工作業，

但此種機台一次作業有最大加工容量的限制。亦即，同時至 多只能對 k 批進行加工，機台一旦開始加工作業就不能中

斷。如 圖 2.5 與圖 2.6 所示，代表性機台為爐管機。此類機台 依機台特性不同，每次加工分別可同時處理 1 到 6 批不等，

亦即不同批的產品可以在同一時間完成加工。

1^{s t} 2^nd 3^rd 4^th

Lots

時間

….…

圖 2.4 部分連續型加工之甘特圖 加工順序

….…

四、批量連續型加工(Batch Sequential)：

如圖 2.7 所示，代表性機台為化學清洗機。此類型的機 台，依其製程特性，機台內部分別具有三至五個連續的加工

1^{s t}

2^nd

Lots

時間

….…....

圖 2.5 批量型加工之甘特圖 加工順序

….…

晶

圓 石英晶舟

爐管 氧氣

最大加工容量

圖 2.6 爐管加工示意圖

站，欲加工的產品批須依次在不同的加工站分別加工，不同 的加工站均可同時分別加工不同的產品批，其與批量加工機 台之主要差異，為每一加工批經過機台內部所欲加工的加工 站後，即完成該加工批的作業，而不須等其它的批量之加工 批。

從以上四種加工型式之簡介可知，在半導體繁複的產品加工 流程中，其機台加工型式有極大之差異，產能的估算方法也都不 同。其中以第一、二、四型之加工機台的產能估算較為單純，但 第三項之批量式加工機台，其產能的估算會受每次加工的批量

(Batch size)多寡而改變，繼而使整體產能受到增減之影響。例如：

爐管機台之每次可加工之批量為 6 批(150 片)，但是 WIP 並未能 在每次皆滿載(Full run)6 批一起加工。因此本研究將以批量式加

1^{s t}

2^nd

Lots

時間

….…

圖 2.7 批量連續型加工之甘特圖 加工順序

….…

工機台，做為研究與探討的 CCR 機台。

2.1.3 半導體機台加工限制探討

機台的加工無論是同產品不同步驟，甚至不同產品相同加工 步驟，其加工製程配方 (Recipe , RCP) 也有所不同。不同製程配 方的轉換，有時需進行換線(Set up)的作業，而換線次數越多則機 台可用於加工產品的時間就越少，其特性類似其它產業的混合生 產線。為利於分辨其差異，本研究整理王氏【 1】所提出之混合生 產線四點特性後，本研究再與半導體換線作業，進行特性上的比 較，詳如表 2.1。由表中可知除了「裝配(加工)識別」項目，有電 腦資訊化管理上的差異之外。在其餘項目上，二者之間所存在之 主要差異，在於「裝配(加工)作業變化性」項目上，半導體機台 在不同製程配方加工轉換時，需要進行機台的製程換線(Set up) 的測試作業(Test run)，以爐管機台為例，其機台每次換線之測試 作業時間，少則二至三小時，多則七至八小時皆有之。此現象將 造成半導體機台使用率上的損失，而此現象也是本研究極欲分析 與改善之議題。

2.2 產品組合與產能規劃之探討

產品組合是以公司的最佳獲利為出發點，而產能規劃的良窳 則攸關到生產線的負荷。同樣的，產品組合與產能規劃也攸關著 產品訂單的準時交貨率。因此，有好的產品組合而沒有好的產能 規劃，對企業而言，還是無法達到最大獲利的目標。然而，無論 是產品組合或產能規劃，機台使用率是主要的影響因子之一，因 此，本研究就產品組合及產能規劃進行其文獻的探討，期能釐清 其與使用率的因果關係。

表 2.1 混合生產線與半導體換線生產特性

特性 生產方式

裝配(加工)作業 變化性

裝配(加工)識別 生產 線平 衡

生產目標

混合生產線 1.不同產品有不 同 的 裝 配 動 作 。 2.作業時間長短

不一。

1.在零件箱上加 貼標籤。

不 易 。 1.製程均衡。

2.使零件有固定 之使用率。

3.使總生產線長 度為最小。

4.使總生產時間 最小。

半導體 1.不同產品於相

同機台的裝配 (加工)動作一 致。

2.作業時間長短 不一。

3.不同配方加工 轉 換 時，需要進 行機台的製程 換線(Set up)的 測試(Test run) 作業。

1.每次加工皆輸 入網路伺服器 中的資料庫。

2.每種產品加工 途程(Rout)，皆 建檔於網路伺 服器中的資料 庫。

3.經由資料庫之 途程與上一次 加工步驟，識別 產品的當站加 工步驟。

不 易 。 1.製程均衡。

2.機台能有最高 之使用率。

3.機台能有最大 的 產 能 或 產 出 。 4.使總生產線長

度為最小。

5.使總生產時間 最小。

2.2.1 限制理論產品組合

限制理論(Theory Of Constraints , TOC) 為 Goldratt【10】於 1986 年所創立的，Goldratt 認為任何組織或系統，在其發展或運 作之中，均普遍存在阻礙該組織或系統的限制因素(Constraints)，

根據此邏輯思考，推理出廣為人所熟知的五大步驟，並且被分別 應用於生產管理、專案管理、會計管理、知識管理等不同領域，

現將此五大步驟略述如下:

步驟一: 確認組織系統限制資源。

步驟二: 充分利用此限制資源，找出組織系統目前問題的所 在。

步驟三: 非限制資源全力配合此限制資源。

步驟四: 突破組織系統限制。

步驟五: 若此限制在步驟四打破，則重回步驟一繼續執行。

主生產排程(MPS) 根據上述之前二步驟，由一些文獻歸 納出決定產品組合的啟發式法則【11】【16】【18】，說明如下：

步驟一: 確認組織系統限制

(a)、計算每個資源生產的每種產品所需的負荷，「限 制」或「瓶頸」即為市場需求超過可提供的資源。

步驟二: 充分利用限制資源

(a) 計算每種產品的邊際貢獻(Contribution Margin , CM)，亦即：售價減去原料成本後的利潤。

(b) 計算 CM 在 CCR 上的加工時間的比率(CM/BN)。

(c) 由大到小排列產品的 CM/BN 值，並規劃其為計 畫性生產的訂單依據，直到 CCR 的產能耗盡為 止。

(d) 再依 CM 值，由大至小來規劃那些不須在 CCR 上加工的產品。

依此啟發式產品組合法則，所排列的產品生產組合，可以使 公司的淨利最大化。劉氏【 7】修正此法則為；將 CM/BN 比率第 二順位的產品挪至最後，再回到步驟(c)重新進行排列，根據劉氏 的證明，修正後的產品組合能夠使公司獲得更高的淨利。然而無 論是啟發式產品組合法則，或者是經修正之後的產品組合法則，

在進行產品組合排列的過程中，假設與考慮因素極為周密，例如 產品有共同交期、CM 值已知、產品需求有限等，在這些假設與 考慮因素之下，其訂單產品組合的特性為：產品種類增加而訂單

批量減少，並因而可以獲得較佳淨利。另一方面，卻也忽略了 CCR 產能及機台使用率，在產品組合變動之下，會因為 WIP 組合的動 態變化，而呈非一固定的常數。

2.2.2 產能規劃

傳統粗估產能的方法有產能規劃因子法(Capacity Planning Using Overall Factors ;FPOF)、產能料單法(Capacity Planning Using Capacity Bill; CB)、資源概算法(Capacity Planning Using Resource Profile ; RP)。而細部產能規劃則為產能需求規劃 (Capacity Requirements Planning ; CRP)。上述四種產能規劃方

法，張氏【5】曾有過大致的介紹，為利於比較四種產能規劃之差 異，經本研究整理後以表 2-2 示之。

表 2.2 傳統產能規劃法【5】

產能規劃 法

輸入資料 資料來源 輸出資料 優點

產能規劃 因子法

1.主生產排程。

2.產品標準加工時間。

3.各加工中心之加工時 間於標準加工時間所佔 之比例。

1.產能組合。

2.各加工中心 產能之歷史分 攤比例。

1.各加工中心 之每週或每 月之負荷或 使用率。

1.計算簡 單。

2.資料準 備容昜。

產能料單 法

1.主生產排程。

2.產品於各加工中心 之加工時間。

1.實際產品組 合之各加工中 心之產能負 荷。

1.各加工中心 之每週或每 月之負荷。

資源概算 法

1.主生產排程。

2.生產途程資料。

3.標準工時。

4.前置時間。

1.實際產品組 合之各加工 中心之產能 負荷。

1.各加工中心 之每週或每 月之負荷。

1.可以反 應各時間 的負荷變 化。

產能需求 規劃法

1.主生產排程。

2.生產途程。

3.標準工時。

4.庫存狀況。

5.在製品資訊。

6.生產資源數量。

物料需求計劃 (MRP ; Material Requirement s Planning) 。

1.生產資源在 各期間之負 荷狀況。

1.可提供 較準確之 資源負荷 資訊。

雖然表 2-2 之各種產能規劃方法，其考慮的輸入因子與資料來 源皆非常周密。但是，對於機台(加工中心)使用率並未列入考慮，

而其資料來源依據為歷史資料的機台負荷比率。然而，晶圓廠內 的機台與 WIP 是呈動態變化的，在不同產品組合之下，其機台負 荷比率也有所不同。因此，以歷史資料的機台負荷，進行產能規 劃作業，仍有改善空間的存在。

2.2.3 製程世代與製程類型對產品組合產能的影響

一般而言，同一製程世代的產品，IC 設計公司在設計之時，

對於金屬層或複晶層等製程規格會予以標準化，而同世代同製程 產品則會將光罩層數一致化。但是，若一座晶圓廠的產品組合，

同時存在不同世代與不同製程產品時，除了一般眾所周知的對準 曝光機台為 CCR 之外，金屬層與複晶層加工機，也會隨著產品組 合比例而對系統整體產能有所影響，甚至成為新的 CCR 機台。例 如一座專業的 0.44µm DRAM(4P1M)廠，其金屬層加工機每日可 加工 1500 片次的晶圓，若轉換為 0.6µm 邏輯產品(1P3M)之後，

每日加工或許仍可達 1500 片次的晶圓，但其最後的產品組合的產 能則降至 500 片(1500/3)，但複晶矽層加工機的產能卻增加了 3

倍(4-1=3)。而此一現象，在產能規劃之時，應將其列入考慮。

由 TOC 所發展出的啟發式產品組合法則，在追求公司最大淨 利之目標下，其產品種類通常也呈多樣少量的產品組合。然而，

上述之例子並未考慮不同製程規格與配方的不同，實際上不同製 程產品於相同機台加工，其製程配方亦有所不同。不同製程配方 的轉換，皆需進行換線作業，因此，產品組合種類越多， CCR 的 機台使用率限制也越多，其影響將不只是任何機台的產能規劃可 以預估。

2.3 限制理論為基礎之限制驅導式派工法則

限制理論的理念，被廣泛應用於各種領域的管理工具上，當 然，也包括了以限制理論為基礎的派工法則。其基本理念為保護 CCR 機台的緩衝(WIP)，並同時考慮保護訂單交期的排程【3】， 此二項重要的輸入因子，能使 CCR 機台之派工被充分而有效的運 用。林氏【4】曾以黃光區光罩的步進對準機(Stepper)為 CCR 機 台對象，進行限制驅導式(Drum-Buffer-Rope ; DBR)派工法則的改 善，其進行程序經整理後如下：

一、 計算 CCR 對準曝光機(Stepper)各群組應保有的在製品 量及派工警戒值。

二、 以個別 Stepper 機台為派工的考量。

三、 其它非瓶頸機台之派工，以緊迫值(Critical Ratio ; CR) 派工法，作為派工的標準。

四、 非瓶頸機台全力配合 CCR 機台。

五、 CCR 機台之派工法則，在考慮黃光區作業限制下，以 CCR 機台產出最大為原則。

林氏【4】之限制驅導式派工法則的改善，主要貢獻可從二方 面予以探討。第一：考慮 CCR 機台 WIP 的緊迫值及緩衝水準，

對產品訂單以生產進度分別制定趕工區、警示區、忽略區，之後 再綜合制定每批產品的加工排序權(Priority)，以確保產品訂單的

交期不受延遲。第二：非瓶頸機台則以交期為主要加工排序之依 據。總而言之，林氏【 4】的限制驅導式派工法則，是以產品訂單 之交期與緊迫值，驅導 CCR 機台與非瓶頸機台的派工。至於批量 式加工機台的使用率與產能，並未列入其派工法則內。

2.4 多產品批量作業之派工法則

本研究之 CCR 機台主要設定在批量式加工機，而其 WIP 分佈 為多樣少量的多批式生產線。在包括林氏【 4】所發表在內的限制 驅導式派工法則，及表 2.3 所列之多批量相關派工法則的文獻，

對於 CCR 機台或非 CCR 機台的派工，有極多的探討。綜合觀之，

在這些文獻當中，皆視每一工作站的機台為各自獨立而不相關，

且主要是以產品之交期、剩餘加工時間、等候時間及當站 WIP 水 準為派工機制所在。其中 CR 法、EDD 法、FIFO 法、MCR 法、

NACH 法、RANDON 法、SPT 法、SRPT 法的共同點，是該派工 法則適用於整體生產線的每一工作站，至於 TB 法，則是將 CCR 與非 CCR 機台的派工法各自分開。

然而在實際上，包括半導體晶圓廠在內的任何產業，每一種 批量式加工機在整體生產線的加工步驟中，造成 WIP 的多產品批 量型態原因，最主要是來自於前一加工站機台的產出。因此，本 研究認為，包含限制驅導式在內的上述派工法則，若能再考量及

控制前一加工站機台的產出，則能使各派工法則能更加的完善。

表 2.3 多產品批量作業之派工法則

派工法則 所需資訊 優點 適用時機 參考文獻

CR (Critical Ratio)

1.交期。

2.批量剩加工時間。

1.越靠近生產流程末 端的產品越優先 加。

1.月底趕出貨時。 O’Neil【19】

EDD 1.交期。 1.最小化產品最大延

遲時間。

1.交期較其他績效重 要。

O’Neil【19】

FIFO (First In First Out)

1.批量到達時間。 1. 簡單。

2. 公平。

1. 機台負荷輕時。

2. 加工順序不重要 時。

Wein【20】

MCR (Minimum Cost Rate)

1.單位持貨成本。

2.等候線內批量數。

1. 使單位時間的持貨 成本最小化。

2. 降低等候線內加工 晶圓批的數目。

1.用在成批加工機 台。

Weng【21】

NACH (Next Arrival Control Heuristic )

1. 引進滾動幅度 (Rolling Horizon) 的觀念。

2. 每一晶圓批到達 時，即作一次預 測，以修正原預測 資，期能有效避免 預測誤差。

1.使得晶圓的等待時 間最小化。

Flower【9】

RANDON 1.使用亂數選取。 1. 公平。

2. 簡單。

1.不考慮複雜的方 法。

Li【17】

O’Neil【19】

SPT 1.工作加工時間。 1.產品平均流程時間 最短。

1.要在相同時間中加 工最多產品。

一般法則 SRPT 1.剩餘加工時間。 1. 工件平均流程時

間最短。

2. 平均流程時間變 異小。

1.要在相同時間中加 工最多產品。

O’Neil【19】

Wein【20】

Li【17】

TB

(Two-Bound ary)

1. 第一、第二製程步 驟間之實際存貨與 計劃存貨水準 (WIP 門檻值)之差 距。

2. 實際累積生產量與 實際累積需求量。

3. Surplus 門檻值。

1. 平均生產週期時間 較短。

2. 平均生產量較大。

3. 平均在製品較小。

4. 平均在製品浪費較 少。

1. 最好使用在瓶頸機 台。

2. 非瓶頸機台使用 FIFO。

Yan【22】

第三章、CCR 機台之產能與使用率損失分析

34

任何一座專業 DRAM 晶圓製造廠，在企業策略轉換之後，如 果由單一標準化的生產模式，轉換為多樣少量而低標準化的生產 模式，且在追求淨利目標最高下，將使不同製程世代與不同製程 產品，同時存在於該晶圓廠的生產線上。然而，晶圓廠生產線的 WIP 一直以來是呈動態分佈模式，因此，當 CCR 機台的 WIP 產 品種類變異太大時，雖然有限制驅導式派工法則來解決其派工問 題。但是，該法則主要之保護機制是在訂單的交期，並未考慮到 CCR 機台的產能與使用率及 WIP 之間的關係。亦即，CCR 機台 之使用率與產能並未受到保護。而當機台使用率及產能未受到保 護時，從產品組合到產能預估與產能規劃，都將無法受到保護。

當然，各產品訂單的交期也就無法受到保護，以致於每筆產品訂 單的緊迫值，都會在緊迫區內，其結果可能導致每筆訂單彼此干 擾的現象。

本章將證明換線時間與產品批量於多樣少量時 CCR 機台的產 能損失。在本文 2.1 中曾述及不同世代技術與不同製程種類之產 品，其製程規格有著不同的要求與差異。因此，本研究將以實例 說明與分析一條半導體生產線，不同世製程代技術與不同製程種 類同時存在的多樣少量 WIP 之下，對 CCR 機台的有效使用率與 產能的損失影響。本研究的分析架構，如圖 3.1 所示。

確認 CCR

3.1 CCR 使用率與產能分析架構

通常一晶圓廠在確定產品組合之後，對該產品組合內所有用 到的加工機台，皆以固定的機台使用率及製程加工標準時間，做 為產能的評估依據。實際上，無論是透過模擬程式運算或是一般 的試算，大部分皆能在短時間內確認該產品組合之 CCR 機台所 在。因此，本研究將不予討論 CCR 的確認過程，而直接對已知 CCR 機台的 WIP 進行分析，分析證明各產品批量大小變異，對 CCR 機台將造成產能上的損失。

3.2 WIP 產品種類變異對 CCR 的影響

本研究一再強調不同世代技術與不同製程種類，其製程規格 有著不同的要求與差異，而其主要的控制方式為，在加工機台上 定義不同的製程配方(RCP)。然而，一座晶圓製造廠生產線上無 法預知的變數極多，例如: 機台的當機、異常等，諸如之類的生 產變數，往往造成 CCR 機台 WIP 產品種類與批量變異更加的嚴 重，這是晶圓投料或長排程所無法預料的。而除了機台與製程的 變數所造成產品種類 WIP 變異之外，機台的加工方式也是 WIP 變異的原因之一。如圖 3.2 所示，以序列與批量加工二類機台而 言，若序列加工為前一加工步驟，而批量加工為後加工步驟。如 果，序列加工機台依排程需求分別處理三種不同產品，則後站的 批量加工機台 WIP 變異將受到前站加工機台的影響，造成表 3.1 所示之產能與使用率的損失。當加工步驟一在 10:00 的時候，依 序開始進行產品 A1、A2、B1、B2、C1 、C2 的加工，在序列型 加工機每小時 25 片的產出率之後，加工步驟二於 11:00 開始進

行產品 A1 的加工，但是，以批量型加工機的每次最大加工容量 150 片來看，則加工步驟二的批量型加工機產能損失為；150 片- 25 片＝125 片。 若產品 A 與產品 B 及產品 C，其製程配方之間的轉 換時間為 1hr，則在當日的 13:00 時需進行 A2 至 B1 的 1hr 換線

時間，而在 16:00 則進行(B1+B2)到(C1+C2)的換線作業，最後該批 量型機台當日的使用率損失為； 4.17%+4.17%=8.34%。因此，本研 究將就各種狀況所產生的 WIP 以提出實例及說明。

表 3.1 加工型式與產能/使用率的損失

加工步驟一 25片/次, 25片/1hr

加工步驟二 150片/批次, 1批次/3hr

產 品

加工 片數

開始 加工 時間

結束 加工 時間

產品到 達時間

累積可 加工片 數

開始加工 時間

結束加工 時間

產能損 失

機台使用率損 失＝

換線時間 / 2 4 h r s A1 25 10:00 11:00 11:00 25 11:00 14:00 125

A2 25 11:00 12:00 12:00 25 14:00 17:00 125 B1 25 12:00 13:00 13:00 25 16:00 換線 A2→B1，時間

＝1hr

4.17%

B2 25 13:00 14:00 14:00 50 17:00 20:00 100 C1 25 14:00 15:00 15:00 25

C2 25 15:00 16:00 16:00 50

16:00 換線(B1+B2)→

C1+C2)，時間＝1hr

4.17%

20:00 21:00 100

假設 CCR 機台，在加工不同製程產品 i 轉換之間，皆需進行 一次不同配方的測試與檢驗，此過程本研究將其定義為 CCR 機台 的總換線時間 STi ，則 CCR 機台的換線時間將與產品種類 i 成 正比，如式(3-1)所示。亦即，若 i 等於 1 時，資源受限機台 C 並 不需要換線時間。同樣的，假設 CCR 機台的產品 i 加工時間為 PTi，則當日 CCR 機台的產品 i 總加工時間，會是該機台的加工

序列加工機 台 25 片/次 25 片/小時

圖 3.2 加工型式與產能/使用率損失示意圖

加工步驟一 加工步驟二

時間

A:25 片

A:25 片

C:25 片

批量加工機 台 150 片/批量

11:00

12:00

17:00 10:00

產品 A,B,C 各 50 片

11:00 16:00

次數乘積，如式(3-2)所示。 因此，若每 日的可加工時間為一固定 常數，則 CCR 機台當日的有效使用率會是如式(3-3)所示，從公式 可以證明，當機台的換線時間 STi越小，則 CCR 機台有效使用率 EU 越高，以此反推，若 CCR 工作站的 WIP 中產品種類 i 越多，

相對的其換線次數也越多，而 STi將越隨之越大，最後導致 EU 變小。

其中

PT 為總加工時間

PT_i為產品 i 的標準加工時間 R 為加工的次數

WT 每日可加工時間

∑

×

=

i

i

R PT

PT

1

WT

PT

≤ (3-2)

其中

ST_i為總換線時間 i 為產品種類

ST 為 CCR 每次換線時間 WT 每日可加工時間

ST i

ST

=

−

× ST

≤ WT (3-1)

機 台 的 設 計 使 用 率 DU：半導體設備製造商在出售機台予半導

Maintenance ; PM)，以及機台每日平均當機時間之後的使用率，

在本研究將其定義為 DU (Design Utilization)。

式(3-3)已證明 ST 是讓有效使用率降低的主要因子，因此，CCR 當日 WIP 因產品種類而增加的換線次數，其導致機台使用率損失 UL 會等於 DU 與 EU 相減所得的值，以式(3-4)示之。

UL=DU - EU

(3-4)

其中

UL 為機台的使用率損失 DU 為機台的設計使用率

EU 為 CCR 機台的有效使用率 其中

EU 為 CCR 機台有效使用率 PT_i為產品 i 的標準加工時間 R 為加工的次數

STi為總換線時間 WT 每日可加工時間

WT

ST PT

R EU

n

i

n

i i

∑

∑

= =

−

×

=

(3-3)

機 台 的 設 計 產 能 C D：批量式加工機台視機台種類，通常不同

在本研究之中，若 CCR 機台為批量式生產，則該機台在當日 的設計產能 CD 可由式(3-5)示之。

機台的有效產能 CE：批量型加工機台每次的實際加工晶圓批

因此，批量型加工機台當日累加每次的實際加工批量，本研究

(3-5)

其中

CD 為 CCR 機台當日的設計產能 R 為 CCR 機台的加工次數

BQ 為機台單次加工的最多晶圓容量

∑

×

=

i

BQ R CD

1

當產品 LQi批量越小，則當日的有效產能也越少。

根據式(3-5)與式(3-6)得知，假設 CCR 機台當日可處理加工的 極限次數 R 為一固定常數，則產品種類 i 的批量 LQi決定了該 CCR 的當日產出。也就是 CCR 的機台在當日，因產品種類 i 的批量

LQ_i不足所造成 的產能損失 CL 會等於 BQ 與 LQi相減的總合，並 以式(3-7)表示。

(3-6)

其中

CE(C) 為機台 C 當日的有效產能 R 為機台的加工次數

LQi 為產品 i 的加工批量

∑

×

=

i

LQ

R CE

1

(3-7)

其中

CL 為 CCR 機台當日的產能損失 BQ 為 CCR 機台單次的最大加工容量 LQ_i為產品 i 的加工批量

( )

∑

−

=

i

LQ

BQ CL

1

3.3 WIP 產品種類批量的產能損失分析

由式(3-6)與式(3-7)結論，證明 CCR 機台 WIP 產品種類 i 的批 量 LQi不足之變異，對 CCR 的影響將是產能損失。以下就某 M 公司半導體晶圓廠之批量式生產的 CCR 機台為例，其機台每次所 能處理的最大加工晶圓容量 BQ 等於 150 片，共計蒐集 15 天的當 日累計 WIP 實例，如表 3.2 所示。本節將以此實例證明 WIP 產品 種類批量的產能損失。

由表 3.2 得知，LQi越接近 BQ 的倍數，對單一產品種類所造 成的產能損越小，反之，則產能損失越大，倘若當日的產品種類 越多，相對其產能損失亦呈相乘效應。 以 Date：20000926 為 例 ， 當日的每種產品 WIP 為 158 片，而單次可加工的最大容量 BQ 為 150 片。因此，若產品種類 i=1 必需在當日全部完成加工，則勢必 分成二次加工數 R 的 BQ 進行加工，亦即，產品種類 i=1 當日在 CCR 的 CD＝2×150 =300 片，若當日 CCR 機台對該產品的加工為，第一次 加工 150 片，第二次加工 8 片，則產品種類 i=1 在 CCR 機台當日的產 能損失 CL 為

Σ

20000926 當日需將 WIP 內的產品累積種類 i=10 全部完成加工，則產 品 種 類 i 的 批 量 L Qi 在 C C R 機 台 當 日 累 積 之 產 能 損 失 為 i×CL＝(10×142)＝1420 片。

同理推證，再以 Date：20000917 為例，同樣的 CD＝300 片，

機台的產能損失 CL 可推證，為

Σ

＝33 片。其產能損失只有 33 片，若將 Date：20000917 當日的 WIP 內累積產品種類＝6 全部加工完畢，則產品種類 i 的批量 LQi

在 CCR 機台的當日累積產能損失只有 i×CL＝(6×33)＝198 片而已。

表 3.2 CCR 批量式機台 WIP 產品種類之機台產能損失

日期

Date

產品 種數

i

產品_i 批量 LQ_i

設計 產能

CD

產能 損失

CL

累積 設計產能

Σ

累積 有效產

能

Σ

累積 產能損失

Σ

20000916 8 181 300 119 2400 1448 952 20000917 6 267 300 33 1800 1597 198 20000918 7 113 150 37 1050 791 259 20000919 7 216 300 84 2100 1512 588 20000920 5 391 450 59 2250 1955 295 20000921 6 121 150 29 900 726 174 20000922 6 164 300 136 1800 984 816 20000923 4 232 300 68 1200 928 272 20000924 5 136 150 14 750 680 70 20000925 11 189 300 111 3300 2079 1221 20000926 10 158 300 142 3000 1580 1420

20000927 7 236 300 64 2100 1652 448 20000928 8 132 150 18 1200 1056 144 20000929 4 344 450 106 1800 1376 424 20000930 7 209 300 91 2100 1463 637 最大加工容量 BQ＝150 片 產能單位 :片

很明顯的，表 3.2 證明 WIP 產品種類批量的確會造成產能損 失。但是，機台之所以會成為 CCR，乃是該機台產能受限所致，

也就是 CCR 的產能資源是有限的。在保護 CCR 產能的 TOC 原則 之下，絕不允許 CCR 機台有如此大的產能損失。再者，實際上，

Date：20000926 當日 CCR 的 CD 可能也無法將各 158 片的 10 種 產品全部加工完畢。

因此，如何讓 LQi趨近 BQ 的倍數與降低產品種類 i 的數量，

是改善產能損失之所在。

3.4 WIP 產品種類變異的使用率損失

不同世代技術與不同製程種類在同一加工步驟時，通常其製 程規格亦不同，尤其是 DRAM 晶圓廠的單一產品生產線轉換為非 DRAM 的多樣少量之生產線後，CCR 的 WIP 同時存在不同製程 規格，是極為常見的現象。由 式(3-3)與 式(3-4)的結論，說明 CCR 機台 WIP 產品種類 I 的數量越多，則有效使用率越低，致使機台 的有效使用率低於設計使用使用率，產生了使用率的損失。同樣 的，本研究蒐集 CCR 批量式機台共計 15 天的產品 WIP 狀況，如 表 3.3 所示。

在說明本例之前，首先對於此批量式 CCR 機台，其相關之作 業時間做以下的說明:

一、 每次換線時間 ST＝30 分鐘。

二、 產品加工時間 PT＝150 分鐘。

三、 機台設計使用率 DU＝80%。

四、 機台每日可加工時間 WT＝1440 分鐘。

表 3.3 中提供的訊息是，產品種類 i 的數量與機台當日內的加工次 數 R，此二項因子分別與使用率損失 UL 有著正負向關係。以

Date：20000918 其產品種類數 i＝5 及加工次數 R＝8 時，該日產品種 類 i 之總換線時間 STi＝(5-1)×30＝120 分鐘，而當日 CCR 機台的有效 使用率 EU＝

Σ

Σ

CCR 機台在 Date：20000918 當日的機台使用率，UL＝DU - EU

＝80%-75%＝5%。

相反的，由表中的 Date：20000927 可知，當產品種類數 i＝6 及加 工次數 R＝6 時，產品種類 i 在 CCR 機台的總換線時間為 150 分 鐘，而該日的 CCR 機台 C 的有效使用率 EU 只有 52.1%，最後的使 用率損失率 UL 高達 27.9%。

然而實際上，R 的多寡通常會是趨於一固定常數。也就是 R 會 趨近於 CCR 機台當日所能加工次數的最大極限次數。因此，產品 種類 i 的數量多寡乃是影響 UL 之最大因子，若能將產品種類 i

降至最少，則當日 CCR 機台的有效使用率 EU，可得到最佳的利 用。

表 3.3 WIP 產品種類變異之機台使用率損失

Date

產品 種數

i

機台 加工數

R

累積 加工時間

Σ

累積 換線時間

Σ

機台 有效使用

率 EU

機台 使用率損

失 UL 20000916 3 7 1050 60 68.8% 11.3%

20000917 6 6 900 150 52.1% 27.9%

20000918 5 8 1200 120 75.0% 5.0%

20000919 4 7 1050 90 66.7% 13.3%

20000920 8 7 1050 210 58.3% 21.7%

20000921 5 7 1050 120 64.6% 15.4%

20000922 6 7 1050 150 62.5% 17.5%

20000923 6 7 1050 150 62.5% 17.5%

20000924 8 8 1200 210 68.8% 11.3%

20000925 5 7 1050 120 64.6% 15.4%

20000926 6 7 1050 150 62.5% 17.5%

20000927 6 6 900 150 52.1% 27.9%

20000928 7 8 1200 180 70.8% 9.2%

20000929 6 7 1050 150 62.5% 17.5%

20000930 7 8 1200 180 70.8% 9.2%

時間單位:分鐘 每次換線時間 ST＝30 分鐘 產品加工時間 PT＝150 分鐘

第四章、CCR 機台與前一加工站間之派工法則

本研究以 TOC 五大步驟中的步驟二 :「充分利用此限制資源」

與步驟三 :「非限制資源全力配合此限制資源」為主要架構中心，

以降低 CCR 機台的 WIP 變異為機制，做為保護 CCR 機台的使用 率與產能之主要架構，如圖 4.1 所示。而在第三章的損失分析與 驗證，本研究已獲得產品種類的數量與產品種類的批量，是造成 產能與機台使用率損失的主因，本章將以 TOC 的第三個步驟 : 「非 限制資源全力配合限制資源」的觀念。提 出保護 CCR 機台的有效 使用率與產能的方法，構建 CCR 機台與前一加工站間之派工法 則，目的在對限制驅導式派工法則，予以更進一步的修正與改善，

其主要步驟如圖 4.2 所示。詳細說明如下：

步驟一：確認 CCR 機台 WIP 批量現況。

於第三章可知，不同世代技術與不同製程種類的多樣 少量 WIP 對 CCR 有效使用率與產能有其損失。因此，

確認 CCR 機台 WIP 現況之目的，在於建立一「充分 利用此限制資源」的機制，其機制為驅導非產能受限 資源機台，能夠加工 CCR 所需之產品 WIP。

步驟二：找出 CCR 的前一工作站之最佳批量大小，並規劃 其排程。

當 CCR 的驅導機制建立之後，以由後往前拉的方式，

驅導非產能受限資源機台的產出，亦即 CCR 的前一工

作站。驅導該工作站機台加工處理 CCR 所需產品批量 之短排程，而非僅以訂單或交期為觀點的 CCR 短排

程。畢竟，訂單或交期是可以用其它非受限資源機台，

在其加工步驟內以快速轉移方式予以趕工【2】。

CCR 機台使用率 與產能的緩衝保

護機制

Yes

No

量派工法則

確認 CCR 機台 WIP 批量現 況

改善前後 CCR 的 WIP 比較：

最佳產品種類 i

結束 確認CCR機台WIP批

量現況

CCR機台前一工作站 之批量派工法則 充分利用限制資源

機制建立

驅導

非限制資源全力 配合與支援CCR

圖 4.1 保護 CCR 機台機制架構圖

4.1 派工法則之主架構

以限制理論為基礎的限制驅導式派工法則，對於 CCR 機台的 派工，主要強調的是 CCR 機台的 WIP 加工排序權。但是就現實 上，在強調加工排序權下，如 3.2 節所述及圖 3.3 所示：加工排 序權對機台的產能與使用率最大化，將造成嚴重的衝突。因此，

由第三章的 CCR 機台之產能與使用率損失分析的驗證，彙整二項 影響 CCR 機台的使用率與產能的重要因子：

一、 產品種類 i 的數量多寡乃是影響 UL 的最大因子，若能 將 i 降至最少，則 CCR 機台的有效使用率 EU 可得到最 佳的利用。

二、 如何讓產品種類的批量 LQi能趨近 BQ 的倍數，是改善 CCR 機台產能損失之所在。

若能解決上述二點，則 CCR 機台的產能及使用率，即可得最 佳的充分利用。但是，在實際上，所有的 CCR 機台的 WIP 來源，

皆來自於前一工作站的產出。一般的派工法則，對於 CCR 機台 的前一站且為非 CCR 機台的派工，是採取分散式派工，也就是 開放派工權限至第一線的作業員或領班，大部分的時候是來什麼 產品，就加工什麼產品，為其派工的基本法則。在限制理論對非 CCR 機台的派工，林氏【4】則是強調以產品交期的緊迫值(Critical Ratio ; CR)排序權，為其主要的派工依據。

因此，若欲讓 CCR 機台 WIP 的產品種類 i 最小及產品批量 LQi越趨近於可加工的最大容量 BQ。顯然的，強調以產品交期 為緊迫值的限制驅導派工法則是不夠的。從另一角度而言，若要 打破以保護訂單的交期以及 CCR 機台的產能與使用率最大化之 間的核心衝突，本研究認為應如圖 4.3 所示，控制 CCR 機台前 一個工作站的產出，並以此做為 CCR 機台產能與使用率的控制 及保護的機制，方能打破機台與訂單之間的管理衝突。

本研究認為因批量的不足與產品種類變異所造成的 CCR 使 用率與產能損失，其關鍵因素在於 CCR 機台前一工作站的產 出。綜合此關鍵因素後，再融會圖 1.5 的現況圖與圖 4.1 的打破 核心衝突之後，本研究整理可得 CCR 使用率與產能損失改善因

良好的產出 管理

保護訂單交期 節奏，不強調 CCR 批量 訂單批量準時

出貨 CCR 機台使用

率/產能最大 化

強調 CCR 機台 WIP 批量大小

圖 4.3 打 破 核 心 衝 突 圖 控 制 CCR 前 一

加工站的產出

強調 CCR 批 量 ， 保 護 訂單交 期

發展 CCR 機台與非 CCR 機台間之派工法則。此一派工法則分二 部分進行，第一部分為確認 CCR 機台 WIP 批量現況，基本概念 是：使 CCR 機台的 WIP 減少變異，其目的在於建立保護 CCR 機台機制，及減少不同產品種類所帶來的換線時間。第二部分為 CCR 機台前一工作站之批量派工法則，其主要概念為 CCR 機台 前一加工站，需接受 CCR 當站的由後往前拉的驅導節奏，亦即，

非 CCR 的前一加工站機台，應加工 CCR 所需的 WIP，其進行步 驟如圖 4.5 所示。其流程簡述如下：

一、確認與分析 CCR 機台 WIP 現況步驟:

步驟一：定義及群組化 CCR 機台的產品種類 i。

步驟二：盤點 CCR 機台的製程種類 i。

步驟三：確認訂單排序優先權 Pi。

步驟四：計算 CCR 機台可加工製程種類 Pi與機台最大 加工批量。

步驟五：計算 CCR 機台之加工需求批量。

二、CCR 前一工作站之批量派工法則步驟

步驟六：定義及群組化 CCR 前一工作機台的產品種類 P_i。