由於高度資金密集的關係，使得半導體產業具有資本投資遞延與價格起伏激烈之兩大特性，因而造成半導體產業只要有供需不平衡的現象，就會產生損益的大幅變動，此現象在DRAM產業尤為激烈。
有鑑於此，本研究針對DRAM產業在市場景氣良好與市場景氣低迷時，發展其在需求不確定下產能擴張的做法。在考量市場景氣狀況與產品需求變動下，分兩階段建立其整數規劃模式。首先必須針對DRAM廠所面臨的市場景氣狀況予以偵測，以做為選擇初估產能水準數估算方式的依據，然後利用公司過去實際的產品需求數量、每種產品耗用產能的情形與每種產能採購成本等資料，使用選定的估算方法求算出初估產能水準數。接著將求得的初估產能水準數作為第二階段模式的輸入，並以工作站使用率與存貨短缺成本作為模式績效衡量的指標，在考慮多種需求狀況與資金限制下，建立ㄧ整數規劃模式，以冀能幫助決策者在不同市場景氣狀況下，決定其產能設置計畫，並為每種工作站設置其最有效率的產能水準數。

我們對不同景氣狀況下的產能設置計畫進行實驗，藉以觀察每種初估產能水準估算法則對每種工作站產能設置量與模式缺貨量成本的影響。最後，更將單一需求模式和多種需求模式之缺貨量成本做比較，並提出在何種限制下使用何種模式，才能使決策者同時兼顧模式的績效值與其求解時間的建議。

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This study is motivated by issues faced by the capacity expansion in DRAM manufacturing.The characteristic of massive investment makes semiconductor manufacturing to have two phenomenons which are delaying returns of investment and violent change of the product unit price.This makes loss or/and benefit to change violently when it is unbalance between supply and demand.The phenomenon of price changing is very sensitive especially in DRAM manufacturing.
Our aim in this paper is to provide a two-stage integer program model for DRAM manufacturing's capacity expansion that incorporates two types of market conditions and the uncertainty in demand forecasts.In the first stage,we observe the market condition of DRAM manufacturing,and choice an appropriate initial capacity estimate rule for facing the market condition. Then,we use historical production demand data,capacity consuming data of products, and the cost data of purchasing capacity to get initial capacity for machines.In the second stage,initial capacity of machines given, we establish the integer program model under various demand scenarios and budget constraints,and use utilization of machines and stock-out costs as the performance of this model.Our proposed model can help a policymaker to decide the capacity expanding plan under different market conditions and install an efficient set of capacity for machines.

We further experiment on capacity expansion under different market conditions,and observe various initial capacity estimate rules make influences on the capacity of machines and the stock-out cost of the model.Finally, we compare the performance of a capacity expansion based on single demand to various demands and provide suggestions which enable us to make a decision by considering both the solution performance and its executing time.

中文摘要……………………………………………………………………i

Abstract………………………………………………………………… ii

誌謝辭……………………………………………………………………iii

目錄……………………………………………………………………… iv

圖目錄…………………………………………………………………… vi

表目錄……………………………………………………………………vii

第一章 緒論……………………………………………………………1

1.1 研究背景………………………………………………………1

1.2 研究動機………………………………………………………3

1.3 研究範圍與目的………………………………………………5

1.4 研究架構與大綱………………………………………………6

第二章 文獻回顧………………………………………………………8

2.1 需求不確定之產能規劃問題…………………………………8

2.2 半導體產業之產能規劃問題…………………………………10

2.3 半導體產業之生產規劃問題…………………………………13

2.4 小結……………………………………………………………17

第三章 模式建立………………………………………………………18

3.1 整體模式概念與架構圖……………………………………………18

3.2 產能設置模組………………………………………………………18

3.2.1 構想與圖示…………………………………………………18

3.2.2 假設條件……………………………………………………20

3.2.3 符號定義……………………………………………………21

3.2.4 數學模式……………………………………………………22

第四章 模式運算之小型範例…………………………………………27

4.1 參數設定與說明……………………………………………………27

4.2 以景氣良好之產能擴張方法為例…………………………………32

4.3 以景氣低迷之產能擴張方法為例…………………………………34

4.3.1 以產品成本為基礎的估算法則……………………………34

4.3.2 以工作站為基礎的估算法則………………………………38

4.4 分析與比較…………………………………………………………41

4.4.1 比較景氣良好與景氣低迷下之結果………………………41

4.4.2 比較景氣低迷下兩種估算法則之結果……………………42

4.5 決策方案……………………………………………………………43

第五章 實驗設計………………………………………………………46

5.1 資料設定……………………………………………………………46

5.2 產品成本與工作站為基礎的估算法則……………………………47

5.3 單一需求模式與多種需求模式……………………………………52

5.3.1 單一需求模式………………………………………………52

5.3.2 實驗結果與分析……………………………………………53

第六章 結論與建議……………………………………………………59

6.1 結論…………………………………………………………………59

6.2 未來研究建議………………………………………………………60

參考文獻 …………………………………………………………………61

附錄A 模式參數設定………………………………………………… 64

附錄B 5.2節程式與註解………………………………………………68

附錄C 5.3節程式與註解………………………………………………74

圖目錄

圖 1-1 生產規劃與排程研究在半導體產業之技術性分類……………2

圖 1-2 半導體前段與後段製造程序簡圖………………………………2

圖 1-3 產值成長率比較…………………………………………………3

圖 1-4 歷年資本投資比率與半導體ASP、產值成長率關係………… 4

圖 2-1 訂購數量對應於期望損失之函數圖形…………………………16

圖 3-1 整體模式架構圖…………………………………………………19

圖 3-2 初估產能水準模組與產能設置模組之輸入與輸出和兩模組間之

關係圖……………………………………………………………20

圖 5-1 不同產品種類下兩種估算法則之工作站平均初估產能水準數的

差距………………………………………………………………50

圖 5-2 不同產品種類下兩種估算法則之模式平均目標函數值的差距

……………………………………………………………………51

圖 5-3 不同預測正確度下單一與多種需求模式目標函數值差距百分比

……………………………………………………………………55

表目錄

表 2-1 訂購數量方案對應於其高估、低估發生機率…………………16

表 4-1 需求狀況發生機率、產品價格與變動成本的參數設定值……27

表 4-2 不同需求狀況下產品歷史需求所配適出的分配………………29

表 4-3 每種工作站ck與uk的參數設定值………………………………31

表 4-4 景氣良好時不同需求狀況下每種產品實際應生產的數量……33

表 4-5 景氣良好時不同需求狀況下每種工作站實際應設置的產能水準

數…………………………………………………………………34

表 4-6 產品成本為基礎估算法則之不同需求狀況下每種產品實際應生

產的數量…………………………………………………………37

表 4-7 產品成本為基礎估算法則之不同需求狀況下每種工作站實際應

設置的產能水準數………………………………………………37

表 4-8 每種工作站之uk估計值…………………………………………38

表 4-9 工作站為基礎估算法則之不同需求狀況下每種產品實際應生產

的數量……………………………………………………………40

表 4-10 工作站為基礎估算法則之不同需求狀況下每種工作站實際應設

置的產能水準數……………………………………………… 40

表 4-11 景氣良好與景氣低迷時每種工作站初估產能水準數之比較 41

表 4-12 景氣低迷時之兩種估算法則每種工作站初估產能水準數之比較

………………………………………………………………… 42

表 4-13 不同需求狀況下兩種估算法則估算出之每種工作站實際應設置

的產能水準數之比較………………………………………… 43

表 4-14 所有需求狀況之產能設置計畫……………………………… 44

表 4-15 不同需求狀況下每種工作站產能設置量差距百分比……… 45

表 5-1 以產品成本為基礎之估算法則在考慮不同產品種類下每種工作

站平均初估產能水準數…………………………………………48

表 5-2 以產品成本為基礎之估算法則初估產能水準數之分析結果…48

表 5-3 以工作站為基礎之估算法則在考慮不同產品種類下每種工作站

平均初估產能水準數……………………………………………49

表 5-4 以工作站為基礎之估算法則初估產能水準數之分析結果……49

表 5-5 不同產品種類下兩種估算法則之工作站平均初估產能水準數…

……………………………………………………………………50

表 5-6 不同產品種類下兩種估算法則之模式平均目標函數值………51

表 5-7 單一需求與多種需求之求解問題數與求解時間之比較(20)…54

表 5-8 單一需求與多種需求之求解問題數與求解時間之比較(30)…54

表 5-9 不同預測正確度下之單一與多種需求模式目標函數值的比較

(20)………………………………………………………………54

表 5-10 不同預測正確度下之單一與多種需求模式目標函數值的比較

(30)…………………………………………………………… 55

表 5-11 整數規劃模式與線性規劃模式之單一需求與多種需求狀況求

解問題數與求解時間的比較………………………………… 57

表 5-12 不同pc值下整數規劃模式與線性規劃模式之單一需求與多種需求

狀況缺貨量成本平均值差距百分比的比較………………… 58

[1]Bai, X., and Gershwin, S.B., “ A Manufacturing Scheduler's
Perspective on Semiconductor Fabrication ”, VLSI Memo No.89-
518, Massachusetts Institute of Technology, VLSI Memo No.89-
518(1990).
[2]Balachandran, B.V., Balakrishnan, R., and Sivaramakrishnan,
K.,“ Capacity Planning with Demand Uncertainty ”, The
Engineering Economist, Vol. 43, No1, 49-71(1997).
[3]Balakrishnan, R., and Sivaramakrishnan, K., “ Is Assigning
Capacity Costs to Products Really Necessary for Capacity
Planning ? ”, Accounting Horizons 11,1-11(1996).
[4]Banker, R.D., and Hughes, J., “ Product Costing and
Pricing ”, The Accounting Review 69, 479-494(1994).
[5]Bard, J.F., Srinivasan K., and Tirupati, D., “ An
Optimization Approach to Capacity Expansion in Semiconductor
Manufacturing Facilities ”, International Journal of
Production Research, Vol. 37, No.15, 3359-3382(1999).
[6]Bean, J.C., “ Capacity Expansion Under Stochastic Demand
”, Operations Research, Vol. 40, Supplement Stochastic
Processes, S210-S216(1992).
[7]Bermon, s., and Hood, S.J., “ Capacity Optimization Planning
System (CAPS) ”, Interfaces 29:5, 31-50(1999).
[8]Bitran, G.R. and Tirupati, D., “Capacity Planning with
Discrete options in manufacturing networks ”, Annals of
Operations Research, 17, 119-136(1989).
[9]Donohue, K.L., Hopp, W., and Spearman, M., “ Optimal Design
of Stochastic Production Lines : A Dynamic Programming
Approach.”, Working Paper, Department of Industrial
Engineering and Management Sciences, Northwestern
University, Evanston, IL(1995).
[10]Feigin, G.E., Katircioglu, K., and Yao,D.D., “ Capacity
Allocation in Semiconductor Fabrication ”, IEEE, 1374-1379
(1999).
[11]Fordyce, K., and Sullivan, G., “ A Dynamically Generated
Rapid Response Capacity Planning Model for Semiconductor
Fabrication Facilities ”, Impact of Emerging Technologies
on Computer Science and Operations Research. Kluwer
Publishing, Dordrecht, 103-127(1994).
[12]Hackman, S.T., and Leachman, R.C., “ A General Framework
for Modeling Production ”, Management Science, 35, 4, 478-
495(1989).
[13]Hughes, R.A., and Shott J.D., “ The Future of Automation
for High- Volumn Wafer Fabrication and ASIC Manufacturing ”
, Proceedings of the IEEE, Vol. 74,No.12, 1775-1793(1986).
[14]Kleinrock, L., “ Queuing System ”, Vol. II ( New York
Wiley ) (1976).
[15]Konopka, J., “Capacity Utilization Bottleneck Efficiency
System (CUBS) ”, IEEE Transactions on Components,Packaging
and Manufacturing Technology (1995).
[16]Leachman, R.C., “ Preliminary Design and Development of a
Corporate-Level Production Planning System for the
Semiconductor Industry ”, ORC report, Engineering Research
Center, University of California, Berkeley(1986).
[17]Leachman, R.C., “ Modeling Technology for Automated
Production Planning in Semiconductor Industry ”, Res. Rep.
ESRC 92-7/RAMP, 92-4, University of California, Berkeley
(1992).
[18]Leachman, R.C., and Carmon, T.F., “ On Capacity Modeling
for Production Planning with Alternative Machines ”, IIE
Transactions 24(4), 62-72(1992).
[19]Lee, Y., Kim, S., Kim, B., “ Production Planning in
Semiconductor wafer Fab Considering Variable Cycle Times ”
, Computers & Industrial Engineering,Vol. 33, Nos 3-4, 713-
716(1997).
[20]Swaminathan, J.M., “ Tool Capacity Planning for
Semiconductor Fabrication Facilities under Demand
Uncertainty ”, European Journal of Operational Research,
120:(3), 545-558(2000).
[21]Swaminathan, J.M., and Tayur, S.R., “ Managing Broader
Production Lines Through Delayed Differentiation Using
Vanilla Boxes ”, Working Paper, GSIA, Carnegie Mellon
University, Pittsburgh, PA, forthcoming in Management
Science(1995).
[22]Thompson, S.D., and Davis W.J., “An Integrated Approach
for Modeling Uncertainty in Aggregate Production Planning
”, IEEE Transactions on System, Man, and Cybernetics,
Vol.20, 1000-1012(1990).
[23]Uzsoy, R., Lee, C., and Martin-Vega, L.A. “ A Review of
Production Planning and Scheduling Models in the
Semiconductor Industry. Part I : System Characteristic,
Performance Evaluation and Production Planning ”, IIE
Transactions 24(4), 47-67(1992).
[24]Wayne, L.W., “Operations Research ”, Wadsworth,California
（1994）。
[25]王興毅，「IC製造業營運發展專題」，工業技術研究院電子工業研究
（1996）。
[26]劉政欣，「DRAM產業發展趨勢分析」，工業技術研究院電子工業研究
（1999）。

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