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研究生: 陳勝一
Chen, Sheng-I
論文名稱: 批量加工之排程問題-半導體廠爐管機台為例
Simulation Analysis on Batch Process Scheduling Problem - a Case of Furnace
指導教授: 林則孟
Dr. James T. Lin
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工業工程與工程管理學系碩士在職專班
Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 接單式生產批次生產最晚可延遲法則
外文關鍵詞: Build to Order, Batch Process, Wait Until Delay, Control Strategy, Look Ahead
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  • 晶圓代工廠屬於接單式生產型態,製造現場之在製品管制以交期達成為目標,本研究提出一以交期為導向之爐管派工方法,以期能作為晶圓代工廠之爐管機台派工依據。爐管機台具有批次生產 (Batch Process) 特性,當材料進入機台加工前,需先在等候區集結,再一起進行加工,由於爐管機台的加工時間長以及加工過程中不可中斷,因此,需透過控制策略 (Control Strategy) ,在機台開始加工之前決定合適的開工時機,Control Strategy為爐管派工法則設計的核心。
    文獻上針對Batch Process之派工法則研究,以降低工件等候時間為主,然而晶圓代工產業的特性,交期成為現場排程重要的考慮因子,不同績效指標之間的取捨,而影響派工決策的訂定,本研究提出以達交率為改善目標之爐管派工法則,稱為最晚可延遲法則 (Wait Until Delay, WUD),在交期允許的時間範圍內,將爐管開工時間延後到最晚,並結合Look Ahead機制,以標準週期時間預估在製品來到爐管的時間,並決定是否等待這些在製品來到後再一起加工,預期能在滿足交期的前提下,提升爐管機台加工批量。
    籍由eM-Plant模擬軟體建構模擬模式,系統由八部爐管機台與七種產品組成,各產品之加工時間、加工最大批量與可加工機台不同。實驗設計在三種WIP水準與三種交期鬆弛度的環境因子設定下,探討不同的派工法則對於各項績效指標(交期達成率、週期時間、平均加工批次大小與機台使用率)之表現差異。由模擬結果得知,本研究所提出之最晚可延遲法則,可有效的提升達交率與加工批次。


    Foundry is based on build-to-order manufacturing plan, the purpose of inline WIP control is toward delivery on time. This research proposed a due-date-oriented dispatching rule of furnace station which has Batch Process characteristic. In this circumstance, WIP gather in the queuing area first, and then process together. Since long processing time and non-preemptive are furnace manufacturing features, through Control Strategy to determine suitable time to begins to process in advance. Control Strategy effective to the result of system performance most on Batch Process dispatching decision.
    According to the literatures on Batch Process dispatching, most studies put focus on reducing waiting time. However, in most foundry companies, to fulfill due-date is at the top of production control. The diversity on the way of goal setting from literatures leads to different dispatching rule design. In this paper, we provide a new furnace dispatching rule which intends to improve delivery performance, being called “Waiting Until Due (WUD)” principle. WUD considers to due-date to decide the time span for postponing furnace operation. Furthermore, WUD combines Look Ahead mechanism which estimates future arrival events according to standard cycle time in advance. As a result, WUD is expected to be satisfied to due-date in primary objective and second is raising batch size.
    The experiment is built and constructed the simulation model by eM-Plant simulation software, made up of eight furnace machines and seven kinds of products on which all products have different processing time, batch size and individual furnace machines. In experimental design, three kinds of WIP level and three level of slack setup on due, probed into different dispatching rules affected to every performance indices, including CLIP, cycle-time, batch size and utilization. From the result, WUD performed on CLIP and batch size in very effective improvement.

    Keywords: BTO, Batch Process, Control Strategy, WUD, Look Ahead

    目 錄 圖 目 錄 IV 表 目 錄 V 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 3 1.3 研究範圍 4 第二章 爐管排程問題說明 5 2.1 晶圓製造流程 5 2.2 爐管製程簡介 5 2.2.1 爐管製程原理 6 2.2.2 爐管加工作業流程 10 2.2.3 排程特性 10 第三章 文獻回顧 14 3.1 批量加工 (BATCH PROCESS) 定義 14 3.2 爐管排程相關文獻 15 3.3 批量加工之派工法則文獻 16 3.3.1 最小批量法則 (MINIMUM BATCH SIZE,MBS) 16 3.3.2 MBS最小批量訂定之最佳化 17 3.3.3 DYNAMIC BATCHING HEURISTIC, DBH 17 3.3.4 NEXT ARRIVAL CONTROL HEURISTIC, NACH 18 3.3.5 MINIMUM COST RATE, MCR 18 3.3.6 ROLLING HORIZON COST RATE HEURISTIC 19 3.3.7 DYNAMIC JOB ASSIGNMENT HEURISTIC 19 3.3.8 各種方法比較 19 第四章 爐管派工法則與模擬分析 23 4.1 WUD (WAIT UNTIL DELAY) 派工法則 23 4.1.1 WAIT UNTIL DELAY, WUD法簡介 23 4.1.2 預期目標 23 4.1.3 WUD派工法則說明 23 4.2 實驗系統說明 26 4.2.1 實驗目的 27 4.2.2 系統描述與假設 27 4.2.3 績效指標 31 4.3 實驗因子 31 4.3.1 環境因子 32 4.3.2 控制因子 32 4.4 模擬構建 33 4.4.1 概念模式 33 4.4.2 派工法則設計 34 4.4.3 模擬模式構建 37 4.5 模式驗證與確認 40 4.5.1 模式驗證 40 4.5.2 模式確認 40 4.6 模擬結果分析 41 4.6.1 達交分析與比較 43 4.6.2 週期時間分析與比較 44 4.6.3 BATCH SIZE分析與比較 44 4.6.4 機台使用率分析與比較 45 4.6.5 小量產品之達交分析 46 第五章 結論與未來研究方向 48 5.1 結論 48 5.2 未來研究方向 49 參考文獻 51 圖目錄 圖1-1產業供應鏈結構 2 圖2-1晶圓製造示意圖 5 圖2-2爐管晶舟及CHAMBER 6 圖2-3 VERTICAL FURNACE機台外觀 7 圖2-4機台內部機構 8 圖2-5場氧化層之電子顯微鏡剖面圖 9 圖2-6完成晶圓加工之示意圖 9 圖2-7爐管加工作業流程 10 圖2-8爐管排程特性 10 圖3-1同步機台與非同步機台 14 圖3-2批量加工示意圖 15 圖3-3 DBH範例 18 圖3-4派工法則關係圖 21 圖3-5各派工法則之環境條件比較 22 圖4-1 WUD之CONTROL STRATEGY 24 圖4-2 LFJ派工法則範例 25 圖4-3 WUD派工法則示意圖 26 圖4-4實驗架構 27 圖4-5產品比重 28 圖4-6念模式 33 圖4-7 MBS法之CONTROL STRATEGY流程 35 圖4-8機台選材料流程 36 圖4-9材料選機台 37 圖4-10 EM-PLANT模式構建構 40 圖4-11 MBS與WUD之CLIP表現 43 圖4-12 MBS與WUD之週期時間表現 44 圖4-13 MBS與WUD之BATCH SIZE表現 45 圖4-14 MBS與WUD之機台使用率 46 表目錄 表2-1產品與機台對映關係 11 表2-2產品比重 12 表3-1 BATCH PROCESS派工法則比較 20 表3-2 LOOK AHEAD方式比較 22 表4-1靜態產能計算 29 表4-2產品與爐管機台之關係 30 表4-3實驗變因 32 表4-4系統個體 37 表4-5 EM-PLANT物件屬性 38 表4-6績效指標表現 41 表4-7單因子 (派工法則) ANOVA分析 42 表4-8 單因子變異數分析表(績效指標:CLIP) 42 表4-9單因子變異數分析表(績效指標:週期時間) 42 表4-10單因子變異數分析表(績效指標:每次加工批量) 43 表4-11單因子變異數分析表(績效指標:機台使用率) 43 表4-12少量產品達交率比較 47

    參考文獻
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