生产管理知识_ic设计业的供应链生产排程之研究

私立天主教輔仁大學資訊管理學系碩士班碩士論文應用基因演算法在IC設計業的供應鏈生產排程之研究研究生：朱玉芬 撰指導教授：葉宏謨 博士中華民國八十九年六月目 錄表次.i圖次.ii中文摘要.iii第壹章 緒論1第一節 研究動機1第二節 研究目的3第三節 研究流程5第四節 論文結構8第五節 研究貢獻9第貳章 文獻探討11第一節 IC設計業簡介11第二節 IC設計業的生產管理簡介16第三節 半導體生產排程相關研究21第四節 基因演算法相關研究26第五節 派工法則與績效評估30第參章 研究方法33第一節 研究範圍與限制33第二節 SCMSS模式的建立34第三節 研究假定條件38第四節 研究設計39第肆章 實例探討43第一節 IC設計公司產銷流程43第二節 各流程的製程說明55第三節 IC設計公司與外包廠商聯絡方法59第四節 IC設計公司的產品結構63第五節 IC設計公司生產管理65第伍章 研究結果與分析77第一節 SCMSS之績效評估標準77第二節 決定派工法則群78第三節 基本資料輸入79第四節 基因演算法之運作83第五節 結果說明與討論85參考文獻87我们总羡慕别人的幸福，却常常忽略自己生活中的美好。其实，幸福很平凡也很简单，它就藏在看似琐碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的东西，而是珍惜了生命中的点点滴滴，用感恩的心态看待生活，用乐观的态度闯过磨难。表 次表格 2-1 IC設計公司的生產資源使用情形表格 4-1 針測記錄表表格 4-2 晶圓廠提供之Wip Report表格 4-3 Pilot Run Table表格 4-4 外包廠商WIP分析表表格 4-5 外包交貨狀況彙總表表格 4-6 Item Master表格 4-7 BOM file表格 4-8 銷售預估表表格 4-9 資源需求計劃項目表表格 4-10 晶圓製程表表格 4-11 Wafer需求及製造成本預估表表格 4-12 測試機台一覽表表格 4-13 晶圓針測製程表表格 4-14 Package測試製程表表格 4-15 製造部日報表格 5-1 選定之派工法則群組表表格 5-2 真實訂單需求資料表格 5-3 產品基本資料表格 5-4 產品製程資源需求資料表格 5-5 生產資源之產能彙總表表格 5-6 排程結果表格 5-7 SCMSS改善效益表圖 次圖表 1-1 本研究的流程7圖表 2-1 我國IC設計業四種類型13圖表 2-2 半導體有關製造的產業及物流示意圖20圖表 2-3 基因演算法執行流程圖27圖表 3-1 IC設計公司的生產管理活動示意圖36圖表 3-2 SCMSS系統架構模式36圖表 3-3 GA排程架構圖38圖表 3-4 研究步驟40圖表 4-1 IC設計公司之生產流程簡圖44圖表 4-2 投code通知單46圖表 4-3 採購確認書47圖表 4-4 Wafer流程卡50圖表 4-5 Wafer委測外包單50圖表 4-6 外包單52圖表 4-7 Package委測外包單53圖表 4-8 Bill of Material64圖表 5-1 標準產品製造流程圖80論文摘要關鍵詞：供應鏈、IC設計公司、生產管理、基因演算法由於環境的多變，半導體工業的產品變化脈動非常頻繁，一般台灣製造業所面臨的需求難以預測、交期急迫、生產計劃經常變更等問題，在高科技的半導體業中也會面臨相同的問題，半導體業者要掌握市場趨勢並有效回應，加強對顧客的服務，以改善過去產業、產品及市場過度集中的情況。在經營策略上，如何將供應鏈管理轉變為企業競爭力，以適時做有效之需求預測及產能評估，快速回應市場是重要的一環。半導體產業是由許多不同stage的生產製造所構成，強調分工，以半導體產品的製程來說，首先必須由IC設計公司(IC Design House)設計產品，然後委由晶圓廠製造晶圓，然後再由專業的測試廠或廠內的測試設備進行晶圓針測製程，由封裝廠切割、封裝，最後再進行半成品的測試，才有完成品提供銷售。由於半導體產品的生命週期很短，需要提供顧客更快速的回應如新產品的設計、原料的採購、外包、品質控制與銷售。本論文研究主要目的在運用基因演算法（Genetic Algorithm，GA），解決IC設計公司之供應鏈生產排程的問題，研究中運用基因演算法，在流程型的IC設計業的生產排程問題，找出最佳的排程解，以下簡稱為SCMSS(Supply Chain Management Scheduled System)，SCMSS的建置就是要靈活且快速的產生IC設計業的生產排程，加速整個產銷協調的速度與正確性，適時提供顧客正確迅速的資訊。本研究一開始透過現場訪談的方式，了解IC設計業的供應鏈生產流程管控問題並加以深入探討，以建置SCMSS架構，並進一步發展SCMSS，然後評估該系統與單一派工法則之排程績效，爾後可提供IC設計業者排程方法上的建議，IC設計業者可透過SCMSS的建置，加強供應鏈生產排程管控，進而強化顧客服務，達到快速回應的目的，以降低企業生產成本、強化企業競爭力。ABSTRACTKeywords：IC Design House、GA、Supply Chain第壹章 第壹章緒論第一節 第一節研究動機高科技業的營運成長，關係到台灣經濟的持續繁榮，而台灣近年來努力積極的希望成為亞太營運中心，台灣半導體產業在整體表現上，一直是一顆閃亮的巨星，其中包括IC設計、製造、封裝等企業的大量投資，亦將促成產業結構大幅的調整，雖然半導體產業在一片投資熱潮下，公司盈餘能逐漸成長，但是面對國際競爭的壓力，對技術的升級、品質的提升、管理績效的改善，是促成營運績效提昇的重要關鍵。台灣IC設計業雖佔半導體總產值不大，但其重要性卻不可謂之不高，從IC設計業過去幾年的蓬勃發展，產業規模雖與美國有一段落差，但也是全球僅次於美國的國家。v 從民國七十一年第一家IC設計公司太欣半導體開始，迄今已有十八年的歷史，其間又陸續成立多家IC設計公司，如瑞昱、矽統、矽成、鈺創、威盛.等百餘家，台灣漸漸形成一個IC設計的重鎮。根據工研院電子所的產業研究報告，1998年國內已有超過115家的IC設計公司、3家晶圓材料廠商、20家晶圓製造公司、36家封裝公司、30家測試廠商、13家導線架生產廠商、5家光罩公司。由於資訊科技整體環境的變化與產業環境的成熟，專業分工成為企業經營的趨勢，IC設計公司專注於新產品的研發，將生產交由專業的生產代工，也因為生產幾乎全數委由外包代工，使得如何有效掌握並運用外部生產資源，成為IC設計公司生產管理重要的一環。生產管理（Production Management）是企業管理的主要領域之一，尤其IC設計公司主要製程是以委外為主，生產前置時間(Lead Time)變化很大，IC設計公司和外包廠商之間資料整合不易，生產管理者已經不能僅憑經驗或直覺的判斷來解決生產管理上的問題，如何透過供應鏈做資料整合並運用資訊科技與演算方法來迅速地達成生產排程管理是有其必要性。而且IC設計公司為了適應日益競爭的環境，必須採用適當的生產作業管理系統，以達到準時交貨、低成本、高效率、高品質、具有彈性的境界，對於任何大型的企業而言，生產規劃與管理是暨複雜又龐大的工作，國內大多數的半導體業者之生產計劃是藉由生產會議及各部門協調、談判所得，很難快速反應訂單和行銷策略之改變。而且整個半導體的產業強調分工。產品的完成與行銷，需要半導體業供應鏈充分的合作，在生產規劃和管理上除了本身企業的資訊外，還要跨企業on-line蒐集資訊，資訊需涵蓋整個半導體供應鏈的生產流程。如何將這些跨企業的生產資訊彙集起來並加以分析，透過SCMSS的運作，提供企業較快速及較佳的生產排程解，以快速回應訂單和行銷策略，降低成本、提昇該產業競爭力，是本研究的動機。第二節 第二節研究目的基於前節之研究動機，加上半導體製程具有不同於其他產業製程的特性，且其加工設備昂貴。經相關研究指出，製造系統的生產受限於製造過程中有限的資源，包括生產設備及生產時間，如何有效利用現有生產資源，以提高產能，對於半導體製造成本的降低是重要的一環。生產排程的目的即是對有效生產資源做最佳的分配，以達到縮短生產時間、提昇產能、增加利潤等目標。以本研究對象之國內IC設計業來說，因其產業分工之特性，產品主要製程非廠內自製，而是著重在外包，整個產品主要的排程與生產管理，必須密切與外包廠商的排程相互配合，生產流程的控制點便著重在供應鏈廠商生產資訊的取得，以整理反應在產銷報表上。v 在整個半導體供應鏈的環節中，IC設計業是屬源頭的一環，產品研發出來，需要各個半導體供應鏈廠商如FAB廠、封裝廠、測試廠的相互配合，才能完成產品的行銷。國內IC設計業的生產管理電腦化情況，大部份的廠商還是維持傳統的處理方式，來面對未來的需求、生產投料的控制、派工、產能規劃，而這些問題都有待進一步的解決。透過對半導體業的相關文獻探討及IC設計業者的現場訪談，探討IC設計業的供應鏈生產排程問題，以協助該產業可快速回應訂單和行銷策略，達到降低成本的目的。本研究主要研究內容為：一、 一、研究目前國內IC設計業的生產型態與供應鏈廠商之間訊息溝通的方法。二、 二、深入探討IC設計公司相關生產計劃和管制的作法。三、 三、利用基因演算法，設計一套可供IC設計公司生產排程的模式(簡稱SCMSS)。四、 四、評估SCMSS與單一派工法則之績效。第三節 第三節研究流程本研究以半導體產業中專業的IC設計公司為研究對象，研究流程主要分為下列幾個步驟，如圖表 1-1 所示。一、 一、擬定研究計劃。蒐集相關資料，並就所得的資料與文獻，進行分析與整理，確定研究方向，並據以擬定研究計劃。二、 二、半導體供應鏈之生產流程相關資料蒐集。蒐集半導體工業供應鏈之生產流程相關資料，並以IC設計業為主體，定義整個IC設計業之供應鏈生產流程。三、 三、半導體生產排程管理及基因演算法相關文獻探討。針對目前國內外對於半導體工業之相關生產管理文獻，包括投料控制、排程計劃、派工法則.等模式的建立與評估加以探討。以及基因演算法運用於排程管理之相關文獻探討。四、 四、建立IC設計業之SCMSS。透過IC設計業之供應鏈生產流程的了解，建立IC設計業的SCMSS模式。然後運用C語言設計基因演算法排程系統以建立SCMSS。五、 五、實證研究後之資料分析。將企業實際資料導入SCMSS，然後進行導入後績效評估之實證研究。六、 六、歸納研究所得結論與建議。經由各階段系統分析設計與發展，以及實施後的績效評估，歸納出IC設計業在導入SCMSS時之相關建議。擬定研究計劃相關文獻探討建立SCMISSCMSS實證研究及資料分析相關資料蒐集歸納研究結果與建議圖表 1-1 本研究的流程第四節 第四節論文結構本論文共分為五章，各章內容簡要如下：第壹章為緒論，說明本研究之動機、目的、流程、論文結構與貢獻。第貳章為文獻探討，分為三部份，第一部份說明IC設計業的產業概況與生產管理現況，第二部份則根據國內外專家學者的研究，來探討半導體業相關生產排程管理的問題與方法。第三部份則探討基因演算法運用在生產排程問題上的相關研究文獻。第參章為研究方法，說明本研究之研究方法，包括研究模式的建立、研究假定條件、研究設計與研究限制。第肆章為實例探討，以個案的方式進行現場訪談某IC設計公司生產管理現況，以期找出適用該產業之各種派工法則，並據以建構SCMSS系統模組。第伍章為研究結果與分析 ，說明SCMSS架構中GA之演算方式，並透過某IC設計公司之實際訂單資料的運作，評估SCMSS與單一派工法則之績效，並將評估資料做彙總與整理，進一步歸納與分析。第陸章為結論與建議，依據研究分析所得到的結果，給予研究結論；同時對實務界與後續研究者提出研究之建議。第五節 第五節研究貢獻一、 一、對學術界之貢獻雖然國內外很多學者曾提出半導體產業之生產管理相關研究，但多著重在如晶圓廠的自動化CIM研究或是測試廠、封裝廠生產排程等問題。尤其國內半導體產業水平分工的特性，IC設計業的成長雖很迅速，但國內針對IC設計業方面的研究卻付之闕如。因IC設計業其生產製程幾乎全數委外的特性，生產排程的問題更有別於一般製造業，國內相關研究僅止於該產業生產管理問題的整理或探討，或運用簡單數學運算歸納IC設計業生產管理單位之經驗法則，而一般的MRP系統又不適用於IC設計業。藉由本研究的探討，提供給學術界及後續研究者對於該產業生產排程相關研究一些參考與幫助。二、 二、對實務界之貢獻在台灣積極開發成為科技島的今日，半導體工業的投資與發展，對於台灣整體經濟能力的提昇，不可不謂扮演著一個重要的角色，而台灣積極投入的人力與財力，如何使該產業提高產能，提昇利潤，是一項重要的目的，生產管理是該產業非常重要的一環，如何降低成本、提昇競爭力，在資訊科技的應用上，因為傳統的MRP軟體並不適用在生產幾乎全數委外的IC設計產業，因此在企業導入MIS系統為求改善經濟效益的同時，本研究特別設計一套SCMSS，以協助IC設計業解決生產排程的問題，藉由本研究給予實務界一些參考與建議。第貳章 第貳章文獻探討本研究文獻分為三大部份，第一部份屬基礎資料文獻，首先探討國內IC設計業的產業概況及生產管理現況，第二部份探討半導體生產排程相關文獻研究，第三部份探討基因演算法及派工法則、績效評估等相關文獻研究。第一節 第一節IC設計業簡介一、 一、國內半導體產業的特徵半導體產業大概可分為以下三大類型（1995半導體工業年鑑，1995），而國內半導體產業則屬於第三種水平分工型，具有專業產業分工的特性，所以IC設計業可將主要生產製程委外製造，將企業核心專注於研發上。(一) (一) 垂直整合型半導體公司從IC研發、生產的每個站別、銷售都是在一家公司內部完成。如日本的NEC、Toshiba和韓國的現代、金星半導體公司都是屬於此類的型態。(二) (二) 混合型具有許多垂直整合型企業，同時也具有IC設計公司並存的半導體產業型態，尤其是晶圓代工業的興起，也助長了IC設計業的快速成長。如英代爾、AMD、S3.等公司。(三) (三) 水平分工型台灣與美、日、韓等國不同之處，即是以水平分工的產業型態為主，有專業的IC設計、專業的晶圓代工、專業的IC封裝、專業的測試、專業的光罩產業，少數的垂直整合型的企業至少在製造後段是經由產業分工而外包，並且這種企業也開始走向水平分工的趨勢，如聯華電子、華邦電子。這樣的產業型態，使台灣IC設計業能專注於研發設計，而把生產交由專業的產業分工。二、 二、IC設計業的分類及發展概況國內IC設計業的分類根據ITIS的研究，可分為如圖表 2-1等四類(蔡美柔，86/01)，本論文研究的主要對象即為第一類之專業IC設計公司。因為由以下分析可知，四種類型IC設計業中，只有專業IC設計公司持續成長，其它三種類型的IC設計公司佔百分較少，而且逐漸衰退，這也是本研究以專業IC設計公司為研究對象的原因。一、專業IC設計公司二、IC製造商之設計部門三、外商在台之IC設計中心四、系統製造商所屬之IC設計中心我國IC設計業圖表 2-1 我國IC設計業四種類型(資料來源：蔡美柔，ITIS電子產業透析，86/01)(一) (一) 專業IC設計公司(fabless company)這類公司沒有晶圓製造廠，以新產品的研發為主要的核心競爭力，如矽統公司。在台灣的IC設計業廠商之中，獨立專業之IC設計公司，此類數目成長最大，比例從1990年的45%提高到52%，而且還在持續上升中。(二) (二) IC製造商的設計部門部份晶圓加工製造廠商裡，有自己的設計部門，自己開發設計IC產品，如華邦公司。目前台灣IC製造業附設之IC設計部門並未有增加趨勢，比例也佔不到一成。(三) (三) 外商在台的IC設計部門公司是外商研發單位的分支部門。這類的公司如NEC在台的研發分支公司。此類型IC設計部門，有逐年減少的趨勢，顯示台灣自主的設計能力已漸提昇。(四) (四) 系統製造廠商所屬的IC設計中心部份IC電路板或是如電腦等系統廠商，開發設計IC供自己的系統使用，如宏碁電腦公司有自己的設計中心。系統廠商的設計部門，正在轉型；以往電腦主機廠商附設IC設計部門，目前則因IC整合為晶片組普遍被電腦和主機板廠商所採用，以及經營上成本控制的壓力，造成電腦公司的IC設計部門逐漸被裁撤。三、 三、專業IC設計業生產資源使用情形台灣IC設計公司因為水平分工的環境形成，只有少部份製程是建立在自己廠內，大部份生產還是委託外面廠商，也就是代工生產。以下是IC設計業是否有自己的生產設備而做之分類（陳炳旭，86/05）。(一) (一) 完全沒有自己生產設備的IC設計公司所有產品的生產加工，全部委由外包廠商處理，也就是整個半導體產品的製程從晶圓針測、IC封裝、測試.等等都是委外作業。此類型公司多在IC設計公司成立初期生產設備尚未採購，但大部份的IC設計公司都會漸進的採購屬於自己的生產測試機器設備。(二) (二) 有部份自己生產設備的IC設計公司有些IC設計公司有自己的測試機台，因此有部份或全部的晶片測試或最後測試是在自己公司處理，其它均委外作業。例如太欣半導體、鈺創公司.等等。(三) (三) 機台託付外包廠商的IC設計公司自己購買部份設備，但經由合作的方式，託付在晶片代工廠或測試廠，主要目的是要保障生產產能，或是避開生產管理，或是為了租稅上的理由。這類多為國外的元件設計公司在台尋求委工，而有這類的情形。針對此三種類型IC設計公司的生產資源使用情形分析如表格 2-1。由表格 2-1可知，IC設計公司的生產資源大部份需要委外處理，因此IC設計公司必須掌握在委外的生產資源才能掌握生產進度。表格 2-1 IC設計公司的生產資源使用情形類別Process 1晶圓代工Process 2晶片測試Process 3IC封裝Process 4最後測試全部委外委外委外委外委外部份委外委外廠內/委外委外廠內/委外機台託付委外廠內/託付委外廠內/託付(資料來源：陳炳旭，86/05)第二節 第二節IC設計業的生產管理簡介一、 一、半導體的生產流程半導體主要產品IC的製造過程是很繁複的，元件之整體製造過程大概可區分為兩大部份，分別為前段製程(Front End)與後段製程(Back End)。前段製程包括晶圓製造(Wafer Fabrication：簡稱Wafer Fab) 及晶圓針測(Wafer Probe)兩大步驟。後段製程包括積體電路( Integrated Circuit， IC )的封裝(Assembly)以及最後IC電子特性的測試(Test)等幾個重要步驟 (許靜娟，1999) 。(一) (一) 晶圓製造(Wafer Fab)晶圓製造序主要是在矽晶圓上電路與電子元件（如電晶體、電容體、邏輯閘等），是最複雜且資金投入最多的製程，製程隨著產品種類與技術而不同，基本步驟通常是晶圓經過適當的清洗(Cleaning)後，接著進行氧化(Oxidation)及沈積，最後進行微影、蝕刻及離子植入等反覆步驟，以完成晶圓上電路的加工與製造，主要的製程為黃光、蝕刻、擴散及真空等步驟。(二) (二) 晶圓針測(Wafer Probe)晶圓完成之後，上面即形成一格格的晶粒(Die)，每一晶粒須經過針測(Probe)儀器以測電氣特性，不合格的晶粒將會標上記號(Ink Dot)，然後將晶圓以晶粒為單位，切割成一粒粒獨立的晶粒，再依其電氣特性分類(Sort)，將晶粒分入不同的倉(Die Bank)，不合格的晶粒將於下一個製程中丟棄。(三) (三) 封裝(Assembly)利用塑膠或陶瓷包裝晶粒與導線架（Lead Frame）以成積體電路(Integrated Circuit：IC)，此製程目的是為了製造出所生產電路的保護層，避免電路受到機械性刮傷或是高溫破壞。(四) (四) 測試(Test)將封裝後的IC置於各種環境下測試其電氣特性，之後將IC劃分等級而置入不同的Bin中(Bin Splits)。應顧客之需求規格，在相對應的Bin中取出部份IC進特殊的測試及燒機(Burn-In)，最後將成品貼上規格標籤(Brand)並加以包裝而交與顧客，未通過測試的產品將被降級或入不良品倉。二、 二、IC設計業之生產管理本研究主要在探討IC設計業之生產管理，因其產業分工的生產特性，整個生產流程形成一供應鏈。IC設計公司是整個半導體產業最上游，IC設計公司將設計出來的產品，先由光罩廠商製作光罩，然後交由晶圓加工廠商加工製造、晶圓測試廠商進行晶圓的針測、IC封裝廠商封裝、IC測試廠商做最後測試，半導體產業的市場需求的源頭實來自於IC設計公司。IC產品種類繁多，在生產過程中的程序也不盡相同，生產時的物流經過的產業，其重要性也有極大的差異，基本上可分為以下三種加工程序，而IC設計公司的生產計劃，只針對主要產業的加工程序制定。(一) (一) 主要產業的加工程序指這些加工程序是主要的，每種IC的生產都是必需的，可歸類為： (1)晶圓加工製造(2)晶圓針測(3)IC封裝(4)最後測試。具備這樣加工程序的產業，稱之為主要產業。(二) (二) 衍生產業加工程序在完成一顆IC的生產過程中，有些選擇性、非必要的加工程序是僅特定種類或是特殊生產的產品，才會應用到，如：晶背研磨是提供較薄封裝體所需的晶片加工；手工測試是基於成本或技術考量，替代某些自動測試機台測試、IC預燒(Burn-in)是可靠度要求較高產品的測試製程.等。並不是所有的產品都會用到這樣的製程，具備這樣加工程序的產業，稱之為衍生性產業。(三) (三) 週邊產業加工程序其它與IC生產無關的半導體產業，稱之為週邊產業。如光罩製作、生產零配件、機器設備.等等。半導體產業分類及相關物流如圖表 2-2。衍生產業 主要產業 週邊產業晶片研磨晶背研磨晶粒切割挑撿蓋印手測Burn-in晶圓材料晶圓代工IC設計光罩製作晶圓測試封裝裝生產零配件化學原物料Package IC測試裝機器設備Package IC成品表一般IC生產可能的物流表可由IC設計公司處理的物流表由IC設計公司處理主要產業的物流圖表2-2 半導體有關製造的產業及物流示意圖（資料來源：陳炳旭，86/06）第三節 第三節半導體生產排程相關研究(張慶彬，86/06）利用等候時間預測的半導體派工法則之模擬研究，透過模擬實驗技術去比較各種不同的派工法，以期找出最適合半導體晶圓製造廠的派工方式，該研究主要實驗兩種派工法則新最小鬆弛（Modified Least Slack，MLS）派工法則及最短剩餘流程時間（Shortest Remaining Flow Time，SRFT）派工法則，並配和使用兩種不同估計等候時間的方法，分別為指數平滑法（Exponential Smoothing Method）以及線段曲線迭代法（Piecewsise curve），由模擬結果可知，若只考慮平均重點流程時間值，SRPT是最佳的派工方式，若考慮到流程時間標準差時，MLS/PW是最佳的派工方式。（林大欽，86/06）邏輯IC測試廠短期生產排程之探討，以半導體的邏輯IC測試廠為研究對象，建構一套生管架構，並提出訂單交期預估的兩種方法，採用參數式派工法則與互動式電腦輔助排程系統來開發機台派工預排系統，供生管人員可利用此排程輔助系統的多次互動，找出較佳的預排結果。（吳凱文，86/06）IC封裝業之短期生產排程模式，針對交期規劃與協調、現場機台排程與現場生產管制三個部份，探討IC封裝業的作法，並探討如何將DBR（Drum-Buffer-Rope）與K-DBR（Drum-Buffer-Rope & Kanban Management）模式如何導入IC封裝業中。研究中發現導入時需考量生產策略因子，以免產生不合理的結果。（陳炳旭，86/06）IC設計公司的生產資源需求計劃，整理及探討一套適合IC設計公司的資源需求計劃的方法。利用簡單的數學運算式，將IC設計公司生產規劃部門日積月累的工作經驗，推衍出關於生產數量計算的方法，加以系統化整理，提供IC設計公司的生產規劃部門能有一個生產資源需求的模式可以依循或參照。（陳紹琪，87/06）IC設計公司之生產計劃與管制架構，該研究針對IC設計公司的生產計劃與管制提出產能規劃、產能分派及生產管制三階段架構理念。並利用EXCEL與Visual Basic撰寫電腦程式，利用程式計算生產各階段的日生產排程、產能需求、產能分派等資料，在生產管制階段採用模擬的方式，可讓一般使用者在生產計劃與管制的循環中學習認識生產管理週期及各項因子對生產計劃產生的影響。（張瀚文，86/06）全自動化半導體廠之流程控制系統設計與實現，採用物件導向技術為基礎的OMT（Object Modeling Technique）設計並實現半導體晶圓廠自動化模組系統，負責半導體廠區內所晶圓批貨生產流程工作的執行。（劉哲宇，86/06）半導體業活製造之生產流程模式與模擬，針對半導體晶圓測試廠之測試單位，探討促進靈活製造生產流程的模式與模擬。並且以記憶體測試生產的案例來說明如何運用流程模式與模擬輔助各項彈性之調配與重組決策。（施欣玫，84/06）半導體製造業訂單管理與生產計劃之演算法，先透過field study方式了解科學園區某半導體公司訂單管理及投料生產計劃流程，提出利用獲利率（Profit Ratio）為投料優先順序之啟發式演算法取代線性規劃法所求出的解，結果發現，當所有產品皆需使用的瓶頸工作站愈少，啟發式演算法之結果愈接近最佳解。 (劉韋駿，86/05)整合物件導向與模擬技術在Job shop排程決策之架構研究：以半導體晶圓廠為例，該研究整合物件導向與模擬技術使用於半導體晶圓廠Job Ship排程決策之架構，在投料決策排程方面採用的是Look-forward分析與模式建構，配合後端資料庫的建立與網路的架設，使資訊的傳遞更具時效性，並經由現場模擬的結果，將投料及派工的決策即時通知各工作中心。由於半導體生產的特性，包括晶圓片重工（Rework）、迴流（Re-entrant）製程等等，使得半導體的生產管理與一般產業不同，在生產規劃、排程派工方面，實施較為困難，如半導體業的產品需求改變快速，設備與技術的更替頻繁。也因為半導體工業的製程特性迥異於一段產業，在生產規劃上面臨更大的挑戰。因此，對半導體業而言，在生產管理上所要求的主要目標如下：(一) (一) 縮短製程時間。製程時間縮短，更能及時因應需求的變動，且提高對顧客的服務。(二) (二) 提高生產良率。提高生產良率，可降低製造成本，提高產品利潤。(三) (三) 提高產出水準目前大部份晶圓廠所面臨的市場供需情形在旺季時為需求常大於工廠供給能量。所以，提高產出水準不僅能增加利潤亦能提高市場佔有率。(四) (四) 提高設備使用率。因為半導體設備昂貴，且設備更新迅速，成本極高。為使產出水準提高，對於設備的使用率必須進一步提昇。(五) (五) 降低在製品存貨在製品存貨過高，造成生產成本提高，生產製造時間延長，也使晶圓片受污染機會提高造成損失。從以上這五個目標可知，因為IC設計業主要製程外包的特性，就該產業而言，最能掌握的資源，在於生產排程的管理，所以如何求最佳排程解以減少訂單交期（Due-Date）延遲時間（Delay Time）所造成的損失，是生產管理的主要目標，而本研究排程的目標函數，就在於求得最小的訂單製程時間損失及交期延誤損失。綜合以上半導體相關排程問題之研究可發現，目前針對國內IC設計業方面的研究大多仍在現有生產管理問題的探討與整理上，較少提出實際可運用之方法或模式，且相關文獻數量非常少，大部份文獻多屬於半導體供應鏈中的加工廠商如晶圓廠、封裝廠、測試廠等生產排程問題的探討與排程模式的應用。第四節 第四節基因演算法相關研究基因演算法（Genetic Algorithm，GA）最早是由Holland（Holland，1975）等人提出，最初被應用在人工智慧相關領域，後來因其求解功能強大且應用便利，所以逐漸被應用在機器學習、排程問題等領域。在本研究之文獻探討中亦可發現許多排程方面的研究均運用GA的方法來求解，並在各種績效的指標評估下，均可得不錯之表現。一般運用GA 來解決問題時，大都以圖表 2-3的流程搜尋問題之最佳解。Define fitness functionInitial population , P(t),t=0Evaluation P(t)ReproductionCrossoverMutationt=t+1New genertaionJudgement If ending condition圖表2-3 基因演算法執行流程圖（資料來源：Holland，1975）一、 一、Define Fitness Function針對研究的問題，定義出最適合的目標函數。二、 二、Initial Population產生起始解，決定群體的數目（Population Size，P(t)），群體數目的多寡對於求解的效益及演算法的效率有直接的影響（Grefenststte，1986；Austin，1990），若群體數目太小，難以達到收斂，若群數數目太大，則又相當耗費計算時間。所以決定P(t)是很重要的。三、 三、Evaluation Population評估目標值，以找到最佳的parent。四、 四、Judgement判斷是否已達收斂或結束條件，並決定是否遺傳至下一代。五、 五、Genetic OperatorsGA中的基因運算元，是整個GA方法的中樞，影響著下一代群體的產生，較重要的運算元有再生（Reproduction）、交叉（Crossover）及突變（Mutation）。（莊盛森，1996）類神經網路在動態排程問題之研究，運用GA來處理動態排程的問題。並用田口品質工程技術（Taguchi Method），對傳遺過程中的數（群體數、交換率、突變數、遺傳代數等）以及交換運算元等變因作參數設計，並找出最佳參數組合，以增進解題品質。（黃子晟，1999）啟發法與遺傳演算法在半導體廠排程之研究，針對半導體晶圓廠之生產排程，運用遺傳演算法結合派工法則建立一個排程派工模式，並經模擬驗證其效益。最後並利用實驗設計來分析基因演算法中各參數設定對排程模式在平均流程時間和平均延遲時間的影響，分析結果顯示執行世代與突變率對該研究的求解品質有顯著的關係。（王培珍，1996）應用遺傳演算法與模擬在動態排程問題之探討，結合模擬技術與基因演算法建構出GA排程系統，利用基因演算法提供在模擬時排程決策點所需之派工法則，並將此系統與單一派工法則FIFO、SPT、EDD、SIO、Slack/RO等做評估比較。發現無論是在單一評估標準或是以加權表示的多重評估標準下，GA排程系統都有較佳的結果，是一頗具實用性與穩定性的排程方法。第五節 第五節派工法則與績效評估（Cleveland & Smith，1989）探討流程式工廠(Flow Shop)中單機排程問題，該研究指出Preference List之字串編碼方雖然可以比傳統遺傳演算法中二位數值的表示方法產生較多可行解，卻不改善解的品質，並與EDD、SPT、LST等法則比較排程效益。（周富得，86/06）流程型工廠在雙評估準則下之排程研究，探討流程型工廠排程問題中，決策者為了達成提昇系統績效之目標，同時要降低“產出時間”與“在製品庫儲水準”，針對這兩項目標主要的評估準則(1)所有工作完成時間(Makespan)最小化及(2)總流程時間（Total Flow Time）最小化加合併，使之成為一個新的評估準則。運用啟發式排程演算法，並個別建立整理規劃模式，以驗證各啟發式排程演算法所得結果之正確性，及作為評估啟發式排程演算法求解品質成效的基準。該研究發現啟發式排程演算法在多機動態啟發式排程演算法中，求解品質已出現明顯下降的情況。針對績效評估標準方面，在過去研究中，大多以單一的評估準則作為決策參考依據，但一般實務應用上，決策者在評估方案時往往不只參酌一項評估準則制訂決策，因此，若僅考慮單一評估準則所獲得的排程計畫，儘管在此模式評估準則下可能是最好的，但若考量其它評估準則，卻不見得是最好的。以下為多項評估準則模式的分類：一、 一、Posteriori Articulation of Preference(一) (一) 目標函數是在所有評估準則中挑選一項，其餘之評估準則為限制式。(二) (二) 目的在縮小求解之狀態空間以迫使問題簡化，但當問題變大時，決策者可能會因資料量與限制條件迅速擴增而喪失最滿意解之機會二、 二、Priori Articulation of Facts(一) (一) 目標函數是所有評估準則依據決策者之全盤考量而決定每一個評估準則的權重(Weight)，根據權重予以合併。(二) (二) 此類方式在實務上較為實用。本研究即以第二種“Priori Articulation of Facts”績效評估方式做為績效評估準則即目標函數是所有評估準則依據決策者之全盤考量而決定每一個評估準則的權重(Weight)，根據權重予以合併。綜合本章節之相關文獻探討，針對半導體產業生產排程問題之研究，多採用FIFO、SPT、EDD、SIO、Slack/RO 等派工法則，由此可知這些派工法則較適用於該產業之排程問題的解決。第參章 第參章研究方法第一節 第一節研究範圍與限制本研究針對半導體產業之中的專業IC設計公司的主要產業加工程序的生產管理為範圍。探討IC設計公司生產排程的問題，發展SCMSS，使系統在複雜的環境下，達到理想的排程績效目標。在系統建構過程中，有如下的假設與限制。一、 一、製程範圍IC半導體加工製程隨產品和市場需求而不同，為了簡化模式的推展和說明，假設流程裡只有(1)晶圓製造完成、(2)晶圓測試、(3)IC封裝和(4)最後測試，四個不可缺少的主要生產別。二、 二、產品範圍及型態IC設計公司的產品型態多樣化，組合型態的產品，並不在本研究範圍內，本研究只針對單一的產品型態，即投入料到產品完成整個生產過程中間沒有分級、分枝成二種以上，且銷售時也沒有成套出貨的產品。第二節 第二節SCMSS模式的建立一、 一、IC設計業生產排程之決策架構IC設計公司每個加工程序，可能都有數個外包廠或加工廠在進行生產活動，生管（生產計劃）單位的生產分派、排程和一般的生產管理，是屬於多廠間的跨廠整合管理工作，如圖表 3-1。生管單位必須整合多個加工廠之間的資訊，並且負責各項生產工令單及外包單的開立、追蹤及跟催工作，每日整理出各個製程產品的在製情況，提供業務單位相關資訊以掌握交期，並能準時交貨給客戶。Process 1晶圓代工Process 3IC封裝IntegrationAnd ArrangementOf AllocationAndSchedulingTotal integration of Planning and ControlFAB-NFAB-2FAB-1Planning&ControlTesting House-NTesting House -2Testing House -1Planning&ControlTesting House-NTesting House -2Testing House -1Planning&ControlAssembly House-NAssembly House -2Assembly House -1Planning&ControlIntegrationAnd ArrangementOf AllocationAndSchedulingIntegrationAnd ArrangementOf AllocationAndSchedulingIntegrationAnd ArrangementOf AllocationAndSchedulingMarketing and Customer設計公司對於外包廠的生產計劃和排程外包廠對於某設計公司的生產計劃和排程Process 4最後測試Process 2晶圓針測圖表3-1 IC設計公司的生產管理活動示意圖（資料來源：陳炳旭，86/06）二、 二、SCMSS模式架構基因演算法，GA訂單：J1,J2JnProcess 1晶圓代工Process 2晶圓針測Process 3IC封裝Process 4最後測試求得最佳排程解訂單：J3,J7,.J5本研究依IC設計公司之訂單式生產需求，建構SCMSS模式的架構，如圖表 3-2。透過基因演算法，找出IC 設計公司各個製程之最佳排程解。圖表3-2 SCMSS系統架構模式(資料來源：本研究整理所得)三、 三、GA排程架構本研究提出以基因演算法找出IC設計業生產四個階段之最佳排程解，來解決IC設計業工廠排程的問題，此排程系統的架構圖如圖表 3-3。所需輸入的資料有產品相關資料、資源需求資料、績效衡量標準。基因演算法（GA）目標函數（Evaluate）產品資料資源需求資料績效評估標準訂單n將訂單排至各階段之生產資源 Process1 Process2 Process3 Process4Current LoadingNew Loading最佳排程解圖表3-3 GA排程架構圖(資料來源：本研究整理所得)第三節 第三節研究假定條件一、 一、在IC 設計公司的測試製程（FT、CP test），會因產品良率過低，而有重測（Rework）的情形，因其發生仍屬少數，如本研究實例探討之個案，每個月發生的情況約僅1/300，此種良率過低的情形因發生機率非常低，所以在本研究模組中，並不考慮產品重測的情形。二、 二、本研究模組之需求的來源為訂單式生產。三、 三、在IC設計公司的測試製程（FT、CP test）之機台的排程，考慮所有目前時點可以預知的現場資訊，不能預知的資訊，如當機事件，對系統的影響與如何解決，在本研究中將不予探討。四、 四、在IC設計公司的測試製程（FT、CP test），由於測試機台之測試產品大多採連續式排程或固定方式，例如相同或相似的產品排在固定的測試機台，所以有關機器之整備時間（Setup time）或調整時間、工件運輸時間均不考慮或假設已包含於製程時間內。當機台換線測試不同產品時，其Setup time最多也是花費10至30分鐘，而整個製程約需4小時。五、 五、假設已發出訂單不可再修改訂單，沒有改單的情形。六、 六、假設所得到各種資訊都正確無誤，不考慮資訊不正確時的防範辦法。第四節 第四節研究設計一、 一、研究步驟本研究採用現場調查（Field Study）的方式，深入探討IC設計公司目前的生