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先進規劃與排程解決方案可提升產能

撰文:Madhu Mamillapalli

半導體製造業是一種複雜、資本密集型的業務,但有許多公司仍在使用過時的規劃技術(例如,電子表單和企業資源規劃 (ERP)系統)來管理生產流程。現今環境下,許多產業都因晶片短缺問題而一籌莫展,半導體製造商需要新的方法來簡化其元件生產流程,並從現有的晶圓廠獲得更高的生產率。應用材料的先進規劃和排程解決方案正是為此目的而設計。

半導體公司營運範圍通常遍及全球各地、橫跨多重產品領域,並且提供各類範圍廣泛的產品。產品製造前置時間可能會很長,而訂單的交貨時間可能會很短,且客戶的需求變化也很快。

供應鏈規劃團隊隨時承受巨大壓力,必須迅速做出回應,並趕上這些不斷變化的環境。因此,制訂出一套良好的產能計劃,以及能在生產廠房落實計劃至關重要。

傳統 ERP 系統根本無法滿足複雜的半導體產業需求。以下是規劃人員所面臨的諸多挑戰:

  • 理解複雜的生產製程
    • 技術越來越多,零件組合也越來越複雜
    • 複雜的返工流程及冗長的物料清單 (BOM)
    • 設備設定變更的高罰則
  • 必須在多個目標之間做選擇
    • 必須能滿足快速訂單和優先順序的管理
    • 必須能管理生產週期和準時交付以符合承諾計劃
    • 必須能設備利用率最大化以提升產能
  • 靈活性
    • 不斷的需求變化和積壓所導致的多種情景假設
    • 不穩定的屬性,包括生產周期、良率、測試時間,其他的每小時產出 (UPH) 和新產品推出 (NPI) 屬性
  • 準確性
    • 預測出貨日期,以便能實現對客戶的承諾
    • 維持廠房的產能平衡
  • 回應時間
    • 客戶要求更快的回應時間和變更訂單的靈活性
    • 需要更多時間和精力,以手動方式擬訂供應計劃
  • 能與系統整合
    • 多種資料來源和資料格式
    • 規劃和執行系統之間缺乏整合
    • 過時的資料供應
  • 穩定性
    • 架構和框架需要大量資源

適當案例

一家大型半導體後端封裝和測試 (AT) 生產廠房面臨許多挑戰。公司每個月必須封裝和測試超過 5,000 萬個零件,供將近 125 種不同產品使用。其中的複雜性包括不同的外形尺寸、多重次級零件層級,以及令人眼花撩亂的資源、原物料和替代步驟,所有這些的參數都各不相同。此外,作業劃分為不同的製程區域供應不同的產品類別,每個製程區域以獨立個別實體運作,這樣會限制了區域之間的資訊流動。

這些因素導致非常龐大的計劃模型,並讓計劃提交週期所需的時間長達一周或更長時間,且排程安排順序越來越不精準。相對地,這會造成準時交付的百分比下降。這家公司需要一套快速、自動化的解決方案,且該解決方案必須能理解所有複雜性,並提供有詳細排程順序的優化計劃。

應用材料能透過部署先進的規劃與排程解決方案來應對這些挑戰,並產生快速、精準的提交計劃,其中包括詳細的批次到設備層級的排程順序和調度清單。

這裡的解決方案是根據應用材料的先進生產力系統 (APF) 平台所開發;這項解決方案可實現工廠規劃、排程和調度之間的無縫整合(圖1)。這套開發的解決方案是專為半導體產業而設計,且將以預包裝、現成可用的形式進行部署,其中包含採用 Applied SmartFactory® EngineeredWorks®所產生的標準分析和報告。

圖 1。應用材料的先進規劃與排程解決方案 提供了一個通用的框架,此框架是在應用材料的APF 平台上建立,包含從企業規劃到調度,並採用了 Applied SmartFactory® EngineeredWorks。®

應用材料的先進規劃與排程解決方案的部分關鍵特色包括:

  • 自動輸入資料產生。Master Planning 的自動輸入資料產生和處理採用應用材料的 APF 技術來收集和載入所有必要的計劃資料。製造商使用此功能,即可以標準化所有相關的計劃資料,並能推動資料品質的提升。較少的人工資料管理可提升規劃人員的產能。
  • 快速規劃引擎。規劃引擎包括一個數學求解器,可優化準時交付和其他的關鍵業務目標。具備快速執行資料產生和規劃引擎的能力,可實現快速的「假設情況」場景規劃或重新劃,藉此實現對客戶請求的快速回應。
  • 自訂或標準報告。Master Planning 可透過 Applied SmartFactory 的使用者介面,以標準的供應規劃報告來為規劃者分析提供支援。另外,還可以建立自訂的報告,此包括客戶目前可能需要的輸出報告格式。
  • 將規劃與執行連結在一起。使用包含規劃、排程和調度在內的 Applied SmartFactory,確保製造商能讓規劃結果與執行結果保持一致。如果無法實現計劃的承諾,還可提供預警功能。儘管規劃、排程和調度均是屬於 SmartFactory 解決方案的個別部分,但只有將這三種方法都結合起來,才能顯著提升產能。為使晶圓廠能達到其 100% 利用率的目標,必須將規劃層與執行層整合在一起,才能實現最佳產能。

架構描述

應用材料的先進的規劃與排程解決方案架構旨在提供結合模擬能力的優化計劃,可提升提交計劃和排程的準確性。整個解決方案共分為兩層:規劃層和執行層(圖 2)。規劃屬於較具策略意義的層次,而執行層則是日常的作業,包括實施計劃的各項行動。

  • 規劃層

應用材料會使用兩種反覆法來計算容量,以便 強化計畫的精準性。第一個反覆法是 Master Planning,可檢查容量並產生優化的啟動和退出計劃。該解決方案採用快速、複雜的數學求解器,能根據客戶定義的目標函數來優化計劃。為進一步提升計劃準確性,Master Planning 的優化輸出會被輸入到Factory Planning中,這是規劃層中的第二個反覆法。Factory planning會使用模擬模型來驗證 Master Planning,並為製造商客戶產生準確的提交計劃。

  • 執行層

之後,規劃的輸出將被送入排程,過程中會使用應用材料的AutoSched®進行模擬,以便產生詳細的批次至設備層級的順序。該順序將最終用於為每個工作站產生即時調度清單。執行層中的「排程與調度」功能在確保這項規劃能在生產廠房層級實施,並在實現規劃層級所設定的目標等方面發揮關鍵的作用。

圖2. 應用材料的先進規劃與排程資料流架構是由規劃層和執行層組成。

產量

應用材料的先進規劃與排程解決方案對於快速識別瓶頸和物料短缺相當實用。模擬模型有助於提前規劃設備的設定。此模式還可透過視覺化使用者介面 (UI) 中的流程,完成對未來瓶頸和低效率的預測。規劃者可執行多個假設情景,並在生產廠房層級上看到正在快速執行的那些計劃。

結果

該解決方案的性能穩定且執行時間短,可讓製造商的整體規劃時間縮短 75%。所有功能都能透過即時資料饋送和錯誤檢查來實現自動化,能讓計劃準確性和規劃者的產能提升 30% 以上。

結論

在現今的半導體產業中,採用更強大的規劃系統(例如,應用材料的先進規劃與排程解決方案)變得越來越重要。傳統電子表單和 ERP 系統根本無法處理日益增加的複雜性和變化的需求。

為建立準確的計劃,必須實行多種職能與執行反覆法以進行驗證。由應用材料設計的先進規劃與排程解決方案可改善 AT 製造商的工廠 KPI,藉此實現準時交付、提高利用率和規劃員產能,同時維護高度的計劃精準度和確保獲得快速的效能。

如需更多資訊,請聯繫 Madhu,電子郵件地址:Madhu_Mamillapalli@amat.com

Madhu Mamillapalli,
全球產品部經理– 規劃解決方案,自動化產品集團