集成電路晶圓生產是在晶圓表面上和表面內制造半導體器件的一系列生產過程。它從單晶拋光片開始，根據集成電路產品的復雜程度不同，反復經過多達數次甚至10多次的增層、光刻、摻雜和熱處理工藝的加工，使在晶圓上形成成百上千的集成電路芯片，產品生產周期一般長達幾個月。晶圓產品的生產周期除具有周期長的特征外，同時還具有高度不確定性。生產周期長主要是由晶圓產品的生產工藝特征決定的，周期不確定性程度取決于制造系統中關鍵設備的利用率和關鍵設備前的工件排隊規則。設備利用率與制造設備、生產工藝特征有關，工件排隊規則由生產組織方式決定。
緊急訂單(包括來自企業自身的工程試驗訂單和來自重要客戶的交期緊迫的訂單)在晶圓制造企業經常出現。從生產組織方面看，因緊急訂單對資源的優先占用權導致了正常訂單的生產周期產生了波動，縮短緊急訂單的生產周期是建立在延長正常訂單的生產周期基礎之上的。許多學者的研究表明，緊急訂單對正常訂單的生產周期波動性產生重大的影響，但對緊急訂單的生產周期和產出率均無明顯影響。從制造設備方面看，由于晶圓制造的一些重要設備價格昂貴，企業為充分利用設備產能，使這些設備成為了瓶頸資源，提高瓶頸資源的利用率將加大正常訂單的生產周期波動性。從生產工藝特征方面看，晶圓生產的重入性，即產品需要反復經過相同設備，進一步加劇對關鍵資源的爭奪。值得注意的是，緊急訂單和重入性特征的疊加又使得生產周期的波動大幅增加。
可見，晶圓產品生產周期的不確定性與設備產能利用率密切相關。產品生產周期是企業做出訂單承諾的最重要依據，然而晶圓產品生產周期的不確定性，使企業在做出可靠的訂單承諾方面產生了難度。由于晶圓制造業近年才開始在我國內地迅速發展，目前國內關于訂單承諾方面的研究較少，因此從訂單管理層面產能規劃著手，結合產生晶圓產品生產周期不確定性的原因，研究訂單承諾流程以提高訂單滿足率和準時交付率，是值得探索的問題。
1 訂單承諾的實務探討
1．1 訂單承諾的實務方法
在晶圓制造企業的訂單承諾實務上，多以企業生產能力、負荷水平、產品生產周期和訂單到達時間為依據來響應客戶訂單需求。訂單承諾過程的分時段產能分配如圖1所示。
圖1 訂單承諾過程的分時段產能分配
圖1(a)列出了在計劃展望期內各時段(晶圓制造企業通常以周或月作為單位)的累積可承諾量，它是企業各時段的生產能力扣除已承諾部分的剩余量，這是綜合企業生產能力和負荷水平(或需求水平)后的運算結果，以時段內晶圓的產量為計量指標。要求企業能在恰當的時間提供滿足客戶需求的訂貨數量是訂單承諾過程要遵循的基本原則。在響應客戶的訂單時，銷售管理部門首先根據產品的生產周期信息，結合該產品的需求時界(demand time fence，DTF)，判斷在時間上是否能滿足需求。若滿足交貨期需求，則進一步確定該時段上的能力供給能否滿足需求，若滿足，則將該時段及其之后各時段的可承諾產能分配給該訂單。圖1(b)、(c)、(d)顯示了3張依次到達的客戶訂單，交貨期分別落在第1、第3和第2時段時的訂單產能分配情況，假設在3個場景中可承諾量都能滿足需求。以圖1(b)為例，將時段1的產能承諾給第1張訂單，因可承諾產能是以累積方式計量，因此在將時段1產能分配給該訂單的同時，其后各時段的相應可承諾產能也應扣除。如果某時段可承諾量不能滿足需求，可將前期的可承諾產能作為響應訂單的依據。
1．2 問題探討
一些企業應用上述方法取得了良好效果，如在TFT一LCD液晶顯示屏制造企業的應用。然而，在晶圓制造企業的應用中，訂單滿足率、準時交付率和產能利用率等方面的表現不理想，主要有以下3個方面原因。
(1)訂單優先級規則對重要客戶訂單滿足率的影響。許多企業采用先到先服務(first comefirst served，FCFS,)規則安排訂單的優先級，這種公平對待客戶的規則，實則忽視了重要客戶訂單對企業績效的影響作用。目前一些晶圓制造大廠在產能緊張隋況下，拋棄FCFS規則，采取只承接重要客戶訂單的策略。
(2)產品生產周期預測方法對準時交付率的影響。企業多以固定生產周期作為響應客戶訂單交貨期的依據。實際上產品生產周期與關鍵設備的負荷密切相關，設備的高負荷運行將加劇產品生產周期的波動。晶圓制造企業關鍵設備多為瓶頸資源，造成了晶圓產品的生產周期大幅度變化，給訂單的準時交付帶來不利的影響。
(3)可承諾產能的信息粒度對準時交付率和產能利用率的影響。上述訂單承諾方法的可承諾產能通常用每月產量來表示，而晶圓產品的生產周期卻有多個時段的跨度，此外，在重入性的作用下，設備的產能在產品的整個生產周期內被該訂單間斷性地占用。因此，用來作為訂單承諾依據的可承諾產能并非訂單實際占用產能，這將對訂單的準時交付率產生影響。為訂單預設緩沖產能是這類問題的有效解決方案，但會降低產能利用率。
2 基于產能規劃的多等級訂單承諾流程
2．1 多等級訂單承諾流程總體框架
基于產能規劃的多等級訂單承諾流程框架如圖2所示，其由訂單等級數確定、產能規劃、訂單處理和訂單承諾決策4個模塊構成，涉及到對訂單等級數、產能分配、資源負荷和訂單產品需求信息的處理。
圖2 基于產能規劃的多等級訂單承諾流程框架
訂單等級數確定和產能規劃為訂單管理的戰略層活動。前者的輸出結果是訂單的優先等級數，后者則輸出各等級訂單的產能分配比例。訂單處理模塊獲取客戶訂單的需求信息，包括工藝和交付期兩方面的信息，同時依據訂單利潤、客戶重要性等信息確定訂單等級。
訂單承諾決策模塊是該流程的核心功能，它綜合訂單在工藝和交付期兩方面的需求信息、資源負荷和產能分配表，確定在訂單規定的交付內能否滿足規定的交付數量。因產品生產周期與訂單等級數密切相關，為提高訂單的準時交付率，預測產品生產周期必須基于訂單等級因素。訂單承諾決策模塊運作流程如圖3所示。圖3中訂單等級、產品工藝需求、交付期需求信息來自訂單處理模塊，算法步驟如下。
圖3 訂單承諾決策模塊運作流程圖
(1)產品生產周期預測模塊依據產品工藝需求和訂單等級信息輸出特定等級下的產品生產周期以及產品生產過程所占用分時段資源需求信息；
(2)訂單交付期決策模塊依據產品生產周期和交付期需求信息評估交付期滿足情況。若滿足要求，則進入步驟(3)，執行訂單產能分配模塊，否則轉入步驟(4)，執行訂單級別調整；
(3)訂單產能分配模塊以相應等級訂單的產能分配表扣除已承諾給其他需求的資源負荷作為可承諾產能，與該訂單占用的分時段資源需求進行供需平衡，以評估產能是否滿足負荷。若滿足需求，則接受訂單，訂單承諾決策過程結束，否則進入步驟(4)，執行訂單級別調整；
(4)若是因交付期不能滿足需求而執行訂單級別調整模塊，則評估是否提高訂單級別，若是因產能原因，則考慮提高或降低訂單級別。若同意調整訂單級別，則遞歸調用訂單承諾決策流程，即算法轉回步驟(1)，依據新訂單等級信息開始新一輪的訂單承諾決策；若不同意調整，則拒絕訂單，過程結束。
2．2 優勢分析
與傳統方法相比，基于產能規劃的多等級訂單承諾流程(以下簡稱新流程)顯著提升了重要客戶的訂單滿足率、正常訂單準時交付率和生產計劃的穩定性。
面向多等級訂單承諾的產能規劃在需求管理的基礎上，為各等級訂單預先分配一定比例的專用產能。與FCFS訂單處理規則不同，為重要客戶預留的這部分產能不因其他等級的客戶訂單先到達而被占用，因此新流程提高了重要客戶的訂單滿足率。同時，傳統方法中緊急訂單對正常訂單的生產周期波動性有重大的影響，而在新流程中通過為各級訂單預先分配專用產能，有效地隔離了緊急訂單對正常訂單生產周期的影響，從而降低了生產計劃的不穩定性，且提高了正常訂單的準時交付率。
在計算訂單的生產周期方面，新流程以產品的工藝需求、訂單等級和產能負荷為基礎預測產品生產周期，而非采用固定生產周期，因此新流程中的生產周期更接近現實，進一步提高了訂單的準時交付率。
在訂單的產能承諾方面，在新流程中需計算出產品在整個訂單期內的分時段資源需求，時段單位較傳統方法更為精細，因此訂單的承諾將更為可靠。此外，在產能利用率方面，雖然新流程存在因預測的客戶訂單未到達而造成產能浪費的可能性，但產能的這種機會成本可以通過良好的產能規劃提高重要客戶的訂單滿足率而得以彌補。
2．3 流程實施技術
新流程的實施圍繞框架中的等級數確定、產能規劃、訂單處理和訂單承諾決策4個主要模塊及其所涉及到的相關信息而展開。
訂單等級代表了客戶或訂單對企業績效的貢獻水平，可從產品單價、客戶的重要性等方面衡量。因為等級數越多則生產管理越復雜，所以晶圓制造企業通常要結合企業自身的管理水平和客戶訂單需求的特征來確定訂單優先等級數，企業實務操作上一般分為3～5級。
訂單管理層面的產能規劃屬于一種較高層次的供需協調決策，是實施新流程的重要內容。產能規劃方案，即為不同等級訂單預先分配產能是影響客戶服務水平、產能利用率和企業的盈利能力等績效水平的重要因素。從客戶服務水平看，雖然緊急訂單預分配產能提高了重要客戶訂單的滿足率，但緊急訂單的百分比增加將造成非緊急訂單的平均生產周期大幅上升，過多的緊急訂單預分配產能將延長正常訂單的生產周期。從產能利用率方面看，如果預測的客戶訂單未到達，那么單純地看新流程可能在一定程度上降低了產能利用率，但為重要客戶訂單預留產能的高回報率卻使得企業的利潤水平得以提升。因此，企業需在對客戶需求進行充分分析的基礎上，權衡產能規劃方案對各等級客戶的服務水平和企業總體盈利能力的影響。
訂單處理模塊主要處理事務性活動，包括負責訂單交付期需求、產品工藝需求等信息的獲取以及確定訂單的等級。
訂單承諾決策模塊是實施新流程的核心，由于晶圓產品的生產周期長且高度不確定，使得預測難度加大，吸引了許多學者與工業界的關注。如CHEN T用模糊BP網絡計算晶圓產品生產周期；YANG F采用神經網絡模型研究晶圓產品的生產周期和產出關系一；在三星電子的縮短產品生產周期與降低庫存項目的實施過程中，LEACHMAN等采用離散事件仿真方法研究晶圓產品的生產周期影響問題；BROWN S M等則用排隊網絡理論研究IBM晶圓制造廠的產能和產品生產周期問題。關于晶圓產品生產周期的預測問題暫不做深入探討。
3 結論
在晶圓制造系統的生產特征和生產組織方式對晶圓產品生產周期的影響分析的基礎上，指出晶圓產品的工藝過程以及晶圓制造系統的生產征和生產組織方式導致了訂單承諾決策的復雜性。由于當前的訂單承諾實務方法在重要客戶訂單滿足率和訂單準時交付率等方面的表現較差，為提高晶圓制造企業的訂單承諾決策水平，在對晶圓產品生產周期不確定性因素分析的基礎上，構建了基于產能規劃的多等級訂單承諾流程。在該流程中，為降低緊急訂單沖擊的影響，將訂單分設為多個等級，為各級預先分配一定產能。同時，該流程正視晶圓產品的生產周期與設備負荷相關這一事實，且要求考慮訂單產品的分時段產能需求。與訂單承諾實務方法相比，該流程能夠提高重要客戶訂單的滿足率和訂單準時交付率。值得注意的是，晶圓產品生產周期預測作為成功實施該流程的關鍵技術，由于問題本身的難度大，已成為當前的研究熱點，有待深人研究。
核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://m.hanmeixuan.com/
本文網址：http://m.hanmeixuan.com/html/consultation/10820210567.html
相關文章
