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1、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
2、 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-
3、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
4、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
5、、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、。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
