面向晶圆制造企业的多等级订单承诺流程

中图分类号：TH166 DOI：10.3963/j.issn.2095-3852.2013.02.034集成电路晶圆生产是在晶圆表面上和表面内制造半导体器件的-系列生产过程。它从单晶抛光片开始，根据集成电路产品的复杂程度不同，反复经过多达数次甚至 1O多次的增层、光刻、掺杂和热处理工艺的加工，使在晶圆上形成成百上千的集成电路芯片，产品生产周期-般长达几个月。

晶圆产品的生产周期除具有周期长的特征外，同时还具有高度不确定性。生产周期长主要是由晶圆产品的生产工艺特征决定的，周期不确定性程度撒于制造系统中关键设备的利用率和关键设备前的工件排队规则。设备利用率与制造设备、生产工艺特征有关，工件排队规则由生产组织方式决定。

紧急订单(包括来自企业自身的工程试验订单和来自重要客户的交期紧迫的订单)在晶圆制造企业经常出现。从生产组织方面看，因紧急订单对资源的优先占用权导致了正常订单的生产周期产生了波动，缩短紧急订单的生产周期是建立在延长正常订单的生产周期基础之上的。许多学者的研究表明，紧急订单对正常订单的生产周期波动性产生重大的影响，但对紧急订单的生产周期和产出率均无明显影响 J。从制造设备方面看，由于晶圆制造的-些重要设备价格昂贵，企业为充分利用设备产能，使这些设备成为了瓶颈资源，提高瓶颈资源的利用率将加大正常订单的生产周期波动性。从生产工艺特征方面看，晶圆生产的重人性，即产品需要反复经过相同设备，进-步加剧对关键资源的争夺。值得注意的是，紧急订单和重人性特征的叠加又使得生产周期的波动大幅增JIJ o可见，晶圆产品生产周期的不确定性与设备产能利用率密切相关。产品生产周期是企业做出订单承诺的最重要依据，然而晶圆产品生产周期的不确定性，使企业在做出可靠的订单承诺方面产生了难度。由于晶圆制造业近年才开始在我国内地迅速发展，目前国内关于订单承诺方面的研究较少，因此从订单管理层面产能规划着手，结合产生晶圆产品生产周期不确定性的原因，研究订单承诺流程以提高订单满足率和准时交付率，是值得探索的问题。

1 订单承诺的实务探讨1.1 订单承诺的实务方法在晶圆制造企业的订单承诺实务上，多以企业生产能力、负荷水平、产品生产周期和订单到达时间为依据来响应客户订单需求。订单承诺过程的分时段产能分配如图 1所示。

图 1(a)列出了在计划展望期内各时段(晶圆制造企业通常以周或月作为单位)的累积可承诺量，它是企业各时段的生产能力扣除已承诺部分收稿日期：2012-l1-o3。

作者简介：杨立熙(1970-)，男，辅福安人，福州大学管理学院讲师；博士。

基金项目：国家自然科学基金资助项目(70901021)；教育部人文社会科学基金资助项 目(10YJC630333)；辅省社会科学规划基金资助项目(2010B067)。

288 武汉理工大学学报(信息与管理工程版) 2013年4月订单2c >到达时段(c)订单2到达时段(d)订单3到达图 1 订单承诺过程的分时段产能分配圜 -可承诺产能；r--1-已承诺产能的剩余量，这是综合企业生产能力和负荷水平(或需求水平)后的运算结果，以时段内晶圆的产量为计量指标。要求企业能在恰当的时间提供满足客户需求的订货数量是订单承诺过程要遵循的基本原则。在响应客户的订单时，销售管理部门首先根据产品的生产周期信息，结合该产品的需求时界(demand time fence，DTF)，判断在时间上是否能满足需求。若满足交货期需求，则进-步确定该时段上的能力供给能否满足需求，若满足，则将该时段及其之后各时段的可承诺产能分配给该订单。图1(b)、(c)、(d)显示了3张依次到达的客户订单，交货期分别落在第 1、第 3和第2时段时的订单产能分配情况，假设在3个嘲中可承诺量都能满足需求。以图1(b)为例，将时段 1的产能承诺给第 1张订单，因可承诺产能是以累积方式计量，因此在将时段 1产能分配给该订单的同时，其后各时段的相应可承诺产能也应扣除。

如果某时段可承诺量不能满足需求，可将前期的可承诺产能作为响应订单的依据。

1.2 问题探讨- 些企业应用上述方法取得了良好效果，如在TFT-LCD液晶显示屏制造企业的应用 j。然而，在晶圆制造企业的应用中，订单满足率、准时交付率和产能利用率等方面的表现不理想，主要有以下3个方面原因。

(1)订单优先级规则对重要客户订单满足率的影响。许多企业采用先到先服务 (first eomefirst served，FCFS.)规则安排订单的优先级，这种公平对待客户的规则，实则忽视了重要客户订单对企业绩效的影响作用。目前-些晶圆制造大厂在产能紧张情况下，抛弃 FCFS规则，采取只承接重要客户订单的策略。

(2)产品生产周期预测方法对准时交付率的影响。企业多以固定生产周期作为响应客户订单交货期的依据。实际上产品生产周期与关键设备的负荷密切相关，设备的高负荷运行将加剧产品生产周期的波动 J。晶圆制造企业关键设备多为瓶颈资源，造成了晶圆产品的生产周期大幅度变化，给订单的准时交付带来不利的影响。

(3)可承诺产能的信息粒度对准时交付率和产能利用率的影响。上述订单承诺方法的可承诺产能通常用每月产量来表示，而晶圆产品的生产周期却有多个时段的跨度，此外，在重人陛的作用下，设备的产能在产品的整个生产周期内被该订单间断生地占用。因此，用来作为订单承诺依据的可承诺产能并非订单实际占用产能，这将对订单的准时交付率产生影响。为订单预设缓冲产能是这类问题的有效解决方案，但会降低产能利用率。

2 基于产能规划的多等级订单承诺流程2.1 多等级订单承诺流程总体框架基于产能规划的多等级订单承诺流程框架如图2所示，其由订单等级数确定、产能规划、订单处理和订单承诺决策 4个拈构成，涉及到对订单等级数、产能分配、资源负荷和订单产品需求信息的处理。

图 2 基于产能规划的多等级订单承诺流程框架订单等级数确定和产能规划为订单管理的战略层活动。前者的输出结果是订单的优先等级数，后者则输出各等级订单的产能分配比例。订单处理拈获韧户订单的需求信息，包括工艺和交付期两方面的信息，同时依据订单利润、客户重要性等信息确定订单等级。

订单承诺决策拈是该流程的核心功能，它综合订单在工艺和交付期两方面的需求信息、资-碑- 寸量 -290 武汉理工大学学报(信息与管理工程版) 2013年4月么单纯地看新流程可能在-定程度上降低了产能利用率，但为重要客户订单预留产能的高回报率却使得企业的利润水平得以提升。因此，企业需在对客户需求进行充分分析的基础上，权衡产能规划方案对各等级客户的服务水平和企业总体盈利能力的影响。

订单处理拈主要处理事务性活动，包括负责订单交付期需求、产品工艺需求等信息的获取以及确定订单的等级。

订单承诺决策拈是实施新流程的核心，由于晶圆产品的生产周期长且高度不确定，使得预测难度加大，吸引了许多学者与工业界的关注。

如 CHEN用模糊 BP网络计算晶圆产品生产周期l ；YANG采用神经网络模型研究晶圆产品的生产周期和产出关系 ；在三星电子的缩短产品生产周期与降低库存项 目的实施过程 中，LEACHMAN等采用离散事件仿真方法研究晶圆产品的生产周期影响问题 ；BROWN等则用排队网络理论研究 IBM晶圆制造厂的产能和产品生产周期问题L1。关于晶圆产品生产周期的预测问题暂不做深入探讨。

3 结论在晶圆制造系统的生产特征和生产组织方式对晶圆产品生产周期的影响分析的基础上，指出晶圆产品的工艺过程以及晶圆制造系统的生产特征和生产组织方式导致了订单承诺决策的复杂性。由于当前的订单承诺实务方法在重要客户订单满足率和订单准时交付率等方面的表现较差，为提高晶圆制造企业的订单承诺决策水平，在对晶圆产品生产周期不确定性因素分析的基础上，构建了基于产能规划的多等级订单承诺流程。在该流程中，为降低紧急订单冲击的影响，将订单分设为多个等级，为各级预先分配-定产能。同时，该流程正视晶圆产品的生产周期与设备负荷相关这-事实，且要求考虑订单产品的分时段产能需求。与订单承诺实务方法相比，该流程能够提高重要客户订单的满足率和订单准时交付率。

值得注意的是，晶圆产品生产周期预测作为成功实施该流程的关键技术，由于问题本身的难度大，已成为当前的研究热点，有待深入研究。