台湾液晶产业实施APS的案例
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台湾液晶产业实施APS的案例 本篇文章将以鼎诚信息曾经参与奇美电子FABⅠAPS系统导入、友达光电APS系统雏形建立及中华映管APS导入规划等经验，说明目前TFT-LCD产业导入与建构APS系统的需求。本篇文章共分为三部份说明，首先将说明TFT-LCD整体产业背景，续而说明TFT-LCD产业的之制程限制特性，最后导出TFT-LCD产业规划流程与APS系统的需求。 一， TFT-LCD 产业背景： 被誉为国内『第二半导体产业』之液晶产业，从最早敬业电子自美国引入TN-LCD技术，激活台湾第一条TN-LCD液晶显示器生产线开始，至1997年中华映管自日本三菱电机集团转投资公司ADI获取TFT-LCD量产技术正式迈入大尺寸TFT-LCD面板生产，1999年间建构七条生产线，到2002年国内TFT-LCD的产值达到67亿美元，成为全球第二大TFT-LCD生产国。经济部的『两兆双星产业发展计画』更为TFT-LCD产业订下于2006年产值达到1.3兆元，超越南韩成为全球第一大TFT-LCD显示器供应国的目标。TFT-LCD产业无疑将继半导体产业成为政府极力扶植的明星产业。 1， 技术移转 TFT-LCD产业为一资本与技术密集的产业，其结合了前段Array半导体制程技术，中段Cell液晶制程技术与后段Module组装制程技术。而国内主要TFT-LCD制造技术均移转于日本厂商，表一为国内主要TFT-LCD制造厂商及其技术移转对象与导入技术形态。 表一：国内主要TFT-LCD制造厂商及其技术移转对象与导入技术形态 国内厂商 中华映管 奇美电子 广辉电子 友达光电(原达碁科技) 友达光电(原联友光电) 瀚宇彩晶 统宝光电 技术移转对象 ADI(Advance display Inc.) FujitsuIBM Japan Sharp IBM Japan Fujitsu 导入技术形态 建厂、生产设计、整厂技术 MVA (Multi-Domain Vertical)合资公司 整厂技术 生产、设计技术 MVA Matsushita 建厂、生产、设计、整厂技术 Toshiba Sanyo 建厂、生产、设计、整厂技术 量产技术 资料来源：王淑珍 台湾迈向液晶王国之秘 2， 物料需求 另就TFT-LCD制造成本结构部份，材料成本占总成本高达51％（如表二）也是一项TFT-LCD产业特性。其中彩色滤光片、偏光板、驱动IC则是目前TFT-LCD产业的关键零组件。虽然国内TFT-LCD材料厂商在关键零组件的供应能力近年来已有长足的增长，但除材料制造技术主要仍来自日本厂商外，就产业规模上与日本厂商更是有段差距。在国内厂商纷纷投入更高世代TFT-LCD技术生产之际，预计面板未来将会有供过求的现象，故面对的将是面板价格降低，获利空间缩小的市场。因此如何降低整体制造成本将是获利与否的关键所在。由于关键制造技术与零组件仍大部份掌握在国外厂商手中，国内厂商降低整体制造成本的方法除了将关键零组件内制化或与材料供货商策略合作以降低材料成本外，另如何提升生产良率与提高设备使用率等提高制造能力的方法，亦是降低整体制造成本，提升企业竞争力的不二法门。 表二：TFT-LCD制造成本结构 成本项目 彩色滤光片 偏光板 其它Cell工程材料 驱动IC 背光模块 其它模块材料 玻璃 所占比例 13% 6% 2% 10% 8% 9% 2% 成本项目 靶材 建物设备摊提 人事成本 其它 销售经费 R＆D＋权利金 所占比例 1% 13% 6% 16% 8% 6% 资料来源：工业技术研究院 3， 制造信息系统 制造信息系统的辅助将是企业是否发挥其制造能力的关键，在此所指之制造信息系统包括：企业资源规划系统（ERP）、制造执行系统（MES）及先进规划与排程系统（APS）。若能发挥与整合上述制造信息系统的功能，企业制造能力将大为的提升。以鼎诚信息曾经参与奇美电子FABⅠAPS系统导入、友达光电APS系统雏形建立及中华映管APS导入规划的经验得知，目前国内TFT-LCD厂商在ERP与MES等系统的导入与建构上均已有成果，然而在执行生产规划与供应链规划之APS系统的导入之成功案例仍屈指可数。目前此部份规划工作主要还是以人工规划为主。以人工为主之排程除了无法精确考TFT-LCD复杂产能限制外，其费时费力的规划方式更是无法应付未来会更复杂之制程特性与供应键的规划需求。 台湾液晶产业实施APS的案例(续） 二， TFT-LCD 制程特性 TFT-LCD之生产制造技术结合半导体产业、化学材料产业及光电产业之制造技术及装配产业技术，主要可分为：列阵( Array ) 制程(或 TFT )、面板（Cell）组立制程 ( 或LCD ) 和模块组装 ( Module ) 制程 (或 LCM )。各制程除了不同之生产规划目标特性外，同时有复杂的产能与物料限制（Constraint）。 1，TFT-LCD 制程 图一为TFT-LCD制程，列阵制造技术主要是将玻璃基板透过类似半导体制造技术 ( 镀膜、曝光、显影、蚀刻等技术 ) 在基板上形成为数众多的晶体管，由于国内半导体制作技术的成熟，国内在列阵制程良率均高。组立制造技术主要是将列阵制程完成的基板与彩色滤光片基板分别作配向处理，并透过检准机械对位压合，再进行框胶烧成，切割成预定尺寸面板，再注入液晶，并将偏光板贴附，并做检测工作，此制程难度甚高（亦是国内厂商自日本技术移转主要部份），是LCD面板制作程序中良率最低的一环。最后则是面板模块制作，主要是将切割完成的面板与驱动IC、电路板、背光模块等外部零组件组立起来成为LCM，之后再做最后的检查。由于LCM制程并不复杂，国内多年来亦已累积相关的装配技术，良率应可达高水平的要求。 2，TFT-LCD 制程规划目标 如上所述在TFT-LCD制程中包含了半导体制程、液晶制程与装配制程，由于各阶段之制程特性不同，故各制程之规划目标亦会有差异。就TFT-LCD各制程之规划目标说明如下： Array制程规划目标 考虑回流生产与共享机台的特性，使各设备对各产品的生产能平稳化，以达到各制程WIP的平衡（balance），进而降低制造周期时间（cycle time），增加产出。同时在满足最终产品需求的前提下达到瓶颈资源使用率的最大化。 Cell制程规划目标 考虑彩色滤光片、列阵制程的供货状况以及满足最终产品需求的前提下(上下阶制程供需平衡)，尽可能提高各设备的资源使用率。 Module制程规划目标 配置各等级的产品给顾客，尽可能满足顾客的需求(Demand Allocation)。 3，TFT-LCD 制程限制特性 除上述TFT-LCD各制程不同之规划目标外，于TFT-LCD各制程中亦存有不同的限制（Constraint）特性，归纳如下： 制程分级产出特性 列阵的投入单位都是以玻璃基板（substrate）的片数计算，依最终面板的尺寸不同可制作成不同的面板片数(panel)。在列阵制程结束后会依每片玻璃基板上面板的良品数进行分级。组立制程最后会依其品质的优劣对组立制程的完成品分级，等级的不同会影响下一制程的良率，下一制程 ( 模块组装制程 ) 所使用的组立完成品等级 ( 品质 ) 越高其良率就越高。模块组装制程 最后一样会依品质的优劣分级，不同顾客对相同产品所能接受的等级不同。 时间相依性之良率与分级率特性 制程有良率问题，且因制程技术的不断进步其良率随着时间的不同而改变。而上述之各制程之分级率亦有相同的特性。 时间相依性产能特性 产能（机台数量、工具数量、制程能力），于不同规划周期内产能会有变更。 制程相依性整置时间 机台之换线（不同产品转换）时间与前后连续之制程相关，非固定值。 特殊设备机台群组特性 不同产品使用的机台不尽相同，各产品会有各自使用之设备群组。 前后制程绑机台限制特性 后制程加工之机台会受限于前制程加工之机台。 等候时间限制特性 于特定制程间等候时间之限制，前制程完成后需于特定等候时间限制内(外)进入后制程，超过此一时限会产生品质问题，需进行重工损耗产能； 个别/群组物料替代特性 物料间彼此具有替代性。除个别替代外，亦会有群组替代。 经济制造批量特性 具经济制造批量限制，当生产批量达经济制造批量时才可开始加工。 群组换线特性 换线是以作业群组为主；亦换线是在不同作业群组间的转换，而非个别作业的转换。 连批生产特性 由于换线时间很长，故需在满足需求下尽量减少换线的次数以避免产能的浪费。 在制品（WIP）数量上限特性 由于实体暂存区（buffer）的空间上限，故某些制程前之WIP会有数量上限限制。 投入限制特性 针对不同产品特性，每天会有投入量上限。 三，TFT-LCD产业之 APS 系统需求 由于TFT-LCD在进行生产规划时具有上下游同步规划的特性，且为资本及技术密集性产业，对生产规划人员的挑战莫过于如何满足市场需求的前提，并受限于各厂不同的限制下，同步协调TFT,LCD,LCM的排程计划，以提升各厂的产能利用率，达成各厂各自及整体的生产目标。综观上述的特色与需求，在以往使用人力进行生产规划与排程的机置，在时效性上可能无法立即反应顾客所提出的需求与询问。因此，TFT-LCD产业需有一先进的反应机置，以协助业务人员与生管人员快速响应顾客需求。 1，TFT-LCD生产规划流程 鼎诚信息将TFT-LCD产业之生产规划流程主要分成四个阶段( 如图二所示 ) ： ( 1 ) 需求规划， ( 2 ) 供给规划， ( 3 ) 产能平衡规划及 ( 4 ) 绩效分析阶段。需求规划是由业务部门根据订单及销售预测提出最终产品的净需求，此部份大多于ERP系统的需求规划模块或供应链规划模块 ( SCM ) 进行规划。生产规划部门依需求规划的结果及各制程的在制品和库存，计算各制程的净投入量。此时求得的净投入量并未考量实际现场的产能，非真正能执行的计划，需经由APS系统考量制程特性，衡量现场所有资源的产能负荷及相关限制，同时平衡TFT-LCD厂内各制程的供给与需求，产生实际可行的生产计划，最后再进行绩效分析，评核此次规划的绩效。 2，TFT-LCD产业之APS系统需求 综合TFT-LCD产业与制程特性与生产规划流程流程，兹将TFT-LCD产业之APS系统主要需求归纳如下： 一、 在需求规划(demand planning)阶段，必须根据市场需求，考虑各阶制程的良率及分级率，以规划出各阶制程的时程化需求（time-phased demand)。 二、 为达到各阶制程的生产目标(实时程化需求) ，在供给规划(supply planning)阶段，必须考虑各阶制程的良率/分级率及已生产未分配量(e.g., WIP, Bank) ，以规划出各阶制程的时程化投入量(即制令) 。 三、 由于供给规划阶段并未考虑各阶生产现场的实际产能、生产限制与派工条件等制程特性，尚须经详细的生产排程规划，以规划出实际可行且可作为生产现场派工依据的日生产计划 (daily production plan)。 四、 以实际可行且可作为生产现场派工依据的日生产计划，进行需求分配(demand allocation)，已达到订单满足(order fulfillment)的目标。 五、 各阶制程规划时均有其特殊生产限制与派工条件考量。 四， 结论 由于TFT-LCD产业的产业特性及制程特性异于其它产业，以及项目的导入范围亦有所差异，造成其对APS系统的特殊需求，以致于APS系统无法以套装系统的方式进行导入。换言之，一个APS项目的导入无法与一般单纯信息系统导入相提并论。此外，APS系统的导入涵盖企业作业型态、人员观念之转变、部门之沟通及信息科技之运用等复杂因素，因此一个完整之项目导入方法、人员之教育训练与专业的项目管理是项目成功的重要关键。碍于篇幅限制，继本文章之后将另辟一篇专文说明鼎诚信息之TFT-LCD产业项目导入手法、项目进行步骤及项目成功关键因素等。 继前文产业背景、制程特色、生产规划目标与APS系统需求，本文将接续说明鼎诚信息实际导入奇美电子FABⅠAPS系统之导入过程、系统架构与特色、导入效益及项目成功关键因素等。 奇美电子简介 一、 主要产品别及销售对象 奇美电子为世界TFT-LCD (薄膜晶体管液晶显示器)领导厂商，产品以显示器、笔记型计算机用面板、液晶电视用面板为主。其亦是台湾TFT-LCD厂商中唯一自建彩色滤光片厂厂商。 二、 公司规模 1998年8月成立 ，目前有3.5代厂，4代厂各一座，5代厂预计于2003年第四季可顺利量产。员工约5000 人。 三、 营运规模 2002年营业额40,703,623（新台币 仟元）。 四、 导入前E化的成效及能力 生产规划人员结合规划经验利用Excel自行开发生产规划系统，辅助进行生产规划工作。 导入过程： 奇美电子FABⅠAPS系统之导入过程可分为四个阶段，各阶段之工作内容说明如下： 一、 现况与需求分析 分析奇美电子FABⅠ以人工为主之规划流程、现场排程限制及确认APS系统的基本功能与报表需求。 二、 功能开发与功能测试 针对上一阶段所提出之基本功能需求，进行功能及报表的开发与测试。本阶段所开发之功能/报表均与使用者作需求的确认且经严格的功能测试完成。 三、 情节测试与功能调整 以上一阶段所开发之基本功能为基础，虚拟需求及现场资料，进行各厂初步之排程测试。期间并针对其特殊之排程需求，进行进阶排程功能的开发与完成测试。 四、 上线测试与功能调整 以上一阶段为基础，以实际需求及现场资料，进行各厂之排程测试与四厂（TFT、CF、LCD及LCM）整合测试。并请生产控制（PC）人员验证排程结果之合理性与正确性。最后并通过与现玚实际排程结果资料（Actual）进行验证比较测试。 系统架构与特色 本小节说明奇美电子FABⅠAPS系统之系统架构与系统特色。 1. 需求规划与总需求分配计划 结合配销需求规划及企业本身的市场预测，依据产品的存货水准及策略，将需求予以时程化，概略决定每一规划时程所需出货的数量。（此作业目前是结合奇美电子内部其它系统完成）。 2. 主排程规划 主要承接需求规划所规划之最终产品的预计净需求量，考量各厂之良率、在制品与库存量，求得各制程各时程的净投片量。 3. 生产排程与产出平衡规划 承接主排程规划所规划出之各制程的净投入量，并考量各制程详细之生产特性、限制与派工法则下，产生各制程真正可行的生产计划；同时藉由上下游的产出平衡规划达到各制程间产出的平衡。 4. 物料规划 主要是以产能规划的结果，产生各制程物料需求时程计划。 二、 系统特色 1. 完整考虑现场实际限制下之生产规划 奇美电子APS系统于导入过程中鼎诚顾问与奇美使用者即充份讨论各项生产限制，并于系统建模或功能与法则的开发中将生产限制完整纳入考量。 2. 供需平衡之生产规划 奇美电子APS系统系由最终产品需求导出各制程之需求，并考量各制程在其生产特性与产能限制下的供给能力，进行生产规划工作，以求供给与需求平衡。 3. 弹性规划范围 TFT-LCD的生产包括Array(TFT)、Cell(LCD)及Module(LCM)等各段制程，而生产规划工作即规划各段制程每日的投入量与产出量。通常各段制程可能在不同厂生产，且其规划工作亦由不同规划人员负责。奇美电子APS系统即提供可单独规划亦或同时整合规划各段制程之日投入与产出量的弹性。 4. 同步规划 由于TFT-LCD各段制程属于上、下游的生产关系，亦即下游（LCD、LCM）的生产受限于上游（TFT、LCD）的产出。故进行生产规划时必须同步协调各段制程的投入与产出，以求规划的一致性。奇美电子APS系统即提供同步规划的功能。 5. 弹性物料限制 奇美电子APS系统针对物料限制有Hard或Soft两种设定。若将其设为Hard则代表生产规划时需将物料的库存与进料时程纳入考量并视其为必要的限制；反之若将其设为Soft则无须考量物料之库存与进料时程限制。使用者可根据物料取得之前置时间或进料时程可掌握的程度，判断其关键性，弹性设定物料限制。 导入效益 奇美电子导入APS系统之导入效益，概括为下列五点： 一、 以生产排程系统替代原有之人工排程，藉以提高排程结果的时效性与正确性。 二、 藉由系统良好的排程规划，提高产出，降低整体存货水准与成本，提高公司之竞争力。 三、 降低人力负担，使规划人员能致力于产销协调，提供内部准确且一致的生产规划，降低产销失误与不正确性。 四、 协助生产规划部门达到妥善运用四个厂之有效资源，并快速规划出能满足市场需求的生产排程，以面对竞争激烈的市场。 五、 利用APS系统进行规划，让生产规划流程、产能信息、生产信息等完全透明化，相关人员可以随时取得相同且最新生产信息以取得规划结果的共识。 项目成功关键因素 归纳奇美电子FABⅠ导入APS系统项目之成功关键因素为： 一、 奇美参与项目人员充份了解生产制程特性与限制。 二、 奇美参与项目人员具备规划经验且熟悉原有之规划流程与方式。 三、 奇美参与项目人员完全投入系统导入工作。 四、 鼎诚顾问导入团队正确清楚了解使用者需求。 五、 鼎诚系统开发团队快速客制使用者需求功能。 六、 奇美与鼎诚高阶主管对项目的支持与协助。 结论 在国内TFT-LCD厂商五代厂纷纷即将量产之际，市场预期随着面板供给量的增加，面板价格亦将降低，其势必压缩整体产业的获利空间。面对如此严峻的挑战，如何利用先进规划与排程系统 (Advanced Planning and Scheduling; APS) ，来协助企业提供更弹性的顾客服务及不断的缩短OTD的前置时间，进而挑战在没有多余的库存、没有增加营运成本与没有产能浪费下，增加企业整体的营运绩效，达到提升企业竞争优势的目标，是各厂商所必须积极思考的。 鼎诚信息将秉持一贯服务的精神与以其对TFT-LCD产业的充份了解及APS系统的导入经验，期能为这个台湾下一个明星产业贡献我们的心力，共创产业的未来。 参考书藉： 1. 王立志，『制造业管理新纪元---应用先进生产规划与排程系统提升企业竞优势』 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/a5ce11a1d3d233d4b14e852458fb770bf78a3bd5.html