Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2007 №2

Анализ элементов производственного менеджмента в условиях одновременного функционирования традиционного и фаундри производства

Архипова Лариса


Основными параметрами оценки привлекательности полупроводникового предприятия как фаундри-изготовителя, то есть предприятия, оказывающего высокотехнологичные услуги по изготовлению микроэлектронных компонентов и интегральных микросхем сторонним организациям, являются производственный цикл и производственная мощность. Практическая оценка производственных циклов при заданных объемах производства затруднена в связи с отсутствием апробированных методик, описанных элементами производственного менеджмента и общепринятой в мировой практике терминологией, применяемой в полупроводниковом производстве. В статье анализируется данная проблема и предлагается система количественных элементов для оценки эффективности производственного менеджмента.

Введение

Фаундри-бизнес является новым видом деятельности в полупроводниковой промышленности и, соответственно, в микроэлектронном производстве, построенном на полупроводниковых технологиях. В микроэлектронике название «фаундри» подчеркивает особую роль так называемого кристального производства (Silicon Foundry), которое специализируется на изготовлении микроэлектронных компонентов и интегральных микросхем по спецификациям заказчика с предоставлением широкого спектра высокотехнологичных услуг по использованию инструментальных средств, библиотек стандартных элементов, элементов интеллектуальной собственности [1, 2].

Далее сформулированы основные отличия фаундри-бизнеса от традиционной производственной деятельности.

  • Управление объемами производства и производственными циклами осуществляет заказчик совместно с изготовителем.
  • Контроль качества выпускаемой продукции и подготовка программ улучшения качества осуществляется совместно заказчиком и изготовителем, причем заказчик частично финансирует программы по качеству.
  • Продукция, изготовленная по техническим спецификациям фаундри-заказчика, является его интеллектуальной собственностью.

Модель фаундри-бизнеса может быть реализована при условии, когда цели фаундризаказчика совпадают с возможностями фаундри-производства. Успешность фаундри-бизнеса определяется следующими факторами:

  • Наличие производственных мощностей, которые на длительный срок могут быть предоставлены для выполнения высокотехнологичных услуг по условиям фаундри-бизнеса.
  • Наличие современного производственного менеджмента, описанного терминологией, используемой в мировой полупроводниковой промышленности.

Развитие контрактных отношений между поставщиками и потребителями фаундри-услуг происходит по схеме, в которой отдельные компании, производители микроэлектронных компонентов, становятся мощными центрами по разработке, маркетингу и сервису. Их принято называть в микроэлектронике фаблесс, то есть компании, не имеющие собственного производства. Их усилия нацелены на рынок — поиск новых идей и решений, разработку и вывод на рынок новых изделий. Фаундри-компании предоставляют услуги центрам фаблесс. Процесс специализации компаний по видам деятельности осуществляется в соответствии с наибольшими областями их компетенций.

Многие современные предприятия микроэлектроники начинают работать по смешанной модели, объединяющей традиционную и фаундри модель бизнеса [2]. В связи с этим вопросы, рассматриваемые в данной статье, актуальны для любого полупроводникового предприятия.

Систематизация планируемых и управляемых элементов производственного менеджмента

Одним из условий размещения экспортного фаундри-заказа является наличие свободных производственных мощностей и соответствующих технологических процессов. Фаундри-контракт в обязательном порядке содержит разделы, оговаривающие условия предоставления производственных мощностей, выходные параметры технологического процесса, время производственного цикла, параметры незавершенного производства (НЗП), которые обеспечивают выполнение заказов в срок, не превышающий определенного уровня, при котором замораживаются оборотные средства.

В случае, если заказчик отказывается от закрепленных контрактом производственных мощностей, применяется система штрафов, покрывающая потери изготовителя, связанные с уменьшением объема производства (эффект объема) и загрузкой спецтехнологического оборудования.

Рассмотрим более подробно элементы производственного менеджмента и их влияние на эффективность производства.

  • Производственная мощность определяется объемом выпуска продукции, измеряемым как запуск, умноженный на процент выхода годных изделий.
  • Загрузочный фактор измеряется процентом использования каждой отдельной единицы оборудования в сутки.

Мощность производственной линии и загрузочный фактор характеризуют сбалансированность производственной линии и определяют стоимостные факторы полупроводникового производства, то есть эти элементы значительно влияют на изменение как постоянных, так и переменных затрат. Производственная мощность полупроводникового производства должна быть достаточно большой, для того чтобы обеспечить эффективность использования спецтехнологического оборудования. Малые производственные линии по производству интегральных микросхем не могут быть эффективными и конкурентоспособными. Это подтверждается значительным изменением стоимостного фактора, связанного с объемом производства, — при увеличении суточных запусков в два раза стоимостной фактор уменьшается более чем в полтора раза [3] (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость стоимостного фактора от изменения объема производства

Фактор загрузки оборудования определяет сбалансированность производственных мощностей, а также тенденции изменения постоянных затрат, он значительно влияет на рентабельность полупроводникового производства.

Практически все полупроводниковые предприятия сегодня работают на уровне загрузки оборудования 90%. Загрузка линии ниже 70% становится существенным фактором увеличения производственной стоимости за счет увеличения постоянных затрат. Полупроводниковые компании не могут быть рентабельными при условии, когда их загрузка находится на уровне 60% и ниже от максимальных проектных мощностей.

Максимальная эффективность производственной линии достигается на уровне 90% использования мощностей. Значения выше 90% — это сверхпроизводительный режим, при котором требуются дополнительные усилия для обеспечения минимального производственного цикла.

На рис. 2 представлен график влияния фактора загрузки на стоимость изготовления полупроводниковой продукции [3].

Рис. 2. Фактор стоимости и загрузка производственных мощностей

Загрузка оборудования и производственная мощность, в свою очередь, определяют время производственного цикла, которое является классическим показателем операционной эффективности и доминирует в системе удовлетворения требований заказчика.

Производственное время цикла (СТ)

Время цикла является ключевым параметром в конструкции производственных планов фаундри-бизнеса. Одним из необходимых условий при принятии решения о возможности предоставления фаундри-услуг является комплексная оценка технологических и производственных циклов и установление планового производственного цикла для каждого фаундри-изделия. Расчет производственных циклов можно описать в виде многоуровневой процедуры:

  • расчет теоретического времени цикла ТСТ0;
  • установление планового СТ;
  • расчет скорости движения производственной линии;
  • разработка программы работ по достижению планового времени цикла.

Первой фазой планирования производства является определение минимального количества незавершенного производства (НЗП), обеспечивающего ритмичность производства и максимальную скорость движения линии. Оптимальный НЗП должен гарантировать максимальную скорость движения производственной линии и вывод продукции в соответствии с установленным циклом. Оптимизация НЗП является самым дешевым способом обеспечения эффективности производственной линии. Причем, существенные улучшения обеспечиваются за короткий промежуток времени (несколько месяцев) и без вовлечения дополнительных людских и других ресурсов.

На рис. 3 схематично представлены три базовые составляющие, которые определяют производственные циклы.

Рис. 3. Основные параметры производственной линии

Методика определения оптимального производственного цикла предполагает поэтапное определение теоретического времени цикла ТСТ0 и расчета планового производственного цикла. В соответствии с теорией управления циклами, эффективно организованная и управляемая производственная линия способна обеспечить изготовление продукции за период времени, в 2,5 раза превышающий теоретическое время цикла [4]:

Реальное время цикла производственной линии, как правило, составляет 3,0–3,5 ТСТ0. Цель каждого предприятия — максимально приблизиться к формуле (1), то есть достичь идеального времени цикла.

Предлагается усовершенствованная и апробированная методика определения производственных циклов для изготовления фаундри-продукции:

Шаг первый — установление базового времени цикла.

  1. Базовое время определяется как средневзвешенное время цикла всех используемых технологических маршрутов на производственной линии. Причем для расчета используются маршруты, которые составляют 80% объема производства. Точность расчета в данном случае укладывается в ±5%.
  2. Период, по которому определяется базовое время цикла, — несколько месяцев непрерывной работы производственной линии.
  3. Единица измерения — рабочий день (из циклов исключаются выходные дни).
  4. При расчете используется фактическая дата запуска партии и дата выполнения последней операции технологического маршрута.

Шаг второй — определение теоретического времени цикла технологического маршрута (ТСТ0) для одной пластины.

Расчет теоретического времени выполняется для того, чтобы исключить разбросы, связанные с количеством пластин в партии. ТСТ0 дает информацию о том, с какой максимальной скоростью пластина, условно, может двигаться по маршруту.

  1. Расчет по сопроводительному листу абсолютно точного времени проведения каждой технологической операции.
  2. Операционное время рассчитывается в минутах и к полученному результату добавляется две минуты для заполнения сопроводительной документации.
  3. Суммарное теоретическое время пересчитывается в количество дней, требуемых для выполнения технологического маршрута. Эта процедура проделывается для каждого маршрута, и далее определяется средневзвешенное теоретическое время цикла.

Шаг третий — определение теоретического времени цикла для одной партии ТСТ (аналогично п. 2) с учетом размера партии.

Шаг четвертый — определение соотношения ТСТ0 и ТСТ.

Пример:

В данном случае эквивалентом скорости движения партии к скорости движения пластины будет фактор 1,5, рассчитанный как: 2,5×0,6 = 1,5.

На основании этого соотношения должны устанавливаться цели по СТ и разрабатываться программы по сокращению фактического времени производственных циклов.

Шаг пятый — расчет динамического времени цикла.

Управление производственной линией — процесс динамичный и изменяющийся во времени. Для моделирования этого процесса необходимо использовать измеряемые параметры. Предлагается использовать такой параметр, как скорость движения пластин, описанная терминами незавершенного производства и времени цикла.

Динамическое время цикла может быть описано как изменение незавершенного производства в зависимости от скорости линии:

где SL — скорость производственной линии; WIP — объем незавершенного производства.

Скорость производственной линии условно может быть определена как:

где O — вывод пластин с производственной линии; I — запуск пластин на производственную линию.

Путем преобразования формулы (2) и (3) получим значение величины производственного цикла, выраженного как:

В полупроводниковом производстве количество выведенных с производственной линии пластин зависит от технологического процента выхода и определяется как:

где Y — процент выхода годных пластин по маршруту изготовления.

Формула (4) с учетом (5) может быть преобразована как:

Скорость производственной линии в динамике можно определить, как количество суточных перемещений блоков операций, отнесенных к ежедневным запускам и количеству блоков в технологическом маршруте:

где P — количество блоков технологических операций, объединенных суточным циклом изготовления; Т — количество перемещенных за сутки блоков, деленное на количество запусков и выраженное в количестве пластин. Блок определяется расчетным путем и равен количеству операций, объединенных одной фотолитографией с производственным циклом, равным одним суткам (24 часа).

Параметр T определяет сложность технологического маршрута и органическую связь времени цикла с незавершенным производством.

На основании выведенных зависимостей можно утверждать:

  • чем меньше объем НЗП, тем ниже время цикла;
  • чем меньше производственные циклы и объем незавершенного производства, тем выше предсказуемость параметров качества продукции, изготавливаемой на производственной линии.

С целью безусловного выполнения фаундри-заказов в согласованные сроки предлагается использовать регулятор запуска (К), учитывающий отклонение фактических производственных циклов от планируемых:

где K = СТфакт/СТплан; Vзапуск — объем запуска пластин под фактический заказ; Vзаказ — объем заказа (количество пластин); СТфакт — фактический цикл (по итогам последних 3 месяцев); СТплан — планируемый производственный цикл; Y — планируемый процент выхода годных пластин, а 1/Y — коэффициент запуска.

Время производственного цикла и объем незавершенного производства являются основными планируемыми и управляемыми инструментами производственного менеджмента в фаундри-бизнесе. Финансовые риски предприятия и риски предсказуемости производственной линии прямо пропорциональны НЗП, так как при завышенном объеме НЗП проблематично решение проблем, связанных с восстановлением показателей качества.

Совершенствование системы планирования и организации управления производством путем введения количественных измеряемых параметров позволяет оценивать фаундри-производство не по принципу «лучше–хуже», а на основании количественных характеристик производственной линии.

Совершенствование производственного менеджмента в полупроводниковом производстве должно осуществляться по методу DMAIC: Define (определить), Measure (измерить), Analyze (проанализировать), Improve (улучшить), Control (проконтролировать) [4]. Причем для обеспечения непрерывности снижения производственных затрат этот процесс должен быть непрерывным. Управление набором количественных инструментов производственного менеджмента позволяет значительно уменьшить издержки полупроводникового производства и обеспечить своевременное выполнение фаундри-заказов.

Заключение

Для оценки эффективности производственной линии определены и систематизированы управляемые и регулируемые количественные параметры: время производственного цикла, незавершенное производство, скорость производственной линии.

Так как фаундри-заказчик осуществляет непрерывный мониторинг за выполнением фаундри-заказа, количественные элементы оценки эффективности производственного менеджмента и расчеты адаптированы к международным правилам и требованиям ведения фаундри-бизнеса.

Литература

  1. Современное состояние и перспективы развития рынка услуг кремниевых заводов // Зарубежная электронная техника. 2000. № 3.
  2. Терминологический словарь // Живая электроника России. Отраслевой деловой ежегодник. 2005.
  3. MID-TERM STATUS-1998. The IC industry Management Tool for the 21st Century. Integrated Circuits Enginneering Corporation, 1998.
  4. Wafer Fab Cycle time management. Wafer Fab Info. Future Fab Intl. [Electronic resource] /Mode of access: http://www.future-Fab.com/solutions.asp?sID=3848=Fab+operations. Date of acces: 24.05.2006.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке