1 設(shè)備效率

　　半導(dǎo)體工業(yè)極大依賴(lài)于半導(dǎo)體制造設(shè)備的投資，而且是同步增長(zhǎng)的。隨著設(shè)備的硅片尺寸大直徑化、設(shè)備的高精度化、自動(dòng)化，設(shè)備價(jià)格日益昂貴化，工藝線的設(shè)備總投資更是成倍地增長(zhǎng)。對(duì)工藝線來(lái)說(shuō)，在設(shè)備投資加大的同時(shí)，設(shè)備折舊的負(fù)擔(dān)也加大，設(shè)備折舊與維修占硅片加工總成本的最大比重[1]，設(shè)備效率和設(shè)備能力能否達(dá)到其最大利用率是決定硅片成本的重要因素之一，因此設(shè)備效率和設(shè)備能力已成為半導(dǎo)體制造者非常關(guān)心的問(wèn)題。

　　國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料組織（SEMI）于1999年提出了一種能準(zhǔn)確計(jì)算設(shè)備效率的方法——全面設(shè)備效率（OEE）。

　　1.1 OEE簡(jiǎn)介

　　OEE考慮了設(shè)備所有的運(yùn)行情況，完全依據(jù)設(shè)備的狀態(tài)時(shí)間計(jì)算[2]（見(jiàn)圖1），計(jì)算方便準(zhǔn)確，并且更加適合柔性生產(chǎn)設(shè)備，彌補(bǔ)了SEMI以往計(jì)算效率方法的不足。

　　SEMI將全面設(shè)備效率定義為可用效率（AE或稱(chēng)Up Efficiency）、生產(chǎn)效率(OE )、速率效率(RE)和質(zhì)量效率(QE )之積，具體OEE模型如下所示[3]
　　OEE=AE ×OE ×RE×QE
　　其中，AE：％設(shè)備完好且能進(jìn)行工藝的時(shí)間占總時(shí)間的比例；OE：％設(shè)備進(jìn)行工藝的時(shí)間占可用時(shí)間的比例；RE：％設(shè)備加工的理論生產(chǎn)時(shí)間占生產(chǎn)時(shí)間的比例；QE：％有效加工的理論生產(chǎn)時(shí)間(無(wú)廢片、無(wú)回流)占總理論生產(chǎn)時(shí)間的比例或％工藝完成后的硅片數(shù)占總硅片數(shù)的比例。

　　1.2 OEE的計(jì)算

　　雖然SEMI組織已經(jīng)給了OEE的計(jì)算方法，但是半導(dǎo)體公司根據(jù)其自身的特點(diǎn)給出了簡(jiǎn)單的OEE計(jì)算方法，下面將介紹兩種常用的計(jì)算方法，以單臺(tái)設(shè)備一天為例
　
　　（1） OEE＝理論生產(chǎn)時(shí)間÷總時(shí)間
　　其中，理論生產(chǎn)時(shí)間＝（當(dāng)天工藝i加工的硅片數(shù)×工藝i每片理論加工時(shí)間，n為當(dāng)天的工藝總數(shù)）；總時(shí)間＝24h。

　　（2）OEE＝實(shí)際出產(chǎn)的硅片數(shù)÷理論出產(chǎn)的硅片數(shù)。
　　表1是國(guó)內(nèi)某半導(dǎo)體制造有限公司運(yùn)用第一種方法的OEE實(shí)例。
　　
　　1.3 OEE的提高

　　OEE是設(shè)備管理中一種非常好的衡量方法，通過(guò)OEE模型的各子項(xiàng)分析，可以很容易地找出影響設(shè)備效率的原因（表2），然后有針對(duì)性地解決問(wèn)題，達(dá)到提高設(shè)備效率的目的。

　　2 設(shè)備能力

　　設(shè)備能力對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃是非常重要的。面對(duì)市場(chǎng)需求的不斷變化，為了生產(chǎn)計(jì)劃能快速響應(yīng)新的產(chǎn)品組合，最好的方法就是要充分了解設(shè)備能力，避免過(guò)載而造成的損失。設(shè)備能力可用生產(chǎn)時(shí)間、或是生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量來(lái)衡量，本文介紹用時(shí)間作單位的設(shè)備能力，即是指計(jì)劃期內(nèi)機(jī)器能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，包括有效的加工時(shí)間和設(shè)備能力效率兩個(gè)參數(shù)。

　　2.1 有效加工時(shí)間

　　硅片生產(chǎn)分為單片、單批、多批等不同工藝，因此不同工藝的有效加工時(shí)間都?xì)w一化為單片的有效加工時(shí)間。某機(jī)臺(tái)某個(gè)工藝步驟的有效加工時(shí)間除了包括理論加工時(shí)間外，還應(yīng)考慮機(jī)器理論裝卸時(shí)間、啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換時(shí)間、以及回流率等，即
EPT=(TPU+TAL+TSP)×(1＋AR)

　　2.2 設(shè)備能力效率

　　設(shè)備能力效率計(jì)算中值得注意的是空閑時(shí)間的選取。由于產(chǎn)品組合的原因，車(chē)間會(huì)出現(xiàn)瓶頸設(shè)備，會(huì)限制其它設(shè)備的生產(chǎn)能力。因此，要區(qū)分設(shè)備空閑時(shí)間是自身原因還是瓶頸設(shè)備造成的。因?yàn)橛捎谄款i造成的空閑時(shí)間仍可被當(dāng)作可以獲得的產(chǎn)能，而瓶頸設(shè)備的最小空閑時(shí)間才是不可獲得的產(chǎn)能。最小空閑時(shí)間還取決于工廠追求的生產(chǎn)周期，如果工廠追求100％的設(shè)備利用率，則空閑時(shí)間較短，若是90％則相對(duì)較長(zhǎng)。除此之外，最小空閑時(shí)間還取決于調(diào)度策略、操作者的班次及加工可靠性等。假設(shè)最小空閑時(shí)間已確定，則單臺(tái)設(shè)備的設(shè)備能力效率（CEE）計(jì)算公式如下[4]：
　　CEE=(1－DT－MIT) ×CRE
　　CRE=

　　其中，DT為宕機(jī)的時(shí)間比例；MIT為最小空閑時(shí)間比例；CRE為設(shè)備比率效率；WS為該工藝加工的硅片數(shù)；EPT為該工藝每片有效加工時(shí)間；TP為總時(shí)間；n為該臺(tái)設(shè)備的工藝總數(shù)。

　　2.3 設(shè)備能力計(jì)算

　　通過(guò)上述能力分析，可以很容易地計(jì)算出具有相同功能設(shè)備的設(shè)備組的生產(chǎn)能力。令Q為可服務(wù)的有相同功能設(shè)備的數(shù)量，W為計(jì)劃期內(nèi)該設(shè)備組能夠工作的時(shí)間。生產(chǎn)計(jì)劃是對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)，因此在計(jì)算時(shí)，應(yīng)對(duì)實(shí)際值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。假設(shè)每臺(tái)設(shè)備CEE的組成部分都已計(jì)算出來(lái)，并已獲得其標(biāo)準(zhǔn)值；通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)值，可以得出該設(shè)備類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)的CEE（std_CEE），即：
　　std_CEE＝(1－std_DT－std_MIT)×std_CRE
　　由于設(shè)備組里空閑時(shí)間的分配是任意的，因此用標(biāo)準(zhǔn)效率比用單臺(tái)設(shè)備的效率更加合理。所以該設(shè)備組在計(jì)劃期內(nèi)的設(shè)備能力（CAPY）為
　　CAPY=std_CEE×Q×W

　　3 OEE與能力分析

　　除了可調(diào)度空閑時(shí)間帶來(lái)的損失和包含在EPT中的損失外，CEE與OEE是類(lèi)似的。對(duì)于非瓶頸設(shè)備的空閑時(shí)間損失，CEE小于OEE，但對(duì)于瓶頸設(shè)備，CEE大致與OEE相同。由于CEE與OEE存在相似性，使得有許多半導(dǎo)體企業(yè)在做設(shè)備能力估算時(shí)，會(huì)用OEE代替CEE， 但事實(shí)上并不準(zhǔn)確。OEE是對(duì)過(guò)去設(shè)備運(yùn)行情況的衡量，是觀察期內(nèi)的真實(shí)值，而生產(chǎn)計(jì)劃需要對(duì)未來(lái)效率的預(yù)測(cè)，是基于真實(shí)值的移動(dòng)平均數(shù)得到的。因此，生產(chǎn)計(jì)劃模型中能力約束有關(guān)參數(shù)的選取應(yīng)值得注意，能力約束式子如下

　　其中，xit為t時(shí)期內(nèi)產(chǎn)品i的計(jì)劃投片數(shù)。

　　對(duì)于aji、cjt兩個(gè)參數(shù)須選用能過(guò)反映設(shè)備能力情況的，如果OEE與產(chǎn)品組合無(wú)關(guān)，這兩個(gè)參數(shù)則分別對(duì)應(yīng)通過(guò)OEE得出的能力和理論加工時(shí)間，但事實(shí)并非如此，如空閑時(shí)間損失、產(chǎn)品間的轉(zhuǎn)換生產(chǎn)時(shí)間、設(shè)備未能滿載所引起的損失都與產(chǎn)品組合有關(guān)，OEE的值會(huì)隨產(chǎn)品組合的不同而變化。因此生產(chǎn)計(jì)劃模型中能力約束參數(shù)aji選取計(jì)劃期內(nèi)的設(shè)備能力，約束參數(shù)cjt選取有效加工時(shí)間。

　　4 數(shù)據(jù)收集

　　4.1 相關(guān)數(shù)據(jù)

　　要確保設(shè)備效率和設(shè)備能力的準(zhǔn)確性，必須先保證所需相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

　　（1）設(shè)備狀態(tài)情況，包括設(shè)備的宕機(jī)時(shí)間、生產(chǎn)時(shí)間、空閑時(shí)間；
　　（2）在制品（WIP）情況，記錄某個(gè)工藝加工前和后總lot數(shù)和每個(gè)lot中的硅片數(shù)；
　　（3）lot的移動(dòng)過(guò)程，記錄每個(gè)lot的加工路徑、經(jīng)過(guò)的設(shè)備、工藝菜單以及實(shí)際加工時(shí)間，通過(guò)這些還可以計(jì)算出不同的批量的設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間。
　　（4）工藝標(biāo)準(zhǔn)，記錄每個(gè)工藝的理論加工時(shí)間以及每個(gè)工藝單片理論加工時(shí)間；
　　（5）操作情況，記錄輸入加工菜單時(shí)間、轉(zhuǎn)換加工菜單時(shí)間等。

　　4.2 數(shù)據(jù)收集方法

　　半導(dǎo)體企業(yè)一般具有較高的自動(dòng)化程度，擁有計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)，如生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行跟蹤記錄，并形成數(shù)據(jù)庫(kù)，諸如設(shè)備跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)、在制品跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)等等，然后根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析，歸納整理出不同的數(shù)據(jù)報(bào)表，并及時(shí)更新。值得提出的是，理論加工時(shí)間和有效加工時(shí)間在衡量設(shè)備效率和設(shè)備能力中占有十分重要的地位，而目前許多半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中缺乏這兩方面的數(shù)據(jù)，因此迫切需要建立一個(gè)存儲(chǔ)每個(gè)工藝的理論加工時(shí)間和有效加工時(shí)間的數(shù)據(jù)庫(kù)。