基于利润最大化产品组合的半导体产能规划.doc

毕业年份
上海理工大学20XX届优秀毕业设计（论文）汇编
基于利润最大化产品组合的半导体产能规划
（黑体加粗 小二）
专业：工业工程 姓名：××× 指导教师：×××
（楷体 小四）
摘 要（黑体加粗 五号）
进入21世纪，随着半导体产业迅猛发展，它今日变得逐渐成熟。而在此同时，新进竞争者相继加入，产业的利润逐渐微薄，许多竞争者采用低价竞争。在这种情况下，如何才能获取利润？如何进行正确的产能规划来取得最大利润？工厂除了制程开发等工作外，还要对产能进行合理的规划以便提高产品利润，所以寻求最佳的产品组合是非常重要的。在半导体厂庞大的投资成本下，精确的产能规划方法，可以提升资本的使用效率，增强企业的竞争力。
本研究首先针对半导体产业过去发展的历程作了一定的讲述。接着着重描述怎样运用粗略产能规划方法来分析瓶颈和产品组合问题。根据该思想方法建立利润最大化数学模型，并用实例来验证此模型。最后得出结论并提出建议。用粗略产能规划方法可以轻易的得到产品组合的最佳解，进而为工厂带来利润。 （楷体五号）
关键词（黑体加粗 五号）：利润最大化、产品组合、产能规划 （黑体 五号）
ABSTRACT （Times New Roman加粗 五号）
Entering the 21th, with the developing of the semiconductor industry rapidly, it becomes mature today. But at the same time, new competitors enter this market and the profit of the semiconductor industry is becoming slight. Many competitors take the strategy of low price. Under this status, how to gain the profit? How to maximize profit by the correct capacity planning? The plant should focus on the development of advance technology and so on, at the same time, it should do the reasonable capacity planning to advance the profits of the products. So reaching for the best product mix is very important. A wafer plant with a precise capacity planning could increase capital efficiency and business competitiveness.
First, this study is to describe the past history of the semiconductor industry. Then describe how to use Rough Calculation Capacity Planning to analyze the problems of the bottleneck and product mix with emphasis. According to this theory, make the mathematic modeling of maximum profit, and use the concrete example to test and verify this mathematic modeling. Finally, get the result and propose. Using Rough Calculation Capacity Planning can be easy to get the optimize solution of product mix and bring profits for the plant. （Times New Roman 五号）
KEYWORDS（Times New Roman加粗 五号）： Maximize Profit , Product Mix, Capacity Planning
（Times New Roman 五号）
1、绪 论（黑体 五号）
产能规划是提供一种方法来确定由资本密集型资源--设备、工具、设施和总体劳动力规模等--综合形成的总体生产能力的大小，从而为实现企业的长期竞争战略政策提供有力的支持。（宋体 五号）
1.1 研究背景（楷体加粗 五号）
现今，人类的历史因而正式进入了一个新的时代，也就是矽的时代。矽所代表的正是半导体元件，这些半导体元件无时无刻都在为我们服务。合理的产能规划将给半导体工业带来极大的利润。
1.2 研究目的
本研究的目的是在进行多品种小批量半导体生产车间中，运用RCCP on production volumes（粗略产能规划中的一种方法，将在文中详细介绍）找出瓶颈机台，针对相对的瓶颈机台制定产品组合的策略。并根据瓶颈设备的加工特性和产能，通过建立数学模型来合理安排订单的组合进行生产，形成基于利润最大化的产品品种与数量的组合的半导体生产线上的生产能力规划。
1.3 研究流程
本研究的流程及框架如图1、2所示。
研究背景

研究目的

RCCP分析

产业简介

瓶颈机台分析
产品组合方法

TOC分析

建立
数学模型

实例验证

提出结论及建议

第一章

图1 本文研究流程
研究目的、背景、流程

第四、五章
第三章
第二章
建立模型
产业简介
瓶颈分析方法

产业发展史
产业结构与特性
实例验证所建模型
建立利润最大模型
分析方法简介
R
C
C
P
分析步骤

第六章

结论及建议

图2 本论文框架

2、半导体产业简介
2.1 半导体产业的发展

2.1.1 半导体的起源
英国科学家法拉第，在1833年发现的其中一种半导体材料：硫化银。
1906年，美国电机发明家匹卡(G. W. Pickard，1877~1956)，发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器。
1942年，贝特提出热电子发射理论(thermionic emission)。
布洛赫在能带理论方面做出了重要的贡献, 德国人佩尔斯(Rudolf Peierls)于1929年，提出的微扰理论。
2.1.2 电晶体的发明
2.1.3 积体电路
2.1.4 超大型积体电路
2.2 半导体产业结构和加工特性

产品
产业技术
产业结构

积

体
电
路
光电元件
分离式元件
设备技术
光罩技术
测试技术
封装技术
设计技术（含CAD技术）
制造技术
半导体材料业
IC测试业
IC光罩业
IC设备业
IC封装业
IC制造业
IC设计业（含CAD业）
半导体材料业

图4 半导体产业结构及技术、产品
3、瓶颈机台问题分析
3.1粗略产能规划（RCCP）与约束理论（TOC）
3.1.1 RCCP粗略产能规划 (Rough Cut Capacity Planning)
Wortman等学者曾针对RCCP进行了分析，叙述如下：

Ø RCCP on production volumes
Ø RCCP using overall factors
Ø RCCP using routings（capacity bills）
Ø RCCP using resource profiles
以上四种方法在考量产品组合、途程资料、时间点之外，并没有考虑生产线在制品消耗各工作站之部分产能因素。
3.1.2 TOC限制理论 (Theory Of Constraints)
以色列物理学家Eliyahu M. Goldratt博士创立了一种基于“约束”的管理理论，命名为约束理论(Theory of Constraints)，简称TOC。
根据此逻辑模式，归纳出以下五大步骤：
步骤一：确认系统的限制所在
步骤二：决定如何充分利用限制资源
步骤三：尽全力配合步骤二做出的决定
步骤四：突破系统限制
步骤五：如果限制在步骤四已被打破，则重回步骤一继续执行，不要让惰性变成您的限制
此精神即为在组织或企业的有限资源下，找出组织或企业的限制资源并加以充分利用，追求最大产出或最大利润。

举例说明用TOC解决产品组合生产策略问题
3.2 用RCCP分析整体瓶颈机台和单一产品瓶颈机台
l 整体瓶颈机台限制
开始

所有制程标准时间加总A

所有可提供制造时间加总B

B/A

调整所有B/A<=1?

No

Yes
最接近1的是瓶颈机台

结束

图6 整体瓶颈机台计算流程图
l 单一产品瓶颈机台限制
演算流程如下：
a) 求出一产品每个加工站点的标准制程时间（SPT）
b) 算出每个站点可提供合理的加工时间，即每个月一部机器为：
[30天]*[24小时]*[60分钟]*[产能利用率]=A
产能利用率可用设备供应商提供资料或历史资料作为参考数据。如60%-90%
c) 生产单一产品时，求出通过该站点所需全部加工时间（min）为B（Total Demand Process Time）
d) 求每个站点的B/A
e) B/A最大者的站点的机器就是生产单一产品时的瓶颈机台
f) 所得到的数据就是现有产能下每个月个别产品合理的投料数量

4、建立利润最大化数学模型
MAX（NP）=-FC (1-2)
<=Xj*Tj 1-2-1)
约束条件为： Qi<=Di (1-2-2)

Qi>=0,整数 （1-2-3）

其中：i=1，2，3，……，n（产品类别）；j=1，2，3，……，m（站点）
NP：净利
TVCi：总变动成本
FC：固定成本（如薪资、折旧、税金）
Pi：市场价格,$/片
Qi：数量，片

该模型强调两个主要要点：
（1） 瓶颈资源漂移现象
（2） 不考虑接单插单问题。
该数学模型的意义：
（1） 该模型是运用了线性规划模型，使整个思想清晰明了地体现出来。
（2） 约束条件之一（式1-2-1）
（3） 约束条件之二（式1-2-2）
（4） 约束条件之三（式1-2-3）
这样通过约束条件及函数确定该模型中的Qi的值，也就是确定了下线的产品组合数量，即最大利润情况下的产品产量，按照这个策略下线，就可以得到利润最大了。
5、实例验证数学模型
6、结论和建议
本论文重点在于建立了利润最大化数学模型，在有限产能的限制下，找到利润最大化的产品组合策略，确定了工厂日常的下线产品的数量以及所能得到的最大利润，基本达到了本论文的最终目的。
有以下几点建议可以参考：
（1） 中国应采取更加优惠的政策，形成良好的投资环境吸引更多的资金流入到中国半导体产业。
（2） 在短期内，可以借鉴走引进、消化、吸收、赶超的路子，重点发展市场需求大的半导体适用技术和产品，通过技术改造、资本积累和市场开拓的互动实现半导体产业水平的滚动发展。
（3） 中国半导体产业的发展与突破，人才是关键因素。
（4） 加强设计企业与下游厂商的联动，促进国产芯片在整机中的应用，是未来集成电路产业发展的唯一出路。

参考文献 （黑体加粗 五号）
[1] F. Barahona, S. Bermon, O. Gunluk, and S. Hood. (2001) Robust Capacity Planning in Semiconductor Manufacturing. Optimization. [Online]. （Times New Roman 五号）
[2]任建华 钱省三 许圣良 电子表格模型在半导体晶圆制造产能规划中的应用，半导体技术，2006 Vol.31 No.7 485-488 （宋体 五号）
[3]邵志芳 钱省三，半导体晶圆制造车间层控制的内容及方法，半导体技术Vol 28 No.9

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