拉式生產(chǎn)模式在LCD工廠的實(shí)現(xiàn)方法研究

安軍鋒， 邢明海， 王克達(dá)

(1. 重慶東方光電有限公司， 重慶 400700; 2. 中電九天智能科技有限公司， 北京 100102; 3. 中國(guó)信息安全研究院有限公司， 北京 102209)

拉式生產(chǎn)模式在LCD工廠的實(shí)現(xiàn)方法研究

安軍鋒1， 邢明海2， 王克達(dá)3

(1. 重慶東方光電有限公司， 重慶 400700; 2. 中電九天智能科技有限公司， 北京 100102; 3. 中國(guó)信息安全研究院有限公司， 北京 102209)

LCD工廠普遍采用推式生產(chǎn)模式，這種模式對(duì)于設(shè)備機(jī)況、WIP分布、物流等因素的變化沒有很好的響應(yīng)能力，容易造成WIP在工序間的分布不平衡。研究了一種LCD工廠拉式生產(chǎn)模式的實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)產(chǎn)出拉動(dòng)投入，以智能制造系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整WIP，提高了產(chǎn)量以及生產(chǎn)效率。

LCD工廠; 拉式生產(chǎn); 智能制造

0 引言

LCD制造行業(yè)投資大，運(yùn)營(yíng)成本高，競(jìng)爭(zhēng)激烈，制造工廠每個(gè)月都需要使產(chǎn)量最大化，以期攤薄巨額的運(yùn)營(yíng)和折舊成本。傳統(tǒng)推式生產(chǎn)模式的物流在原料和需求都沒有任何限制時(shí)，會(huì)是向后一直移動(dòng)，這種情況下是不會(huì)考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，上下游設(shè)備和物流的實(shí)際狀態(tài)，也不會(huì)考慮后道工序的實(shí)際需求，整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程是從前向后推動(dòng)。這樣的模式下，計(jì)劃在生產(chǎn)過(guò)程中起到的是主導(dǎo)作用，生產(chǎn)過(guò)程按計(jì)劃進(jìn)行，如果生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定，這時(shí)整個(gè)生產(chǎn)應(yīng)具有較高的生產(chǎn)效率[1]。但是一旦生產(chǎn)不穩(wěn)定及需求變更時(shí)，推式的生產(chǎn)模式不會(huì)立即響應(yīng)，直到影響到整個(gè)生產(chǎn)效率時(shí)，才會(huì)有人介入調(diào)整或是對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。這種推式的生產(chǎn)模式，對(duì)于計(jì)劃的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度的要求很高，多變的生產(chǎn)狀況以及多變的市場(chǎng)狀況都對(duì)計(jì)劃的準(zhǔn)確性提出了很大的挑戰(zhàn)。計(jì)劃的變更會(huì)涉及到產(chǎn)、供、銷各個(gè)環(huán)節(jié)，如果沒有產(chǎn)供銷各部門的高效協(xié)同，計(jì)劃響應(yīng)過(guò)程會(huì)很慢，等到下達(dá)生產(chǎn)指令時(shí)，生產(chǎn)調(diào)整的最佳時(shí)間可能已經(jīng)錯(cuò)過(guò)。所以推式生產(chǎn)可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)的在制品量較大，產(chǎn)品不平衡的問(wèn)題[2]。推式生產(chǎn)的系統(tǒng)，在大批量大規(guī)模且比較單純的制造環(huán)境下，運(yùn)行會(huì)比較順暢，但是較難滿足復(fù)雜生產(chǎn)狀況和多變市場(chǎng)對(duì)于生產(chǎn)的要求。為了解決這些問(wèn)題，本文提出了一種適用于LCD制造行業(yè)的拉式生產(chǎn)模式，基于產(chǎn)出，從后往前拉動(dòng)生產(chǎn)，確保了產(chǎn)能的穩(wěn)定快速提升。

1 問(wèn)題現(xiàn)況

1.1 生產(chǎn)描述

LCD生產(chǎn)是一個(gè)需要大量投資的行業(yè)，產(chǎn)量帶來(lái)的成本下降效果是最為顯著的，所以LCD制造對(duì)于產(chǎn)量的追求一直放在第一位。在設(shè)備折舊成本的壓力下，生產(chǎn)上有兩大特點(diǎn)，一是采用按計(jì)劃投入的推式生產(chǎn)，二是依賴高WIP來(lái)緩解設(shè)備宕機(jī)引起的下游IDLE，保證連續(xù)性。

LCD制造行業(yè)ARRAY工廠的投資最大，ARRAY也是一般工廠的瓶頸工藝段。產(chǎn)能基準(zhǔn)大多數(shù)是以ARRAY工藝段的投入量為產(chǎn)能基準(zhǔn)的。各企業(yè)對(duì)于工廠的考核也大多以這一指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)能考核。這樣導(dǎo)致了生產(chǎn)過(guò)多的以投入為中心，只要生產(chǎn)條件具備，就按照月投入目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)投入，這樣的推式生產(chǎn)模式很少考慮后段工序的消化能力。隨著企業(yè)的發(fā)展，管理者已經(jīng)將產(chǎn)能的重點(diǎn)向產(chǎn)出轉(zhuǎn)移，但多年積累的觀念，對(duì)投入量追求依然很強(qiáng)，加上在推式的生產(chǎn)模式下，只要有空余的載具Cassette，投入是會(huì)一直按照計(jì)劃進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)分析

WIP有保證上下游生產(chǎn)連續(xù)性的作用，特別是瓶頸工序前，一定要保證充分的WIP量，避免因前工序的設(shè)備宕機(jī)造成瓶頸工序的IDLE，影響整個(gè)工廠的生產(chǎn)[3]。如圖1所示。

圖1 Port IDLE推導(dǎo)EQ IDLE原因基準(zhǔn)

下面重點(diǎn)從物流的角度來(lái)說(shuō)明WIP對(duì)于正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的影響。首先WIP增加使Stocker內(nèi)存儲(chǔ)的水位上升，當(dāng)Stocker存儲(chǔ)Full時(shí)，需要搬送過(guò)來(lái)的WIP會(huì)無(wú)法搬入，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)使WIP的分布不合理。當(dāng)Stocker內(nèi)的設(shè)備需要Load的時(shí)候，很可能發(fā)生從較遠(yuǎn)的Stocker Load，使設(shè)備發(fā)生IDLE。下面用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明WIP高對(duì)于設(shè)備IDLE的影響到底有多大。用圖1的邏輯和優(yōu)先級(jí)為IDLE EQ>IDLE AMHSL>IDLE WIP>IDLE AMHSU>IDLE Downstream>IDLE ETC的規(guī)定來(lái)獲取設(shè)備IDLE的原因。

以Stocker 80%的存儲(chǔ)水位區(qū)分Stocker是否為滿，80%以下為Not Full，80%以上為Full。用FULL條件將IDLE AMHSL的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，分析Full因素對(duì)于IDLE AMHSL是否有顯著的影響。我們選取有代表性的幾個(gè)Stocker一個(gè)月的數(shù)據(jù)做單因素的方差分析。所得到的結(jié)論，如表1所示。

表1 Full因素方差分析與結(jié)論

注：IDLE AMHSL Ratio/EQ/M= Sum(IDLE AMHSL)/(3600*720*EQ Count),EQ Count為統(tǒng)計(jì)的Stocker內(nèi)的設(shè)備數(shù)量

表1中的結(jié)論顯示Stocker2、7、8號(hào)機(jī)在Full和Not Full時(shí)對(duì)于IDLE AMHSL有顯著的差異，P-value均小于0.05。

綜上所述，在Stocker水位高時(shí)會(huì)對(duì)IDLE AMHSL的數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯著的影響，使每小時(shí)IDLE AMHSL的平均值減少20%左右。僅考慮平均值的減少效果(因?yàn)镕ull因素對(duì)于IDLE AMHSL發(fā)生的次數(shù)并沒有證明存在顯著的影響)，AFST02,AFST07,AFST08 Stocker內(nèi)平均每臺(tái)設(shè)備月稼動(dòng)可提升0.48%,0.64%,0.51%。

其次，Stocker內(nèi)存儲(chǔ)庫(kù)位的增加，對(duì)于Stocker內(nèi)部搬送的效率影響很大，會(huì)造成本身只需要一次搬送就可以完成的工作，必須發(fā)生中轉(zhuǎn)搬送才可以完成。這樣的情況在Stocker長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的時(shí)候影響尤為嚴(yán)重，如圖2所示。

圖2 Stocker內(nèi)部Zone的劃分

2 DSP系統(tǒng)WIP管控的方法實(shí)現(xiàn)拉式生產(chǎn)模式

2.1 WIP管控實(shí)施的相關(guān)概念和前提條件

工廠的自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)中DSP系統(tǒng)會(huì)響應(yīng)各個(gè)設(shè)備的需求，發(fā)送搬入搬出命令。本文的拉式生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)DSP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的WIP管理，在使用系統(tǒng)管理之前，還需要滿足一個(gè)前提條件，即運(yùn)營(yíng)中完全依靠DSP進(jìn)行搬送，無(wú)人為干預(yù)。因?yàn)槿绻到y(tǒng)管控了WIP，但人還是可以通過(guò)手動(dòng)命令的方式繼續(xù)生產(chǎn)，使系統(tǒng)管控失去了意義。

2.2 系統(tǒng)WIP管控的基本方法

WIP管控的方法是通過(guò)DSP系統(tǒng)，在設(shè)備發(fā)送Unload請(qǐng)求時(shí)，判斷Unload的WIP所在工序是否達(dá)到或超過(guò)WIP管控的上限，如果達(dá)到或超過(guò)WIP管控上限，則停止發(fā)送調(diào)出命令。當(dāng)設(shè)備全部Port口都因WIP超限無(wú)法搬出時(shí)，該設(shè)備將因無(wú)Port口可用，自然停止生產(chǎn)。通過(guò)控制上工序設(shè)備完成品的搬出，達(dá)到了控制下工序WIP數(shù)量的目的。WIP根據(jù)工序別進(jìn)行管控，管控的上限與當(dāng)前該工序可生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)量以及設(shè)備所在Stocker存儲(chǔ)空間的大小有關(guān)。某工序可生產(chǎn)的設(shè)備由當(dāng)前在DSP調(diào)度系統(tǒng)中的設(shè)定決定的，因?yàn)樵O(shè)備可以進(jìn)行的工序并不是固定的，是可以相互轉(zhuǎn)換的，設(shè)備對(duì)應(yīng)的工序是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的值，所以WIP管控的上限，也是隨著設(shè)備可進(jìn)行工序的變化而相應(yīng)變化。

假設(shè)管控工序代碼為A,A工序的管控上限由La表示;假設(shè)Stocker內(nèi)正在生產(chǎn)A工序的設(shè)備數(shù)量為Qi，i為Stocker的編號(hào);假設(shè)Stocker內(nèi)針對(duì)一臺(tái)設(shè)備可存放A工序的最大WIP值為Wi，i為Stocker的編號(hào)，則La數(shù)學(xué)表達(dá)式，為式(1)。

(1)

即工序別WIP上限由所有Stocker內(nèi)可進(jìn)行該工序設(shè)備乘以該Stocker針對(duì)一臺(tái)設(shè)備可存儲(chǔ)的數(shù)量之和。該上限的計(jì)算方法即反映了設(shè)備運(yùn)營(yíng)的動(dòng)態(tài)變化情況，又反映了各Stocker存儲(chǔ)空間的差異性。

本文研究的重點(diǎn)是物流與WIP之間的相互影響。在上述分析了物流的效率會(huì)隨著WIP的增加而降低，設(shè)備因?yàn)樽詣?dòng)物流系統(tǒng)搬送緩慢而造成的IDLE時(shí)間變長(zhǎng)。其中我們重點(diǎn)分析了以80%存儲(chǔ)水位為界限定義Full和NotFull，分析了Full和NotFull IDLE AMHSL的時(shí)間有明顯的差異。我們?cè)诳紤]單一設(shè)備對(duì)應(yīng)的WIP的上限時(shí)，也按照Stocker的存儲(chǔ)能力為限制條件，在這個(gè)條件下劃分各工序設(shè)備的WIP上限。所以我們首先需要確定的Stocker存儲(chǔ)水位需要保持的上限是多少。

因?yàn)槲覀冎繱tocker存儲(chǔ)水位上升會(huì)降低Stocker的物流效率，會(huì)使設(shè)備因?yàn)榘崴途徛齀DLE的時(shí)間增加。Stocker水位越低，意謂著存儲(chǔ)的WIP越小，反過(guò)來(lái)設(shè)備因?yàn)閃IP少而造成的IDLE WIP的時(shí)間又增加了。那如何找到一個(gè)可以健康運(yùn)營(yíng)又可以保持足夠WIP的Stocker水位呢？我們用Stocker存儲(chǔ)水位的區(qū)間將IDEL WIP的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組分析。以AFST01數(shù)據(jù)為例，如圖3所示。

注：6070表示Stocker存儲(chǔ)水位在60%～70%，以此類推。

當(dāng)Stocker水位降到66%～76%這個(gè)區(qū)間時(shí)，IDLE WIP的時(shí)間會(huì)有明顯上升。我們?cè)偻ㄟ^(guò)2-SampletTest來(lái)檢驗(yàn)一下67%～77%與之后的更低的區(qū)間(從66%～76%到63%～73%四個(gè)區(qū)間)的P-value，結(jié)果是0.480，0.339，0.022，0.004，結(jié)果上可以看到水位下降到64%到74%這個(gè)區(qū)間時(shí)有明顯的差異。所以數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為保持Stocker水位在65%～75%之間不會(huì)明顯增加IDLE WIP的時(shí)間。通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算當(dāng)前WIP最合理的方法是，僅計(jì)算Stocker內(nèi)的WIP數(shù)量，不包含前工序設(shè)備和當(dāng)前工序設(shè)備上的WIP。

3 拉式生產(chǎn)模式帶來(lái)的效果

3.1 產(chǎn)能順利的快速提升

BoeB8工廠采用拉式生產(chǎn)模式從2015年5月量產(chǎn)，爬坡速度業(yè)內(nèi)最快，僅一年時(shí)間從10K爬升至142K，如表2所示。

表2 B8 Array工廠量產(chǎn)后月生產(chǎn)實(shí)績(jī)

3.2 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的指導(dǎo)作用

系統(tǒng)的WIP管控，運(yùn)營(yíng)的工作人員可以通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)看到當(dāng)前哪些設(shè)備發(fā)生了系統(tǒng)WIP管控。當(dāng)運(yùn)營(yíng)的人員發(fā)現(xiàn)有設(shè)備被管控，即停止了上工序的設(shè)備生產(chǎn)。有可能是上下游產(chǎn)品不平衡導(dǎo)致下游WIP無(wú)法消化，這時(shí)需要調(diào)節(jié)上游生產(chǎn)的產(chǎn)品來(lái)平衡。所以系統(tǒng)的WIP管控，可以很靈敏的反映生產(chǎn)平衡問(wèn)題，為運(yùn)營(yíng)工作人員提供了指導(dǎo)信息。

在產(chǎn)能分布相對(duì)平衡的工廠中，生產(chǎn)中瓶頸工序會(huì)隨著生產(chǎn)中的產(chǎn)品組合，設(shè)備的穩(wěn)定性，良率影響因素等發(fā)生變化，有時(shí)候運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，都無(wú)法確定哪里是工廠的瓶頸，無(wú)法做出對(duì)瓶頸工序的更為有利的管理措施。系統(tǒng)WIP管控提供了判斷瓶頸工序的數(shù)據(jù)依據(jù)[4，5]。

一個(gè)工序的WIP上限可以在系統(tǒng)上做靈活的變更，我們可以以WIP為運(yùn)營(yíng)和管理的基準(zhǔn)，通過(guò)系統(tǒng)不斷降低WIP上限，讓運(yùn)營(yíng)管理能力去一點(diǎn)點(diǎn)的適應(yīng)這種變化，適應(yīng)后再降低WIP，通過(guò)這種循環(huán)的方式，不斷的提升運(yùn)營(yíng)管理的能力。WIP管控的方法就像看板系統(tǒng)一樣，可以提供這樣一種持續(xù)改善的拉式生產(chǎn)模式[6，7]。

4 總結(jié)

在boe b8工廠的實(shí)踐表明，拉式生產(chǎn)模式對(duì)于LCD工廠提升產(chǎn)能、增加生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)的推式生產(chǎn)有很明顯的改善效果。從LCD行業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)WIP控制物流效率和生產(chǎn)節(jié)奏，以產(chǎn)出控制生產(chǎn)投入，對(duì)于此行業(yè)有推廣示范效應(yīng)。

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Research of Pull Production in LCD Manufacturing

An Junfeng1, Xing Minghai2, Wang Keda3

(1. Chongqing BOE Optoelectronics Technology CO. LTD, Chongqing 400714, China; 2. CEC Jiutian Intelligent Technology Co. LTD, Beijing 100102, China; 3. China Information Security Research Institute, Beijing 102209, China)

Pull production is widely used in LCD factory, and this pattern has no good response capability for change of machine condition, the WIP distribution, logistics and other factors. It’s easy to cause the WIP distribution imbalance between processes. In this paper, we study a method of pull production implementation in LCD factory. Through the output driving input, it can improve the yield and production efficiency by adjusting the WIP with the intelligent manufacturing system automatically.

LCD factory; Pull production; Intelligent manufacturing

安軍鋒(1982-)，男，工程師，研究方向：智能制造。 邢明海(1977-)，工程師，研究方向：智能制造等。 王克達(dá)(1976-)，工程師，研究方向：智能制造等。

1007-757X(2017)05-0076-04

TP311

A

2017.01.09)