基于利潤最大化產(chǎn)品組合的半導(dǎo)體產(chǎn)能規(guī)劃

1、基于利潤最大化產(chǎn)品組合的半導(dǎo)體產(chǎn)能規(guī)劃 摘 要進(jìn)入21世紀(jì)，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，它今日變得逐漸成熟。而在此同時(shí)，新進(jìn)競爭者相繼加入，產(chǎn)業(yè)的利潤逐漸微薄，許多競爭者采用低價(jià)競爭。在這種情況下，如何才能獲取利潤？如何進(jìn)行正確的產(chǎn)能規(guī)劃來取得最大利潤？工廠除了制程開發(fā)等工作外，還要對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行合理的規(guī)劃以便提高產(chǎn)品利潤，所以尋求最佳的產(chǎn)品組合是非常重要的。在半導(dǎo)體廠龐大的投資成本下，精確的產(chǎn)能規(guī)劃方法，可以提升資本的使用效率，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。本研究首先針對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)過去發(fā)展的歷程作了一定的講述。接著著重描述怎樣運(yùn)用粗略產(chǎn)能規(guī)劃方法來分析瓶頸和產(chǎn)品組合問題。根據(jù)該思想方法建立利潤最大化數(shù)學(xué)模型，并

2、用實(shí)例來驗(yàn)證此模型。最后得出結(jié)論并提出建議。用粗略產(chǎn)能規(guī)劃方法可以輕易的得到產(chǎn)品組合的最佳解，進(jìn)而為工廠帶來利潤。 關(guān)鍵詞：利潤最大化、產(chǎn)品組合、產(chǎn)能規(guī)劃 abstract 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 becomi

3、ng 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 t

4、o 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

5、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 prop

6、ose. using rough calculation capacity planning can be easy to get the optimize solution of product mix and bring profits for the plant. keywords： maximize profit , product mix, capacity planning 1、緒 論產(chǎn)能規(guī)劃是提供一種方法來確定由資本密集型資源-設(shè)備、工具、設(shè)施和總體勞動(dòng)力規(guī)模等-綜合形成的總體生產(chǎn)能力的大小，從而為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長期競爭戰(zhàn)略政策提供有力的支持。1.1 研究背景現(xiàn)今，人類的歷史因而正式

7、進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，也就是矽的時(shí)代。矽所代表的正是半導(dǎo)體元件，這些半導(dǎo)體元件無時(shí)無刻都在為我們服務(wù)。合理的產(chǎn)能規(guī)劃將給半導(dǎo)體工業(yè)帶來極大的利潤。1.2 研究目的本研究的目的是在進(jìn)行多品種小批量半導(dǎo)體生產(chǎn)車間中，運(yùn)用rccp on production volumes（粗略產(chǎn)能規(guī)劃中的一種方法，將在文中詳細(xì)介紹）找出瓶頸機(jī)臺(tái)，針對(duì)相對(duì)的瓶頸機(jī)臺(tái)制定產(chǎn)品組合的策略。并根據(jù)瓶頸設(shè)備的加工特性和產(chǎn)能，通過建立數(shù)學(xué)模型來合理安排訂單的組合進(jìn)行生產(chǎn)，形成基于利潤最大化的產(chǎn)品品種與數(shù)量的組合的半導(dǎo)體生產(chǎn)線上的生產(chǎn)能力規(guī)劃。1.3 研究流程本研究的流程及框架如圖1、2所示。研究背景研究目的rccp分析產(chǎn)業(yè)簡介

8、瓶頸機(jī)臺(tái)分析產(chǎn)品組合方法toc分析建立數(shù)學(xué)模型實(shí)例驗(yàn)證提出結(jié)論及建議第一章圖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產(chǎn)業(yè)簡介瓶頸分析方法產(chǎn)業(yè)發(fā)展史產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與特性實(shí)例驗(yàn)證所建模型建立利潤最大模型分析方法簡介rccp分析步驟第六章結(jié)論及建議圖2 本論文框架2、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)簡介2.1 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展2.1.1 半導(dǎo)體的起源英國科學(xué)家法拉第，在1833年發(fā)現(xiàn)的其中一種半導(dǎo)體材料：硫化銀。1906年，美國電機(jī)發(fā)明家匹卡(g. w. pickard，18771956)，發(fā)明了第一個(gè)固態(tài)電子元件：無線電波偵測器。1942年，貝特提出熱電子發(fā)射理論(thermionic emissi

9、on)。布洛赫在能帶理論方面做出了重要的貢獻(xiàn), 德國人佩爾斯(rudolf peierls)于1929年，提出的微擾理論。2.1.2 電晶體的發(fā)明2.1.3 積體電路2.1.4 超大型積體電路2.2 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和加工特性 產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) 積體電路光電元件分離式元件設(shè)備技術(shù)光罩技術(shù)測試技術(shù)封裝技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)（含cad技術(shù)）制造技術(shù)半導(dǎo)體材料業(yè)ic測試業(yè)ic光罩業(yè)ic設(shè)備業(yè)ic封裝業(yè)ic制造業(yè)ic設(shè)計(jì)業(yè)（含cad業(yè)）半導(dǎo)體材料業(yè) 圖4 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及技術(shù)、產(chǎn)品3、瓶頸機(jī)臺(tái)問題分析3.1粗略產(chǎn)能規(guī)劃（rccp）與約束理論（toc）3.1.1 rccp粗略產(chǎn)能規(guī)劃 (rough cut ca

10、pacity planning)wortman等學(xué)者曾針對(duì)rccp進(jìn)行了分析，敘述如下：Ø rccp on production volumesØ rccp using overall factorsØ rccp using routings（capacity bills）Ø rccp using resource profiles以上四種方法在考量產(chǎn)品組合、途程資料、時(shí)間點(diǎn)之外，并沒有考慮生產(chǎn)線在制品消耗各工作站之部分產(chǎn)能因素。3.1.2 toc限制理論 (theory of constraints)以色列物理學(xué)家eliyahu m. goldratt

11、博士創(chuàng)立了一種基于“約束”的管理理論，命名為約束理論(theory of constraints)，簡稱toc。根據(jù)此邏輯模式，歸納出以下五大步驟：步驟一：確認(rèn)系統(tǒng)的限制所在步驟二：決定如何充分利用限制資源步驟三：盡全力配合步驟二做出的決定步驟四：突破系統(tǒng)限制步驟五：如果限制在步驟四已被打破，則重回步驟一繼續(xù)執(zhí)行，不要讓惰性變成您的限制此精神即為在組織或企業(yè)的有限資源下，找出組織或企業(yè)的限制資源并加以充分利用，追求最大產(chǎn)出或最大利潤。舉例說明用toc解決產(chǎn)品組合生產(chǎn)策略問題3.2 用rccp分析整體瓶頸機(jī)臺(tái)和單一產(chǎn)品瓶頸機(jī)臺(tái)l 整體瓶頸機(jī)臺(tái)限制開始所有制程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間加總a所有可提供制造時(shí)間加總b

12、b/a調(diào)整所有b/a<=1? no yes最接近1的是瓶頸機(jī)臺(tái)結(jié)束圖6 整體瓶頸機(jī)臺(tái)計(jì)算流程圖l 單一產(chǎn)品瓶頸機(jī)臺(tái)限制演算流程如下：a) 求出一產(chǎn)品每個(gè)加工站點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)制程時(shí)間（spt）b) 算出每個(gè)站點(diǎn)可提供合理的加工時(shí)間，即每個(gè)月一部機(jī)器為：30天*24小時(shí)*60分鐘*產(chǎn)能利用率=a產(chǎn)能利用率可用設(shè)備供應(yīng)商提供資料或歷史資料作為參考數(shù)據(jù)。如60%-90%c) 生產(chǎn)單一產(chǎn)品時(shí)，求出通過該站點(diǎn)所需全部加工時(shí)間（min）為b（total demand process time）d) 求每個(gè)站點(diǎn)的b/ae) b/a最大者的站點(diǎn)的機(jī)器就是生產(chǎn)單一產(chǎn)品時(shí)的瓶頸機(jī)臺(tái)f) 所得到的數(shù)據(jù)就是現(xiàn)有產(chǎn)能下每

13、個(gè)月個(gè)別產(chǎn)品合理的投料數(shù)量4、建立利潤最大化數(shù)學(xué)模型max（np）=-fc (1-2) <=xj*tj (1-2-1) 約束條件為： qi<=di (1-2-2) qi>=0,整數(shù) （1-2-3）其中：i=1，2，3，n（產(chǎn)品類別）；j=1，2，3，m（站點(diǎn)）np：凈利tvci：總變動(dòng)成本fc：固定成本（如薪資、折舊、稅金）pi：市場價(jià)格,$/片qi：數(shù)量，片該模型強(qiáng)調(diào)兩個(gè)主要要點(diǎn)：（1） 瓶頸資源漂移現(xiàn)象（2） 不考慮接單插單問題。該數(shù)學(xué)模型的意義：（1） 該模型是運(yùn)用了線性規(guī)劃模型，使整個(gè)思想清晰明了地體現(xiàn)出來。（2） 約束條件之一（式1-2-1）（3） 約束條件之二（式

14、1-2-2）（4） 約束條件之三（式1-2-3）這樣通過約束條件及函數(shù)確定該模型中的qi的值，也就是確定了下線的產(chǎn)品組合數(shù)量，即最大利潤情況下的產(chǎn)品產(chǎn)量，按照這個(gè)策略下線，就可以得到利潤最大了。5、實(shí)例驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型6、結(jié)論和建議本論文重點(diǎn)在于建立了利潤最大化數(shù)學(xué)模型，在有限產(chǎn)能的限制下，找到利潤最大化的產(chǎn)品組合策略，確定了工廠日常的下線產(chǎn)品的數(shù)量以及所能得到的最大利潤，基本達(dá)到了本論文的最終目的。有以下幾點(diǎn)建議可以參考：（1） 中國應(yīng)采取更加優(yōu)惠的政策，形成良好的投資環(huán)境吸引更多的資金流入到中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。（2） 在短期內(nèi)，可以借鑒走引進(jìn)、消化、吸收、趕超的路子，重點(diǎn)發(fā)展市場需求大的半導(dǎo)體適用技術(shù)和產(chǎn)品，通過技術(shù)改造、資本積累和市場開拓的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)水平的滾動(dòng)發(fā)展。（3） 中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與突破，人才是關(guān)鍵因素。（4） 加強(qiáng)設(shè)計(jì)企業(yè)與下游廠商的聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)國產(chǎn)芯片在整機(jī)中的應(yīng)用，是未來集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的唯一出路。參考文獻(xiàn)1 f. barahona, s. be