曹志峰，王永東

（1.福建醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 數(shù)理與計(jì)算機(jī)教學(xué)部，福州350004；

2.HANDLING SYSTEM MAINTENANCE GROUP HENRICO，VIRGINIA）

0 引 言

XYZ半導(dǎo)體技術(shù)公司擁有800，000平方英尺的半導(dǎo)體制造工廠，具有圓晶片，內(nèi)存組件裝配和測(cè)試等生產(chǎn)能力.它的自動(dòng)化物流系統(tǒng)的管理成員主要由技師、高級(jí)技師和工程師組成.該系統(tǒng)人力資源成本大，對(duì)其人力資源的利用率做出評(píng)價(jià)顯得非常重要［1］.我們通過(guò)模擬、分析系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化物流系統(tǒng)管理的工作日程表做出測(cè)試和評(píng)價(jià)，幫助管理人員做出有力的決策［2］.以下是我們著重研究的問(wèn)題：

（1）管理組需要多少技師、高級(jí)技師和工程師.

（2）技師、高級(jí)技師和工程師是否需要進(jìn)一步培訓(xùn).

（3）不同的工作日程表中人力資源的利用率.

1 模擬系統(tǒng)的建模的研究及分析

采用Process Model［3］軟件建立模型，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)工具，可以處理簡(jiǎn)單泊松分布、指數(shù)分布以及一些復(fù)雜的問(wèn)題.對(duì)模型的要求設(shè)定為：研發(fā)不能超過(guò)五個(gè)星期的時(shí)間，投入實(shí)際的檢測(cè)周期不能超過(guò)兩周，按照實(shí)際要求進(jìn)行修改或調(diào)整在兩周內(nèi)可完成，模型具備可擴(kuò)展能力.系統(tǒng)模型做了以下假設(shè)：系統(tǒng)的修復(fù)時(shí)間按照三角分布，一個(gè)維護(hù)人員一次修復(fù)一個(gè)錯(cuò)誤，所有的技師，高級(jí)技師，工程師水平相同，并且人員數(shù)量穩(wěn)定，整個(gè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)工作條件穩(wěn)定且工廠的生產(chǎn)穩(wěn)定.

收集的數(shù)據(jù)有：技術(shù)人員的每小時(shí)工資，各類型錯(cuò)誤所占的百分比，維修時(shí)間和維修時(shí)間分布，標(biāo)準(zhǔn)人力資源利用率.模擬運(yùn)行時(shí)首先確定初始化周期的長(zhǎng)度，每次運(yùn)行的重復(fù)次數(shù)，對(duì)每次的運(yùn)行結(jié)果采用統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比.在早期的維護(hù)中檢測(cè)模型是否能靈活地發(fā)展，是否能很好地表達(dá)出結(jié)論.并設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，不斷改變條件調(diào)整模擬系統(tǒng)，生成的分析報(bào)告.記錄下整個(gè)模型開發(fā)過(guò)程、每個(gè)執(zhí)行步驟，注意哪些變化引起結(jié)果的變化，有助于將來(lái)修改模型，理解模擬系統(tǒng)的理念和使用.

2 自動(dòng)化物流系統(tǒng)的分析

在半導(dǎo)體工廠中自動(dòng)化物流系統(tǒng)可靈活地處理貯存、搬運(yùn)等環(huán)節(jié).生產(chǎn)中圓晶片有上千道搬運(yùn)作業(yè)程序，整個(gè)傳送路程超過(guò)十英里，要確保昂貴的加工工具的使用率，對(duì)傳送過(guò)程的準(zhǔn)確性的要求很高.

自動(dòng)化物流系統(tǒng)由Aero Trak系統(tǒng)和Turbo Stockers系統(tǒng)構(gòu)成.激光粒子計(jì)數(shù)器（Aero Trak）傳輸系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱AT）是頂部單軌系統(tǒng)，是當(dāng)今最靈活的、具有人工智能晶片傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)能保證圓晶片送到準(zhǔn)確的位置.Turbo Stockers系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TROB）結(jié)合了最新一代先進(jìn)的清潔機(jī)器人、具有軟件系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，具有高容量的貯存和模塊化設(shè)計(jì)，適應(yīng)于當(dāng)今的200mm和300mm的晶片生產(chǎn).物流系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱MCS）主要負(fù)責(zé)管理工作日程表和傳輸系統(tǒng)，以及生產(chǎn)中的貯存和搬運(yùn)環(huán)境，它通過(guò)跟蹤材料的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制人員、運(yùn)送設(shè)備和自動(dòng)化識(shí)別系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)管理.

自動(dòng)化物流系統(tǒng)隨時(shí)都有可能出錯(cuò)，如：結(jié)點(diǎn)、站點(diǎn)、運(yùn)載工具、機(jī)器人都可能出錯(cuò).自動(dòng)化物流系統(tǒng)由四個(gè)技師、8個(gè)高級(jí)技師和2個(gè)工程師組成.技師負(fù)責(zé)AT系統(tǒng)的錯(cuò)誤，高級(jí)技師負(fù)責(zé)TRBO系統(tǒng)的錯(cuò)誤，工程師負(fù)責(zé)MCS系統(tǒng)的錯(cuò)誤，以及系統(tǒng)升級(jí)和周報(bào)表和工作會(huì)議.該公司的自動(dòng)化物流系統(tǒng)工作日程表為24×7h，共有四種工作表.

表1 自動(dòng)化物流系統(tǒng)工作日程表

D1、D2表是白天的工作表，上班時(shí)間從上午7：00至下午7：20.N1、N2表是夜班工作表，上班時(shí)間從下午7：00至第二天上午7：20.這四個(gè)工作表交替執(zhí)行，每個(gè)工作表的工作時(shí)間為12h，外加20min的交接時(shí)間.這種滾動(dòng)壓縮工作表的優(yōu)點(diǎn)是平均每周有三天的休息.該公司夜班的雇員比白班的少15%，這也意味著每天上白班的人都產(chǎn)生更多的錯(cuò)誤.因?yàn)楣S一般都在白天升級(jí)系統(tǒng)，這會(huì)造成更多的出錯(cuò)情況.通常公司給夜班的員工多25%的獎(jiǎng)金.由于D1、D2及N1、N2的工作條件相同，所以首先考慮用D1、N1表來(lái)取代D1、N1、D2、N2.

修正系統(tǒng)錯(cuò)誤的任務(wù)通過(guò)SKYTEL網(wǎng)絡(luò)傳送到物流控制系統(tǒng)（MCS），MCS通過(guò)SKYTEL網(wǎng)絡(luò)把任務(wù)傳給維護(hù)組.通常技師負(fù)責(zé)AT系統(tǒng)的錯(cuò)誤，高級(jí)技師負(fù)責(zé)TRBO系統(tǒng)的錯(cuò)誤，工程師負(fù)責(zé)MCS系統(tǒng)的錯(cuò)誤.晚上MCS系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，高級(jí)技師通知在家在線值班的工程師.一般晚上MCS系統(tǒng)出錯(cuò)的解決時(shí)間較長(zhǎng).假設(shè)所有自動(dòng)化物流管理系統(tǒng)的技師、高級(jí)技師、工程師的水平都一樣.平均30%的錯(cuò)誤為AT系統(tǒng)，63%的錯(cuò)誤為TRBO系統(tǒng)，7%的錯(cuò)誤為MCS系統(tǒng).技師負(fù)責(zé)接收所有的錯(cuò)誤警報(bào)，并處理其中30%AT系統(tǒng)的錯(cuò)誤.技師維修和處理所花時(shí)間的三角分布T（5，20，60）（單位：min）.技師把接收到的其余70%錯(cuò)誤交給高級(jí)技工和工程師.高級(jí)技師處理63%的TRBO系統(tǒng)錯(cuò)誤的時(shí)間三角分布T（30，60，240）（單位：min），工程師處理7%的MCS系統(tǒng)錯(cuò)誤的時(shí)間三角分布T（60，120，480）（單位：min），在夜間時(shí)為 T（60，180，600）（單位：min）.

3 自動(dòng)化物流系統(tǒng)的建模

采用以下六個(gè)方案建模，所有的方案都模擬運(yùn)行1000h.

方案1：延用當(dāng)前的D1工作表.

方案2：在D1工作表的基礎(chǔ)上，把技師訓(xùn)練成高級(jí)技師，所有的高級(jí)技師都負(fù)責(zé)AT系統(tǒng)和TRBO系統(tǒng)的錯(cuò)誤.

方案3：在D1工作表的基礎(chǔ)上，增加雇用一名高級(jí)技師.

方案4：延用當(dāng)前的N1工作表.

方案5：在N1工作表的基礎(chǔ)上，把技師訓(xùn)練成高級(jí)技師，所有的高級(jí)技師都負(fù)責(zé)AT系統(tǒng)和TRBO系統(tǒng)的錯(cuò)誤.

方案6：在N1工作表的基礎(chǔ)上，把技師訓(xùn)練成高級(jí)技師，所有的高級(jí)技師都負(fù)責(zé)AT系統(tǒng)和TRBO系統(tǒng)的錯(cuò)誤，并且高級(jí)技師負(fù)責(zé)57%的MCS系統(tǒng)的錯(cuò)誤.

模擬運(yùn)行的結(jié)果：各系統(tǒng)出錯(cuò)總數(shù)及周期、系統(tǒng)平均出錯(cuò)時(shí)間、各系統(tǒng)出錯(cuò)分布情況及修復(fù)所花時(shí)間的三角分布、人力資源利用率、效益的工資及平均每系統(tǒng)的錯(cuò)誤的修復(fù)開銷，見(jiàn)下列各表.

表2 各系統(tǒng)出錯(cuò)總數(shù)及周期

表3 系統(tǒng)平均出錯(cuò)時(shí)間各系統(tǒng)出錯(cuò)分布情況及修復(fù)所花時(shí)間的三角分布

表4 自動(dòng)化物流系統(tǒng)糾錯(cuò)的平均花費(fèi) 單位：美元

表5 人力資源利用率對(duì)比表

表6 員工效益工資 單位：美元

從表格5我們可以看出在方案1中：高級(jí)技師的利用率為79.53%.根據(jù) Amnon Raviv［4］統(tǒng)計(jì)半導(dǎo)體公司人力資源利用率在40%～70%，因此高級(jí)技師工作狀況需要改善，在不雇傭新的員工的前提下，推薦采用方案2.該方案高級(jí)技師的利用率非常接近最大可利用范圍.方案3是白班的最佳方案，但這種方案只有在半導(dǎo)體行業(yè)好轉(zhuǎn)時(shí)才可以用.在兩個(gè)夜班中，高級(jí)技師的利用率比技師的利用率高出了18%，我們推薦采用方案5，在該方案高級(jí)技師的利用率為54.77%，這是合理的范圍.由于工程師是在線值班，因此MCS錯(cuò)誤的修復(fù)需要花很多時(shí)間，假設(shè)訓(xùn)練后的高級(jí)技師能承擔(dān)57%的MCS系統(tǒng)的錯(cuò)誤，高級(jí)技師的利用率從54.77%提升到57.38%，工程師的利用率從32.9%降到17.8.6%，雖然工程師的利用率都低于40%，但他們要處理系統(tǒng)升級(jí)以及每周的例會(huì)和管理層的會(huì)議，因此工程師的利用率仍是合理的.基于上述的分析結(jié)果，高級(jí)技師過(guò)于忙碌.就夜班而言：可以增雇一名工程師，但半導(dǎo)體行業(yè)沒(méi)有工程師上夜班的慣例.通過(guò)分析可以看出，白班至少要有三名高級(jí)技師和一名工程師.夜班至少要有一名技師二名高級(jí)技師和一名值班工程師，否則系統(tǒng)將崩潰.

4 結(jié) 論

我們可以看出方案2是解決當(dāng)前半導(dǎo)體行業(yè)的最好的方案，既使這種方案高級(jí)技師的利用率也是非常接近員工的最大利用率.方案3是將來(lái)可采取的方案，增雇一名新的高級(jí)技師以降低高級(jí)技師的工作強(qiáng)度.對(duì)于夜班來(lái)說(shuō)，技師、高級(jí)技師的利用率都在合理的范圍，但高級(jí)技師的利用率偏高，培訓(xùn)技師成為高級(jí)技師可以降低高級(jí)技師的工作強(qiáng)度.

［1］ Banks，J.；Carson，J.S.and Nelson，B.Discrete－E－vent System Simulation［M］.Third Edition.New Jersey：Prentice－Hall，Inc.2001：22－23.

［2］ Bowden，R.；Harrell，R.；and Ghosh，B.K.Simulation Using Promodel［M］.New York：McGraw－Hill，Inc.2000：61－62.

［3］ Process Model，Process Modeling and Simulation Soft－ware，Release 4，User Guide［M］.ProcessModel，Inc.2000：116－117.

［4］ Amnon，Raviv .Optimal Staffing in Semiconductor Manufacturing：A Queuing Theory Approach［J］.Solid State Technology，1998，（4）：33－35.