1 引言
半導體制造是一個資金高度密集、流程高度復雜的加工過程。隨著市場的迅速發展，IC封裝技術和工藝也不斷更新換代。集成電路制造系統是目前公認的最為復雜的制造系統，而IC封裝生產系統又是其中相對復雜的部分，因為相比較圓片制造過程而言，其還存在生產批量的分解、合并等等問題，目前IC封裝技術正朝著低功耗、小尺寸、高速度、高集成度方向發展，新型的封裝設計、封裝工藝、封裝設備不斷涌現，未來幾年，半導體封裝測試企業面臨的外部環境的競爭也將愈演愈烈。這對生產線的產能平衡和生產計劃與控制等提出了更高的要求，而且，集成電路的生產制造需要巨大的資金投入，主要包括設備和原材料，再加上設備的生產能力對于混合產品的生產比較敏感，因此，在集成電路制造企業中，如何安排最優化的生產計劃以提高設備的利用率、降低庫存和制造周期，就成為了一個非常困難的過程，但同時也成為企業保證其競爭優勢的極具挑戰性的工作任務。
半導體的加工過程主要分為四步（如圖1所示）：圓片的制造和檢測及芯片的封裝和測試，其中圓片的制造和檢測通常被稱為前道工序，主要加工過程包括化學清洗、平面光刻、離子注入、金屬沉積/氧化、等離子體/化學刻蝕等，檢測完的圓片被送到封裝和測試廠進行后道工序的加工、主要加工過程包括貼片、環氧固化、電性能測試、激光刻飾、焊球粘結等，前道和后道工序的加工一般在不同的工廠進行。
半導體產業在國內起步較晚，對其生產控制的研究甚少，國外對前道圓片制造廠的生產計劃與控制研究比較成熟，而對封裝測試廠的研究很少，本文以英特爾上海芯片組（Chipset）工廠的封裝和測試生產線為例，對車間庫存管理系統進行研究并加以實施。
2 工廠庫存管理系統分析比較
庫存管理是車間生產管理的重要部分，一套好的庫存管理方案能在很大程度上提升車間運作水平，如提高產量、降低生產周期、降低制造成本，反之亦然。
庫存管理歸類起來有兩大系統，即推動式和拉動式系統，推動式系統，如制造資源計劃（Manufacture
Resource Planning，MRPII）或其他需求測試方法，按預先制定的提前期，用無限能力排產法編制作業計劃和投放物料。
拉動式系統通常有看板（Kanban，日語是卡片的意思）系統和CONWIP（CONstant
Work－In－Process）系統，物料投放需求信息是隨生產線庫存狀態的改變而傳遞的。看板系統是被廣泛認知的一種拉動式系統，看板系統使用一套卡片來嚴格控制每兩個加工中心的庫存，每兩個加工中心的卡片數量是預先確定的，卡片數量對應庫存數量，系統中總的庫存被控制在卡片總數以內，只有當加工中心有排隊物料并且持有授權生產的卡片（由下道工序傳遞來的），該道工序才能開始生產，圖1是看板系統示意圖，每個卡片授權上道工序生產并傳送給下道工序，例如第一和第二道工序間的卡片從被接受加工的批料中騰出后變授權第一道工序前的批料接受工序1的加工，并觸發原材料的投放。看板系統保證了較低的庫存，各工序只生產后工序所需的物料，避免了不必要的生產，避免和減少了非急需庫存。
CONWIP系統的核心是建立生產線的庫存水平，當實際數量達到或超出該水平時，停止物料投放進入系統，我們稱這種協議為CONWIP，因為它規定只有當制成品流出系統時，新的物料才可以投入，這樣系統中總的再制品庫存接近一個定值（CONstant），如圖2所示，CONWIP系統沒有規定每兩道工序間的卡片數量，只有系統需求且又有卡片授權時，也就是有成品離開系統時，物料就可以投放進入系統，相對看板系統而言，CONWIP系統不控制單獨工序前的物料、但系統中總的數量是定常的，一旦原材料授權進入CONWIP"黑匣子"便在系統內自由流動，而且會相對多地自然聚集在瓶頸工序前面。
實踐證明，CONWIP系統提供了一種有效而靈活的庫存管理方法，CONWIP系統的實施能夠縮短生產周期，減小生產周期波動偏差，降低庫存水平，此外，CONWIP系統還具有它固有的穩定性和自適應調節型，然而在半導體封裝測試車間實施并保持CONWIP系統需要考慮哪些因素呢？下面將闡述CONWIP系統的優勢、采用及實施方案。
3 CONWIP系統的優勢
CONWIP系統通過物料投放的控制使整個車間的在制品庫存保持一個定常水平，Hopp和Spearman指出[2]，從建模角度看，CONWIP系統就像一個閉環排隊系統，工件在系統內部不確定地流動。
首先，拉動式系統相對于推動式系統而言，其優點如下：
（1）庫存水平，（也是拉動式系統物料投放的觸發點）是直觀的、看得見的，而推動式系統下的生產計劃是和未來一段時間內的產能相關聯的，但該產能不是很直觀，而且會隨生產線的實時狀態而改變的，因此預先制定的計劃往往是不準確的；
（2）拉動式系統保持相對少的庫存達到相同的產出；
（3）拉動式系統庫存水平保持的差錯概率要比推動式系統計劃的物料投放差錯概率小得多；
（4）當條件允許時，拉動式系統有助于提前生產。
其次，CONWIP系統比其他拉動式系統有更多優點：
（1）CONWIP系統實施起來更簡便，整個生產線只需要設置一套卡片，而看板系統每道工序前都要設一套卡片；
（2）CONWIP系統更能適應不斷改變的產品品種；
（3）CONWIP系統能夠適應由于產品不同或機器意外故障造成的生產瓶頸漂移，因為它的固有屬性之一就是工件會自然聚焦到實際瓶頸工序前，而總的庫存數量不變；
（4）CONWIP系統能減輕各工序勞動力數量的壓力，這是由其靈活的生產節奏控制而決定的。
因此，一個設計良好的CONWIP系統可以減少生產周期及其波動，降低庫存成本，減輕生產線勞動力數量的壓力，對于生產線上的任何變化能夠更敏捷和靈活地作出反應。而且由于庫存降低，質量缺陷更易于暴露或被檢測出來。
4 CONWIP系統的采用
如前所述，拉動式系統比起推動式系統來，有著不可代替的優勢，而且，在很多情況下，CONWIP系統勝于看板系統，但是在實際應用中，有時一套系統適合這個工廠并不一定會適合另一個工廠，那么如何為一個工廠選擇一套合適的在制品庫存管理系統呢？要回答這個問題，我們要考慮很多因素，如：
產品品種結構及其變化頻率；
生產線具有簡單重復的加工路徑還是有多種加工路徑；
生產線可靠性和機器故障頻率高低；
生產線的瓶頸多少和瓶頸漂移情況；
原材料和零部件供應商的交貨時間；
工廠勞動力數量的靈活性。
帶著這些問題，我們對英特爾上海封裝測試廠進行分析，試圖建立一套適合該工廠的庫存控制系統，該廠生產線由三十多道工序組成，某些關鍵工序機器故障難以預測，產品品種通常有幾十種，有多條加工路徑，每種產品每周需求量都有變化，而且每種產品的瓶頸分布不同，生產線有多個瓶頸，而且相對設計來說，瓶頸經常漂移；根據設計產能，生產線通常由250－300臺機器組成，因此每個機臺的操作工不能保證任何時間都到位。
考慮這些因素以及綜合前面的分析，CONWIP系統比看板或者其他推動式系統更適合半導體封裝測試工廠車間庫存控制，例如，由于卡片設置的問題，看板系統不適合該工廠多品種多加工路徑的制造環境，而CONWIP系統卻能很好地適應這一條件，機器的不穩定性和制造瓶頸的漂移也給MRP推動式系統的生產計劃帶來麻煩。造成庫存過多或不均，而CONWIP系統卻能根據生產線現狀靈活地應對，CONWIP系統還有助于提前生產一定的庫存而避免產能閑置，但看板系統缺乏這樣的機動性。
5 CONWIP系統標準庫存數量估測
CONWIP系統被采用作為在制品庫存控制方法后，接下來的任務是設置標準庫存水平參數，同時滿足產出和生產周期的目標要求，目前有多種方法獲取該標準庫存水平，如計算機仿真或其他算法。然而庫存水平對于生產控制不是非常敏感，只要庫存水平足以達到預期產出而且又不是很高，生產系統就會運作良好，估測標準庫存水平最簡單有效的是以歷史統計數據作為起始點，我們可以從一道加工工序或整套生產線開始，如果我們選擇整個加工路徑作為CONWIP系統閉環區間，首先確定一個可行的生產周期（CT）和單位時間產量，如瓶頸工序的單位時間產量RB，然后采用利特爾法則（Little's
law）計算標準庫存水平（Standard WIP Level）：
WIP＝Rb×CT
該計算結果可以作為起始庫存水平，可以隨時間逐漸修訂調整，理想狀況下的生產周期（CT）等于工件加工時間，沒有工件排隊時間，實際上這是不可能的，因為每道工序、每個機臺的產能相差各異，很難保證一批工件離開一道工序時，上道工序的工件正好到達。因此總有一定數量的待加工工件等待在工位前避免機器停工待料。因此加工周期通常都包括加工時間和排隊等待時間。通常，當一條生產線從推動式系統轉變為CONWIP拉動式系統時，我們不能太樂觀估計生產周期，因為這樣會導致起始庫存水平太低而最終影響系統產量。
CONWIP系統卡片的形式可以是實體卡片，由每個生產批次承載，也可以也是電子信息存在于生產控制計算機內，計算機即時顯示生產線所有庫存位置、數量、型號等信息，生產一線人員根據預定的標準庫存水平來決定物料投放和生產節拍控制，生產控制中心實時監控庫存情況，如有偏差及時給予糾正指令。
6 CONWIP系統性能表現
CONWIP系統的引進與建立，明顯改善了車間生產周期和庫存水平，圖4顯示，采用CONWIP系統后生產周期在六個月內降低了20％，庫存同樣降低了16％，如圖5所示。
CONWIP系統有利于生產線上人力資源的優化安排且允許物料按照規律自由地流動，這些都是由該系統本身具有的優越性決定的。
總之，CONWIP系統不僅改善車間生產周期和庫存水平，而且會給車間作業和生產控制帶來靈活性。
7 降低在制品庫存水平
生產周期和庫存水平控制是一項重要的生產制造指標，一套好的庫存水平系統以及低庫存水平可以帶來很多好處：首先，確定的標準庫存水平可以有效限制物料投放，讓訂單暫時停留在紙上而不是在車間里，這樣可以減少占用寶貴的車間空間，減少質量缺陷和返工率進而帶來直接效益，其次，低庫存水平相應地縮短生產周期，如圖5所示，這是符合利特爾法則。
我們可以采取下列步驟來實施降低庫存的過程：
（1）首先實施按照利特爾法則計算出標準庫存水平；
（2）采集各工序設備使用率并且確認使用率最高的工序；
（3）采集各工序物料排隊時間并且確認排隊時間最長的工序；
（4）開始降低設備使用率最高或排隊時間最長的工序的庫存水平，進而達到降低整個系統庫存水平的目的；
（5）返回步驟（2）重復該程序，直到對預定產出有影響為止。
再次參考圖5，該車間引用CONWIP系統后的第一個月平均在制品庫存是750×103組芯片，通過不斷削減庫存同時觀察對產量的影響，第二個月庫存是690×103組，隨后的四個月穩定在680×103組芯片。
8 結論
至此，我們分析比較了CONWIP系統和看板系統及推動式的優劣，CONWIP系統在半導體封裝測試車間相對其他系統的適用性，還進一步闡述了怎樣實施CONWIP系統以及不斷改進的策略。這些方案的應用都由實際結果所驗證，被證明是有效而可靠的。
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