JP2009223359A - 設備負荷率算出システム、プログラム、及び方法 - Google Patents

設備負荷率算出システム、プログラム、及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】先行技術では、1ロットずつロット単位で製品を割り当てていくため、一定期間内に処理予定の全てのロットの割り当てが終わった時点で設備機種間に負荷率の差が生じるなどの問題点があった。
【解決手段】工程ラインに投入する品名と、品名の投入枚数とを含む投入計画表ファイルを入力すると、設備ごとに設備ループを実行する。設備ループは、品名ループと、機種ループとを含む。品名ループでは、工程ごとに、機種の組み合わせを示す条件グループを求める。機種ループでは、条件グループごとに、機種別の分配率データを取得し、工程ごとに、分配率データに基づいて、各機種に割り当てられる工程別機種別所要枚数データを求める。この工程別機種別所要枚数データに基づいて、設備ごとに機種別負荷率データを求める。
【選択図】図21

Description

本発明は、設備負荷率算出システム、プログラム、及び方法に関する。
半導体デバイス生産工場では、所要状況に応じ、複数の半導体製品に対し、それぞれの製品をいつ、何枚投入するかという投入計画を立案する。この投入計画における製品の投入可否や設備増強の要否を判断するため、各半導体製造設備の設備負荷率を算出する必要がある。
特開2005−301653号公報(特許文献1参照)には、製造工程管理方法の発明が記載されている。この製造工程管理方法においては、それぞれが単数または複数の工程の処理を行うことができる複数の製造装置を順次選択して製造処理を行う。第1処理では、前記各製造装置で処理可能な工程毎に1ロットの処理に必要な処理時間を算出する。第2処理では、前記製造装置毎に処理可能な工程の数である処理可能工程数、及び前記工程毎にその工程での使用が可能な製造装置の数である使用可能装置数を算出する。第3処理では、前記各製造装置と前記各工程の組み合わせ毎に、前記処理時間、前記処理可能工程数及び前記使用可能装置数に基づいて優先順位を算出する。第4処理では、一定期間内に処理することが計画されている工程別の処理予定ロット数に基づいて、最新の優先順位による優先度が一番高い製造装置に処理予定ロットを1ロットずつ割り当てる。第5の処理では、前記第4処理で前記処理予定ロットが割り当てられた製造装置の装置負荷を算出する。第6処理では、前記第3処理で算出された前記優先順位に、前記第5処理で算出された前記装置負荷に応じた補正を行って前記最新の優先順位を更新する。第7処理では、前記第4処理によって前記処理予定ロット数のすべてが前記各製造装置に割り当てられたときに、各製造装置の工程別の処理予定ロット数を決定する。第8処理では、前記各工程における処理が可能な状態のロットが発生したときに、前記各製造装置の対応する工程での前記処理予定ロット数に対する処理済みロット数の割合である達成度が少ない製造装置から順に選択して該ロットの処理工程の実行を指示する。
この特許文献1に記載された発明は、一定期間内に処理することが計画されているロットを1ロットずつ優先度の高い設備から順次割り当て、これを繰り返すことにより全ての処理予定ロットを割り当てることを目的としたディスパッチ等の製造工程管理方法に関する技術である。まず、製造設備・工程別の優先順位を、処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数によって算出し、この数値が小さいほど優先度が高いものとして処理予定ロットの割り当てを行う。1ロットの割り当て毎に優先順位を、処理時間×処理可能工程数×使用可能装置数×{((装置負荷)×10)k+1}によって計算して更新し、この処理を繰り返して一定期間内の処理予定ロットを各製造設備に割り当てるものである。
特開2005−301653号公報
特許文献1の発明は、同一設備で複数工程を処理する設備の負荷均等化を行うことができる。この設備負荷均等化においては、1ロットの割り当て毎に、製造設備・工程別の優先順位の再計算(更新値)を、装置負荷を含む式によって計算して更新し、この処理を繰り返す。そして、一定期間内の処理予定ロットの各製造装置への割り当てを行う方式である。すなわち、特許文献1図1左側の製造計画管理フローチャートにおけるステップS4〜S7の処理を、ロット数×工程数分繰り返す必要がある。
例えば、平均ロットサイズを20枚/ロットとすると、処理能力が60,000枚/月の半導体デバイス生産工場では、1ヶ月間の投入計画で割り当てるべき製品数は、60,000÷20=3,000ロットとなる。設備1台が処理すべき平均工程数を平均10工程、設備台数を約1,000台とすると、特許文献1の方式では、1ヶ月間に割り当てるロット全てを処理するのに、上記ステップS4〜S7を、3,000×10×1,000=30,000,000回分繰り返す必要がある。
実際の投入計画立案においては、所要状況に応じた初期の投入MIX(色々な製品・品名が混ざった計画表。明細書及び図面において、投入計画表という。)に対する各設備の設備負荷率を考慮して投入計画を見直すので、この見直しを数回繰り返して最終的な投入計画を立てる。さらに投入開始後も所要状況の変動に応じて、その都度投入計画表を修正していく必要があるため、1ヶ月間の投入計画を確定するためには数回の能力検証(設備負荷率を算出して投入可否を判断)を行う必要がある。このため、各設備の負荷率算出は簡単かつ短時間で算出する必要がある。
しかしながら、特許文献1の方式を上記半導体デバイス生産工場における設備負荷率算出に当てはめた場合には、1ロット割り当て、設備負荷算出、優先順位再計算の処理を約3千万回繰り返す必要がある。従って、特許文献1の発明では、投入計画表変更時の再計算に長時間の集計時間を要するものと容易に推測でき、実用的でないという問題点がある。
半導体デバイス生産工場では最低限の設備投資で最大の生産能力を得ようとするため、高負荷設備に対し、日々ロスタイムの低減活動を行っている。よって、将来の設備能力を精度良く算出するためには、製品処理時点での各設備のロスタイム低減効果を見込んだ設備負荷率を算出する必要がある。ところが、特許文献1では、8区分ロスタイムやプロセスタイムに分割して、それぞれのロスタイム低減活動を考慮した設備負荷率算出を行っていないため、ロスタイムが低減できた場合には実際よりも高い設備負荷率となってしまう。このため、与えられた投入計画に対する投入可否の判断を誤ったり、必要のない設備投資を必要と誤判断したりする可能性が出てくるという問題点がある。
半導体デバイス生産工場において、生産製品の所要枚数が充分にある場合には、ボトルネックとなる設備がフルキャパシティで動作することを想定して、枚数単位で投入計画を立てる。そのため、数パーセントの設備負荷率のズレで投入可否判断を誤ることになる。従って、制約条件を全て満たす範囲内で、可能な限り設備負荷率を均等化してやることが必要である。これに対し、特許文献1では、1ロットずつロット単位で製品を割り当てていくため、一定期間内に処理予定の全てのロットの割り当てが終わった時点で設備機種間に負荷率の差が生じるという問題点がある。例えば、特許文献1表7では、処理予定の全てのロットを割り当てた後も、装置3が4ロットに対して、装置2は16ロットと設備間で12ロットの差が生じている。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号を用いて、[課題を解決するための手段]を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の一つのアスペクトによる設備負荷率算出システム(10)は、データベース部(11)と、設備ループ部(12)とを具備する。データベース部(11)は、品名から、品名の工程手順を検索するための品名データベース(DB1)を含む。また、工程手順から、工程手順に含まれる工程を検索し、及び工程から、工程を割り当てられる設備と設備に与えられる条件を検索するための工程手順データベース(DB2)を含む。また、設備と設備が有する号機から、号機の機種を検索するための設備データベース(DB3)を含む。また、品名と品名が投入される設備と設備に与えられる条件から、条件で稼働可能な号機の組み合わせで成る号機テーブルを検索するための条件データベース(DB4)を含む。また、設備と設備が有する機種の組み合わせから、機種の組み合わせを示す条件グループを検索するための条件グループデータベース(DB5)を含む。
設備ループ部(12)は、品名データベース(DB1)と、工程手順データベース(DB2)とを参照し、ある設備について、設備に割り当てられる工程、工程の条件を抽出し、条件データベース(DB4)を参照し、抽出したそれぞれの工程について、号機テーブルを取得し、設備データベース(DB3)と、条件グループデータベース(DB5)とを参照し、号機テーブルから、抽出したそれぞれの工程について、条件グループを取得する品名ループ部(13)を含む。また、条件グループごとに、条件グループに含まれる機種それぞれに対して分配率データを取得し、工程ごとに、分配率データに基づいて、各機種に割り当てられる工程別機種別所要枚数データを求め、機種ごとに、工程別機種別所要枚数データを集計し、機種別負荷率データを求める機種ループ部(14)を含む。
この設備負荷率算出システムは、ある分配率データを与えると、設備ごとに機種別負荷率データを出力できるので、適当な最適化アルゴリズムを適用すれば、機種別負荷率を機種間で均等化することとなる最適な分配率を探索することが可能になる。
本発明によれば、工程単位に所要枚数を算出できるので、非常に高い精度で、設備ごとに機種間の負荷率を均等化することができる。
当実施の形態では、設備負荷率を算出するに当たり、設備の故障や定期点検等の不稼動時間のみならず、工程処理中におけるウェハーの移動時間や準備時間などの製品に付加価値を与えていない時間もロスタイムとして考慮する。ここでは、以下に示す8つのロス区分とプロセスタイム(実際に製品を加工し、製品に付加価値を与えている時間)に分類して、工程毎のロスタイムとプロセスタイムを集計する。これにより、製品処理時点において、各設備のロスタイム低減効果を見込んだ高精度の設備負荷率算出を行う。また、同一工程を複数の機種で処理可能な設備について、機種毎の処理可能な号機台数やチャンバー数等の各種制約条件を満たす範囲で、可能な限り機種間の負荷率を均等化して、設備負荷率算出を精度の高いものとする。
当実施の形態は、各種制約条件を満たした上で、可能な限り機種間の負荷率を均等化するための最適分配率を算出する設備負荷均等化機能を備える。最適分配率算出においては、ソルバー(非線形最適化分析プログラム)と表計算ソフトの数式を組み合わせた集計プログラムを用いる。これにより、短時間で高精度の負荷配分最適化を行う。
ここで、最適化とは各種制約条件を満たした上で可能な限り機種間の負荷率を均等化することである。例えば、同一工程を処理可能な機種が機種A、機種B、機種Cの3機種あるとすると、目標値=MAX{機種Aの負荷率、機種Bの負荷率、機種Cの負荷率}−MIN{機種Aの負荷率、機種Bの負荷率、機種Cの負荷率}が最も0に近くなるときの分配率(機種A、機種B、機種Cへそれぞれ製品を何枚ずつ割り当てるかという製品枚数の割り当て比率)が最適解となる。目標値は0となるのが理想であるが、制約条件によっては(例えば、一つの機種でしか処理できない製品の枚数が極端に多いときなど)0または0に近い値とならない場合もあり得る。
本実施の形態では、OEE(Overall Equipment Efficiency)の定義に基づき、以下の8つのロス区分とプロセスタイムに分類して工程毎にロス区分毎のロスタイムとプロセスタイムを算出し、機種毎の負荷率を算出する。
[1]計画保全ロス・・・定期点検・計画保全による製品処理を停止した時間
[2]故障ロス・・・故障および改善・改造を目的とした保全作業により製品処理を停止した時間
[3]チェンジオーバー・・・ウエハーの移動により、装置が製品処理を行えない時間
[4]セットアップ・・・付加価値作業を行うために事前に行われる作業
[5]テストタイム・・・ゴミ、膜厚モニタリング等、製品処理以外のプロセスチェックを実施した時間
[6]アイドルタイム・・・ウエハー処理可能で無負荷状態の時間
[7]スピードロス・・・ウエハー1枚当たりの装置使用効率のダウンロス
[8]リワークロス・・・再工事品の作業を行っている時間
以下、計画保全ロスや故障ロス(図面において、定期整備ロスとも言う。)のように処理枚数に依存せず定常的に発生するロスを固定OEEロスと言い、それ以外のチェンジオーバーなどのロスのように処理枚数の増減に伴い変動するロスを変動OEEロスと言うものとする。なお、本実施の形態では、説明を簡素化するため、設備負荷率はフルキャパシティを想定して算出することとし、アイドルタイムを0とする。また、スピードロスおよびリワークロスの発生は無いものとする。
OEEとは、設備総合効率のことである。設備稼動時間の中で、設備の故障、メンテナンス、ウエハーの移動時間、付加価値作業のための準備時間、及びNPW(Non Product Wafer)処理に費やす時間等のロスタイムを減少させることによって、設備が製品の生産に利用される時間の比率を高める。
図1に、設備負荷率算出システムの構築解説図を示す。図1において、本実施の形態で説明する設備負荷率算出システムは、パソコンPC1に構築される。パソコンPC1は、品名データベースDB1、工程手順データベースDB2、設備データベースDB3、条件データベースDB4、条件グループデータベースDB5、及びOEEデータベースDB6を有している。パソコンPC1は、投入計画表ファイルSHT1、および設備毎に用意される能力検証用ファイルSHT2を読み込む。各能力検証用ファイルSHT2は、データと共に、機種毎の集計プログラムを含む。集計プログラムは、投入計画表ファイルSHT1を参照する。この集計プログラムをパソコンPC1が実行すると、機種毎の能力検証結果が出力される。機種毎の能力検証結果は、各設備の能力検証結果ファイルSHT3に一覧表示される。
図2は、設備負荷率算出システムのブロック説明図である。図2において、パソコンPC1に構築されている設備負荷率算出システム10は、データベース部11と、設備ループ部12とを具備している。データベース部11は、品名データベースDB1、工程手順データベースDB2、設備データベースDB3、条件データベースDB4、条件グループデータベースDB5、及びOEEデータベースDB6を含んでいる。設備ループ部12は、品名ループ部13と、機種ループ部14とを含み、さらに、最適化処理部15を含むものとすることができる。品名ループ部13は、後述する品名ループを実行する。機種ループ部14は、後述する機種ループを実行する。最適化処理部15は、後述する最適化処理を実行する。
各データベースの構造を説明する。図3に、品名データベースの構造の具体例を示す。図3において、品名データベースは、品名コード、品名、工程手順コードの各フィールドを有している。図4に、工程手順データベースの構造の具体例を示す。図4において、工程手順データベースは、工程手順コード、工程手順名、工程NO、工程手順コード、工程名、設備コード、条件キーの各フィールドを有している。図5に、設備データベースの構造の具体例を示す。図5において、設備データベースは、設備コード、設備名、号機コード、機種コード、機種名の各フィールドを有している。図6に、条件データベースの構造の具体例を示す。図6において、条件データベースは、条件キー、設備コード、品名コード、条件詳細、号機テーブルの各フィールドを有している。図7に、条件グループデータベースの構造の具体例を示す。図7において、条件グループデータベースは、条件グループ、機種テーブル、設備コードの各フィールドを有している。図8に、OEEデータベースの構造の具体例を示す。図8において、OEEデータベースは、機種コード、品名、条件キー、集計日時、ロス区分1、ロス区分2、ロス区分3、ロス区分4、ロス区分5、ロス区分6、ロス区分7、ロス区分8、プロセスタイムの各フィールドを有している。ロス区分1〜8は、それぞれ計画保全ロス、故障ロス、チェンジオーバー、セットアップ、テストタイム、アイドルタイム、スピードロス、リワークロスに対応している。ロス区分1〜8及びプロセスタイムの各フィールドには、固定OEEロスについては理論値(秒/枚)が保存されていて、変動OEEロス及びプロセスタイムについては、実績データ(秒/枚)が保存されている。この実績データは、設備の稼動情報に基づいて、製品1枚の処理に要するそれぞれのロスタイム(秒/枚)を別システムで集計したものである。
先ず半導体デバイス生産工場における工程ラインについて説明しておく。半導体製造においては月毎の投入計画に基づき製品を投入するが、その品名種類は、例えば数百種類となり、一つ一つの品名製品が、例えば数百の工程でなるフローで構成されており、それぞれの工程で製造設備や製造条件が異なる。このため、集計すべき品名・条件の組み合わせは、例えば数千〜数万件となり、その一件一件について区分毎のロスタイムやプロセスタイムが異なる。さらに機種によっても区分毎のロスタイムやプロセスタイムは異なるため、品名・工程の組み合わせ数に機種数を掛けた数が、集計対象の組み合わせ数となる。ここで、工程は、通常、一種類の製造設備の特定条件に対応付けられている。
また、特定の機能を実現するための製造設備は、通常、同じ機能を実現できる複数の機種(たとえば2〜10機種)を有する場合が多く、さらに一つの機種にはたいてい複数の号機(たとえば2台〜数十台)が属する。特定の製造設備は、複数の機能を実現できる場合もある。たとえば、SiO膜を成膜できる製造設備でSiON膜やSiN膜を成膜できることもある。その結果として、特定の製造設備は、複数製品の同種の工程に使われるとともに、特定品名の同種および機能が異なる複数の工程にも使われる。さらに、現在条件を有していなくとも、条件出しを計画し実行すれば、特定工程を実施できる製造設備を増やすことも可能である。品名・工程毎に処理可能な設備・号機が異なるため、製品を機種間で割り振る場合には、工程毎に処理可能な設備台数や機種毎の工程処理時間等を考慮して割り振る必要がある。本実施の形態における設備では、説明を簡素化するために、一つの品名では工程毎に条件キーが異なるものとする。つまり、品名と工程の組み合わせで条件キーが一意に決まる場合について説明する。従って、品名・工程の組み合わせは、品名・条件の組み合わせと置き換えて扱うことができる。
データベースDB1〜6が有するデータについて簡単に説明しておく。図9は、工程手順の説明図である。工程手順は、品名ごとに定義され、製品を作り上げるために必要なウェハープロセスの工程が順に全て記載されている。品名は、一種類の工程手順が対応付けられている。図9において、ある品名に係る工程手順SQN1は、複数の工程PRC1−1,・・・,PRC1−mからなる。複数の工程PRC1−1,・・・,PRC1−mは、順序が決められており、投入される製品は、まず、工程PRC1−1で処理・加工され、次に、工程PRC1−2で処理・加工され、最後に、PRC1−mで処理・加工されて、入庫される。図10は、工程の説明図である。図示するように、工程PRC2から、この工程PRC2を割り当てられる設備EQP1が定まる。この設備EQP1は、複数の工程に割り当てられている可能性が有る。工程PRC2を割り当てるために、設備EQP1には、条件CND1が付帯する。設備EQP1は、複数ある条件のいずれかで稼動することが可能であるが、工程PRC2に対しては条件CND1で稼動することになる。設備EQP1は、一つ又は複数の機械(号機)を有する。条件CND1を付帯した設備EQP1が定まると、工程PRC2を割り当て可能な号機の組み合わせ、すなわち、号機SRL1−1,号機SRL1−2,・・・,号機SRL1−nが定まる。図10では、これらの号機SRL1−1〜1−nをまとめて号機テーブルSTB1としている。一般に、ひとつの工程を割り当て可能な号機は複数台ある。具体的に、設備の例としては、酸化膜ドライエッチング装置、窒化膜ドライエッチング装置、タングステンドライエッチング装置などがあり、これらのそれぞれに対して設備コードが割り当てられる。条件の例としては、プログラム番号、禁止位置、標準時間、許容時間などがあり、これらの値の組み合わせに対して条件キーが割り当てられる。
図11は、条件と号機と機種との関係を説明する図である。図11において、設備EQP2は、二つの条件CND21,22のいずれかで稼動可能である。設備EQP2を条件CND21で稼動する場合、号機テーブル{号機SRL21,号機SRL22,号機SRL23,号機SRL24,号機SRL25}に属するいずれかの号機を割り当て可能である。設備EQP2を条件CND22で稼動する場合、号機テーブル{号機SRL21,号機SRL22,号機SRL23,号機SRL26,号機SRL27}に属するいずれかの号機を割り当て可能である。それぞれの号機SRL21〜SRL27は、機種に分類される。図11においては、号機SRL21〜号機SRL23は機種TYP21に属し、号機SRL24及び号機SRL25は機種TYP22に属し、号機SRL26及び号機SRL27は機種TYP23に属している。例えば、号機は機械の製造番号と同等レベルの分類単位であり、機種は機械の型番と同等レベルの分類単位である。
図12は、条件グループの説明図である。条件グループは、機種の組み合わせを示すものとして定義される。図12において、設備EQP2は、三種類の機種TYP21〜23を有しているので、設備EQP2の条件グループは、次の七通り存在し得る。すなわち、{機種TYP21}の条件グループGRP21、{機種TYP22}の条件グループGRP22、{機種TYP23}の条件グループGRP23、{機種TYP21,機種TYP22}の条件グループGRP24、{機種TYP21,機種TYP23}の条件グループGRP25、{機種TYP22,機種TYP23}の条件グループGRP26、{機種TYP21,機種TYP22,機種TYP23}の条件グループGRP27である。ただし、設備EQP2は、二つの条件CND21,CND22のいずれかで稼動可能であったので、設備負荷率を算出する場合には、条件CND21の条件グループGRP24と、条件CND22の条件グループGRP25のみを考慮すれば足りる。
図13は、設備負荷率算出システムで実行される設備負荷率算出プログラムのフローチャートである。ここでは、複数月について検証する場合について説明するので、投入月ごとに設備負荷率を算出する。図13に示すように、まず、投入月ループを開始し(S10)、検証すべき投入月について順次繰り返し処理する。例えば、1月、2月、3月の3か月分の投入計画について検証する場合には、投入月ループ開始(S10)から投入月ループ終了(S15)までの処理を3回繰り返す。投入月ループにおいては、投入計画表ファイルSHT1を読み込むことにより、投入月毎の投入計画(どの製品をそれぞれ何枚投入するか)を取得する(S11)。
図17に、投入計画表ファイルの具体例を示す。投入計画表ファイルは、表計算ソフトウェアのスプレッドシートでなり、設備負荷率算出システムに読み込まれる。図17における投入計画表ファイルは、1月、2月、3月の3か月分の投入計画を有している。n個の品名1〜品名nについて、品名ごとに、投入枚数が示されている。例えば、品名1は、1月から3月までの各月ごとに1500枚投入する計画であり、品名2は、1月から3月までの各月ごとに20枚投入する計画である。
次に、設備毎に機種間の負荷率を検証していくため、設備ループ(検証すべき全設備について順次繰り返す)を開始する(S12)。設備ループ(S13)の処理を全設備についてループし(S14)、さらに全投入月についてループする(S15)ことにより、全設備の設備負荷率が、それぞれの全投入月について計算される。
図14に、設備ループのフローチャートを示す。図14に示すように、設備ループ(S13)では、まず、品名ループ(投入予定の全品名について順次繰り返す)を開始する(S20)。ここで、現在ループ中の設備・品名に対する条件グループの取得が完了しているかを判断する(S21)。未了の場合は、その設備・品名に対し、条件グループ取得サブルーチン(S22)を行う。全ての品名についてループし、品名ループを終了する(S23)。次に、機種ループを開始し(S24)、現在ループ中の設備に属する全部の機種について、機種ループ(S25)を繰り返す。全部の機種について機種ループ(S26)が完了すると、機種毎に負荷率が出力される。
図15に、条件グループサブルーチンのフローチャートを示す。条件グループ取得サブルーチン(S22)では対象の品名に対し、品名データベースDB1から工程手順コードを取得する(S30)。次に工程手順データベースDB2から工程手順コードに対応した工程の流れ(工程フロー)を取得し、工程ループ(工程手順の全工程について順次繰り返す)を開始する(S31)。工程手順を投入から入庫まで、順次工程毎に見ていき、対象の設備で処理する工程を抽出していく(S32)。対象工程の場合は、条件データベースDB4より号機テーブルを取得する(S33)。号機テーブルにはその工程を処理可能な号機コードの組み合わせが格納されている。
次に、処理可能号機をループする(S34)。設備データベースDB3より号機に対応する機種コードを取得する(S35)ことにより、号機コードと機種コードを対応づける。号機ループを終了する(S36)。次に、取得した処理可能号機テーブルと条件グループデータベースDB5より、対応する条件グループを取得して割り当てを行い(S37)、条件グループマトリックス表スプレッドシートにおいて、品名と条件キーとにより定まる欄に条件グループを追加する(S38)。これを全ての工程についてループし、条件グループ取得サブルーチンを終了する(S39)。
図18に、条件グループマトリックス表スプレッドシートの具体例を示す。この条件グループマトリックス表スプレッドシートは設備ごとに用意されるもので、初回に作成され、2回目以降は更新される。更新は、データが無い新しい品名が投入される場合などに行われる。図18において、条件a、条件b、・・・、条件zにおける小文字のアルファベット文字はキーであり、条件a、条件b、・・・、条件zは、互いに異なる条件キーを表している。上述したように、本実施の形態においては、一つの品名では工程毎に条件キーが異なる場合について説明しているので、各工程は、品名と条件キーとによって一意に定めることができる。また、図12で説明されているように、それぞれの工程に対応して、唯一の条件グループを割り当て可能である。図18では、品名と条件キーとが交差する欄に、機種の組み合わせを示す条件グループを入れている。図18における条件グループA〜条件グループFの具体的内容は、図19に示されている。
図16に、機種ループのフローチャートを示す。図16においては、先ず、図19に具体例が示されているような機種毎分配率表スプレッドシートから現在割り当てられている条件グループ別機種別分配率データを取得する(S40)。そして、図20に具体例が示されているような機種・条件グループごと分配率表スプレッドシートを更新する(S41)。図20より明らかなように、この設備は、4種類の機種A〜機種Dを有している。この機種・条件グループごと分配率表スプレッドシートの分配率データに基づき、品名・条件毎の所要枚数や枚数比率を算出し(S42)、図21に具体例が示されているような品名・条件毎の所要枚数表スプレッドシートを作成する。図21の品名・条件ごとの所要枚数表スプレッドシートにおいて、品名、条件キー、条件グループの欄の各データは、図18の条件グループマトリックス表スプレッドシートから得たものである。全体の欄のデータは、図17の投入計画表ファイルにおける1月のデータに基づいて作成されている。枚数比率は、1月の全投入枚数を百万枚とし、小数点以下4桁目を四捨五入して、小数点以下3桁まで計算したものである。機種A〜機種Dの欄のデータは、図20の機種・条件グループごと分配率表スプレッドシートのデータなどから作成されている。
図16に示す機種ループのフローチャートにおいて、OEEデータベースDB6より、機種ごとに、品名・条件キー毎の8区分ロスタイムデータとプロセスタイムデータを取得する(S43)。次に、稼働日数から固定OEEロスを差し引いた値に対象機種の台数を掛けて求められる有効稼動時間、固定OEEロス、品名・条件毎の製品1枚当たりの変動OEEロス、プロセスタイムを集計し、図22A及び図22Bに具体例が示されるような品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートを作成する(S44)。この一覧表スプレッドシートは、設備ごと機種ごとに作成される。図22Aは、機種Aの固定OEEロスに係る一覧表スプレッドシートを示している。図22Aにおいて、有効稼働時間は、『稼働日数×24(Hour)×{1−固定OEEロス比率}×台数』の計算式にて算出されている。図22Aでは、1月の稼働日数を31日とし、機種Aに属する号機を7台としており、31×24×{1−0.061−0.059}×7≒4,583(Hour)と計算している。図22Bは、機種Aの変動OEEロスとプロセスタイムに係る一覧表スプレッドシートを示している。変動OEEロス及びプロセスタイムは、処理枚数の増減に伴い変動するので、単位は、それぞれ秒/枚で表されている。
図16に示す機種ループのフローチャートにおいて、機種毎に設備性能を算出し(S45)、機種毎の変動OEEロスとプロセスタイム、機種性能、OEEテーブルを集計する。図23A〜図23Cに具体例が示されているような機種毎能力集計表スプレッドシートを作成する。図23Aは、図22Bの一覧表スプレッドシートを集計したものであり、加重平均を採ることによって、機種Aの変動OEEロスとプロセスタイムを算出している。図23Bは、機種Aの機種性能を集計したものである。図23Bにおいて、処理能力は、機種Aに属する全ての号機が有効稼働時間だけフル稼働した場合に処理可能な枚数であり、有効稼働時間×60(分)×60(秒)÷(製品1枚当たりの必要時間)にて計算される。ただし、製品1枚当たり必要時間は、{製品1枚の処理に必要なプロセスタイム+Σ変動OEEロスタイム}である。所要枚数は、図21における機種Aの欄の枚数を合計したものである。負荷率は、{所要枚数÷処理能力}にて計算される。現有台数は、機種Aに属する号機の台数である。必要台数は、{現有台数×負荷率}にて計算される。稼働率は、{1−固定OEEロス}にて計算される。図23Cは、図23Aの変動OEEロスとプロセスタイムを、%にて表示したものである。チェンジオーバー(%)は、チェンジオーバー(秒/枚)×{1−固定OEEロス(%)}/{変動OEEロス(秒/枚)+プロセスタイム(秒/枚)}にて計算される。セットアップ(%)は、セットアップ(秒/枚)×{1−固定OEEロス(%)}/{変動OEEロス(秒/枚)+プロセスタイム(秒/枚)}にて計算される。テストタイム(%)は、テストタイム(秒/枚)×{1−固定OEEロス(%)}/{変動OEEロス(秒/枚)+プロセスタイム(秒/枚)}にて計算される。得られた集計結果は能力検証用ファイルの所定のシートに出力される。
図14に示す設備ループにおいて、機種ループが終了すると(S26)、全機種の負荷率を比較して、分配率の最適化処理を行う(S27,S28)。最適化処理は、工程毎にどれが処理可能号機であるかを考慮し、また、機種毎の工程処理時間の違いを考慮した上で行う必要がある。しかし、機種間の負荷率を均等化するために、どの製品をどの機種からどの機種へ何枚割り振ればよいかを人手で判断することは極めて困難である。そこで、最適化処理では、ソルバー(非線形最適化分析プログラム)を使用する。
機種毎の負荷率は、機種毎負荷率表スプレッドシートを作成し、ここから参照することができる。図24は、機種毎負荷率表スプレッドシートの具体例を示す図であり、目的セルに機種間の負荷率のMAX値からMIN値を引いた値を表示している。ソルバー処理では変化させるセルと制約条件を設定し、全ての制約条件を満たした上でこの目的セル(MAX−MIX)が最小(つまり機種間の負荷率の差が最小)となるときを最適解として反復計算を行う。具体的には、実在する機種・条件グループの全ての組み合わせパターンを求め、それぞれの条件グループにおける各機種に対して割り当てるセルを、分配率を変化させるセルとして設定する。各機種の分配率が0%以上100%以下であり、かつ各条件グループの分配率の合計が100%となるように制約条件を設定する。
ソルバー処理中は最適解分析アルゴリズムに基づき、目的セルが最小値に近づくように、変化させるセルとして設定されたセルにおける分配率の値が変化する(S29)。この分配率の値の変化に基づき、機種毎の所要枚数や負荷率が再計算される(S25)。ソルバーによる分配率の見直しを繰り返すことにより、目的セルが最小値に近づくように反復計算され、分配率の最適解が求められる。このようにしてソルバーが収束したときの負荷率が機種毎の最終的な負荷率となり、集計結果として出力される(S28)。
本実施の形態は、同一工程を処理可能な機種間でソルバーによる最適分配率を求め、その分配率に応じて一定期間内に投入する製品枚数を割り当てる方式である。そのため、一つの設備で機種間の負荷率を可能な限り均等化しつつ、高精度の負荷率を算出するのに、1回の計算で済ませることができる。例えば、設備群(同一の工程を処理する機種の組み合わせ)の数が約100種類であれば、負荷率算出の繰り返し計算は、全ての設備について、1×約100回になる。一方、特許文献1では、一つの設備ごとに約3千万回の計算が必要であったから、負荷率算出の繰り返し計算は、全ての設備について、約3千万×約100回になる。なお、特許文献1の実施例は、一つの設備群についてのみ説明してあるものと思われるので、設備全体について集計するためには、本実施の形態と同様に、設備群の数だけ繰り返さなければならない。このように、本実施の形態の負荷率算出に掛かる繰り返し処理数は、特許文献1の場合の約1/3千万となり、投入計画変更時の再計算が簡単かつ短時間で済むことがわかる。
ソルバーに関して補足説明を加えておく。設備負荷率算出には膨大な量のデータが必要であり、かつ機種数が多くなると、それに伴い計算式も複雑かつ膨大となる。データ量は、おおよそ、品種・条件の組み合わせ数×機種の組み合わせ数(区分数×機種数:例えば約100種類)となるため、品種・条件の組み合わせ数が数千〜数万件あれば、数十万〜数百万件にのぼる。このため、一般的に使用されているソルバー処理のように、全てのセルに関数やセル参照を組み合わせた数式を設定したのでは、反復計算における数式セルの再計算に時間が掛かり過ぎる。ソルバーを実行しても、ソルバーが収束するまでに膨大な時間を要することになり、実用的に使えるレベルではない。そこで、次の2点の改善を加えて、ソルバーの収束時間を大幅に短縮した。
[1]ソルバーの反復計算で変化させるセルの値が変わっても再計算されないセルは全て事前集計し、さらに数式の単純化のために必要なデータを事前集計しておくプログラムを追加した。
[2]投入月により品名や条件の数が変化するため、条件グループマトリックス表スプレッドシート、品名・条件毎の所要枚数表スプレッドシート、品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートにおける品名・条件キーの行・列は、想定される品名・条件キーの最大値と同じ数だけ確保することが望ましい。そこで、各表スプレッドシートは、実際の品名・条件キーの数よりも多い数も取り扱えるように、余裕を持たせて作成されている。改善前は、その余裕セルにも数式を入力しており、再計算の対象となっていた。そこで、検証月の投入予定の品名と工程手順から実際投入される品名と実際に必要な条件キーの情報を取得し、必要の無いセルの数式を全て自動消去するプログラムを追加した。
例えば、図21の品名・条件毎の所要枚数表スプレッドシート、図22A及び図22Bの品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシート、図23A〜図23Cの機種能力集計表スプレッドシートは、多数のセルを有している。ここでは、機種間分配率の最適化処理中に再計算されないセルの事前集計と数式セルのミニマム化を行っている。具体的には、図21の品名・条件毎の所要枚数表スプレッドシートでは、品名、条件キー、条件グループ、全体の枚数、全体の枚数比率の欄は事前集計しており、それぞれの機種の分配率、枚数、枚数比率の欄におけるセルには数式を設定してある。分配率が変化すると、数式が設定されたセルのみが自動的に再計算されるようにしている。さらに、実際に品名・条件キーが入っていない予備のセルについては、全ての数式を自動的に削除し、再計算時に無駄な計算をしないようにしている(数式セルのミニマム化)。また、図22A及び図22Bの品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートでは、全てのデータを事前集計してある。これにより、ソルバーが収束するまでに要する時間を大幅に短縮している。また、図23A〜図23Cの機種能力集計表スプレッドシートでも、最適化処理で値の変化しないセルは事前集計しておき、変化するセルだけに数式を設定してある。
これらの改善、すなわち、[1]及び[2]のプログラムの追加により、再計算されるセルの数を大幅に削減し、且つ、再計算されるセルの数式を単純化し、ソルバーの収束時間を大幅に短縮することができた。例えば、ある設備では品名・条件の組み合わせ数を10000件としたとき、改善前の数式セルの数を約100万件から約10万件まで削減できた。さらに複雑な集計は可能な限り事前集計時にプログラムによる集計を済ませておくことで数式の単純化を行った。図25は、品名・条件の組み合わせ数とソルバー収束時間との関係を示すグラフである。図示されるように、ソルバーの収束時間が改善前は6時間以上要していたものを、改善後は1分程度にまで短縮することができた。
設備の改善計画を盛り込んだ負荷率算出について説明する。本実施の形態では、図22A〜図23Cに示すように、図品名・工程毎にロスタイムやプロセスタイムを集計している。その上で、分配率の最適化を行い、機種毎の負荷率を算出しているため、ロス区分毎に、ロス低減の改善効果を見込んだ能力検証が可能である。製品処理時点までにロスタイムの低減予定がある場合は、そのデータを盛り込んだロスタイムにて集計を行う。例えば、別システムで機種毎に各工程の処理予定日時と区分毎の改善効果と期待度、改善効果寄与時期の関係を示すデータを作成しておき、そのデータを、本実施の形態の設備負荷率算出システムに読み込ませるなどする。
図26に、改善計画表ファイルの具体例を示す。この改善計画表ファイルは、表計算ソフトウェアのスプレッドシートでなり、改善活動を実施または計画している設備に属する機種に対し、機種毎にロス区分、理論的に期待できる改善効果、効果寄与時期、期待度、方策、改善前後の区分毎比率が示されている。期待度は、その改善が実現できる可能性や効果寄与時期の確実性などから判断した値であり、確実に実現できる場合は100%となる。なお、ロス区分の欄における”OEE”は、プロセスタイムの比率を示している。本実施の形態では、図26に示すような改善計画表ファイルの改善計画を、OEEデータベースDB6に保存されている区分毎のロスタイムに反映させている。この反映処理は、プログラムによって、図22A及び図22Bの品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートを作成する過程で行っており、これにより、改善効果を自動的に盛り込んでいる。
図26に示されているように、機種Aには、搬送スピードを向上させることにより、チェンジオーバーを6%低減することができ、この効果を、2007/1/15から期待することができるという改善計画がある。期待度が90%であるため、チェンジオーバーは、2007/1/15から、6%×90%=5.4%だけ低減でき、その分、プロセスタイムの比率(OEE)が5.4%増加する。図27に示されているように、2007/1/15を境に、チェンジオーバーは、38.6%から33.2%へ低減している。また、プロセスタイムは、41.6%から47.0%へ上昇している。よって、機種Aの2007/1/15以降の投入計画については、この改善後の数値を用いて能力検証を行う。
また、機種Bでは、定期点検を効率化することにより、故障ロスを5%低減できるものとし、その効果を、2007/2/1から期待できるという改善計画がある。期待度が40%であるため、故障ロスは、2007/2/1から、5%×40%=2.0%だけ低減でき、その分、プロセスタイムの比率(OEE)が2.0%増加する。図28に示されているように、2007/2/1を境に、故障ロスは、16.5%から14.5%へ低減している。また、プロセスタイムは、42.7%から44.7%へ上昇している。よって、機種Bの2007/2/1以降の投入計画については、この改善後の数値を用いて能力検証を行う。
なお、上記説明において、品名としてはウェハーを想定しているので、計数単位は枚数と表現している。しかしながら、本実施の形態は、工程ラインに投入されるさまざまな製品・商品を対象とすることも可能である。本願において枚数という場合には、ウェハーの計数単位に限らず、ウェハー以外のさまざまな製品・商品の個数を計数する計数単位をも含むものとする。
以上説明したように、本実施の形態によれば、工程(品名×条件)ごとに所要枚数を計算できるので、複数の工程に割り当てられる設備がある場合でも、機種間の負荷率を均等化することができる。また、機種間の最適分配率を求める処理(S24〜S27、S29)をソルバーによって処理しているので、計算回数を著しく減少させることができる。それから、機種ごとに、区分別ロスタイムとプロセスタイムを計算しているので、日々行われているロスタイム低減活動を反映させることができる。また、機種毎の分配率に応じて、1枚単位で製品を分配できるので、機種間で号機台数や処理可能工程に著しい偏りがない限り、製品枚数の偏りによる機種別負荷率の均等化誤差を、1枚以内の範囲に抑えることができる。管理者は、投入可否判断や設備投資要否判断を格段に正しく行うことが可能となる。
図1は、設備負荷率算出システムの構築解説図である。 図2は、設備負荷率算出システムのブロック説明図である。 図3は、品名データベースの構造の具体例を示す図である。 図4は、工程手順データベースの構造の具体例を示す図である。 図5は、設備データベースの構造の具体例を示す図である。 図6は、条件データベースの構造の具体例を示す図である。 図7は、条件グループデータベースの構造の具体例を示す図である。 図8は、OEEデータベースの構造の具体例を示す図である。 図9は、工程手順の説明図である。 図10は、工程の説明図である。 図11は、条件と号機と機種との関係を説明する図である。 図12は、条件グループの説明図である。 図13は、設備負荷率算出システムで実行される設備負荷率算出プログラムのフローチャートである。 図14は、設備ループのフローチャートである。 図15は、条件グループサブルーチンのフローチャートである。 図16は、機種ループのフローチャートである。 図17は、投入計画表ファイルの具体例を示す図である。 図18は、条件グループマトリックス表スプレッドシートの具体例を示す図である。 図19は、機種毎分配率表スプレッドシートの具体例を示す図である。 図20は、機種・条件グループごと分配率表スプレッドシートの具体例を示す図である。 図21は、品名・条件毎の所要枚数表スプレッドシートの具体例を示す図である。 図22Aは、品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートの具体例を示す第一の図である。 図22Bは、品名・条件毎のOEEロスとプロセスタイムの一覧表スプレッドシートの具体例を示す第二の図である。 図23Aは、機種毎能力集計表スプレッドシートの具体例を示す第一の図である。 図23Bは、機種毎能力集計表スプレッドシートの具体例を示す第二の図である。 図23Cは、機種毎能力集計表スプレッドシートの具体例を示す第三の図である。 図24は、機種毎負荷率表スプレッドシートの具体例を示す図である。 図25は、品名・条件の組み合わせ数とソルバー収束時間との関係を示すグラフである。 図26は、改善計画表ファイルの具体例を示す図である。 図27は、チェンジオーバーが改善されたときの推移を示すグラフである。 図28は、故障ロスが改善されたときの推移を示すグラフである。
符号の説明
10 設備負荷率算出システム
11 データベース部
12 設備ループ部
13 品名ループ部
14 機種ループ部
15 最適化処理部
DB1〜DB6 データベース
PC1 コンピュータ
SHT1〜SHT3 スプレッドシート・ファイル

Claims (9)

  1. データベース部と、設備ループ部とを具備し、
    前記データベース部は、
    品名から、前記品名の工程手順を検索するための品名データベースと、
    工程手順から、前記工程手順に含まれる工程を検索し、及び工程から、前記工程を割り当てられる設備と前記設備に与えられる条件を検索するための工程手順データベースと、
    設備と前記設備が有する号機から、前記号機の機種を検索するための設備データベースと、
    品名と前記品名が投入される設備と前記設備に与えられる条件から、前記条件で稼働可能な号機の組み合わせで成る号機テーブルを検索するための条件データベースと、
    設備と前記設備が有する機種の組み合わせから、機種の組み合わせを示す条件グループを検索するための条件グループデータベースとを含み、
    前記設備ループ部は、
    前記品名データベースと、前記工程手順データベースとを参照し、ある設備について、前記設備に割り当てられる工程、前記工程の条件を抽出し、前記条件データベースを参照し、抽出したそれぞれの工程について、号機テーブルを取得し、前記設備データベースと、前記条件グループデータベースとを参照し、前記号機テーブルから、前記抽出したそれぞれの工程について、条件グループを取得する品名ループ部と、
    条件グループごとに、前記条件グループに含まれる機種それぞれに対して分配率データを取得し、工程ごとに、前記分配率データに基づいて、各機種に割り当てられる工程別機種別所要枚数データを求め、機種ごとに、前記工程別機種別所要枚数データを集計し、機種別負荷率データを求める機種ループ部とを含む
    設備負荷率算出システム。
  2. 前記設備ループ部は、
    前記機種別負荷率データが機種間で均等化するような分配率データを求める最適化処理部を更に含む
    請求項1記載の設備負荷率算出システム。
  3. 前記最適化処理部は、
    前記機種別負荷率データにおける最大値と最小値との差が最もゼロに近くなるときの分配率データを求めるソルバーを実行する
    請求項2記載の設備負荷率算出システム。
  4. 前記最適化処理部は、
    前記ソルバーを実行する前に、
    前記ソルバーが実行されても再計算されないセルの数式を消去するプログラムを実行する
    請求項3記載の設備負荷率算出システム。
  5. 前記データベース部は、
    工程ごと、かつ、前記工程に割り当てられる機種ごとに、品名1枚当たりのロスタイム並びにプロセスタイムを検索するためのOEE(Overall Equipment Efficiency)データベースを更に含み、
    前記機種ループ部は、
    さらに、前記OEEデータベースを参照し、機種ごとに、工程それぞれについて、品名1枚当たりのロスタイムデータ並びにプロセスタイムデータを取得し、機種ごとに、全ての工程のロスタイムデータ並びにプロセスタイムデータを集計し、前記機種ごとの品名1枚当たりのロスタイムデータ並びにプロセスタイムデータを求める
    請求項4記載の設備負荷率算出システム。
  6. 前記OEEデータベースは、
    前記ロスタイムのロス区分として、品名の個数に依存しない固定ロスタイムのロス区分と、品名の個数に依存する変動ロスタイムのロス区分とを有し、
    前記固定ロスタイムのロス区分は、
    計画保全ロスタイムのロス区分と、故障ロスタイムのロス区分とを含み、
    前記変動ロスタイムのロス区分は、
    チェンジオーバーロスタイムのロス区分と、セットアップロスタイムのロス区分と、テストタイムロスタイムのロス区分と、アイドルタイムロスタイムのロス区分と、スピードロスタイムのロス区分と、リワークロスタイムのロス区分とを含む
    請求項5記載の設備負荷率算出システム。
  7. 前記機種ループ部は、
    さらに、前記ロス区分ごとの改善計画を示す改善データを有する改善計画表ファイルを入力し、前記改善データによって、前記OEEデータベースから取得したロスタイムデータに修正を加える
    請求項6記載の設備負荷率算出システム。
  8. ある設備に割り当てられる工程を抽出する手順と、
    前記工程ごとに、割り当て可能な機種の組み合わせを示す条件グループを求める手順と、
    前記条件グループごとに、機種別の分配率データを取得する手順と、
    前記分配率データに従って、前記工程ごとに、各機種に割り当てられる工程別機種別所要枚数を計算する手順と、
    前記工程別機種別所要枚数に基づいて、前記設備に属する機種ごとに、機種別負荷率を計算する手順とをコンピュータに実行させる
    設備負荷率算出プログラム。
  9. ある設備に割り当てられる工程を、データベースから抽出することと、
    前記工程ごとに、割り当て可能な機種の組み合わせを示す条件グループを求めることと、
    前記条件グループごとに、機種別の分配率データを取得することと、
    前記分配率データに従って、前記工程ごとに、各機種に割り当てられる工程別機種別所要枚数を計算することと、
    前記工程別機種別所要枚数に基づいて、前記設備に属する機種ごとに、機種別負荷率を計算することとを具備し、これらをコンピュータが行う
    設備負荷率算出方法。
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