JPH08229779A

JPH08229779A - 生産ライン構成評価装置、及びこの装置を使用して生産ラインを構築する方法

Info

Publication number: JPH08229779A
Application number: JP4297595A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kubota; 岳志窪田; Kazuhiko Maeda; 和彦前田; Sadao Shimosha; 貞夫下社
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】生産ラインを設計、変更する際の最適化を自
動化する。【構成】生産ライン構成評価装置１は、第１の入力装
置１、第２の入力装置２、第３の入力装置３、生産ライ
ン構成評価シミュレータ４、データベース５、設備部品
データ作成装置６、設備能力比較装置７、設備レイアウ
ト装置８、ＣＡＤ９から成り立っている。第２の入力装
置２から入力された設備の処理形態、処理時間、準備段
取り、保全の時間（停滞時間）・頻度、故障率から、生
産ライン構成評価シミュレータ４で稼働率、設備能力を
計算し、目標生産ロット数とモジュール数を入力するこ
とによりモジュール構成を決定し、製作期間・設備台数
を計算する。組み合わせの解法としては、遺伝的アルゴ
リズムを応用して解く。処理フローを一定の規則で分割
し作業郡を作成する。この作業郡をどのモジュールで処
理するかを遺伝子にする。【効果】生産ラインの構成を変更して、制作期間が短
くしかも必要な設備台数を少ない計画を高速に探索でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生産ラインの設計にか
かわり、生産ライン設計時に設備台数を計算でき、生産
ライン構成を変更させて製作期間が最短で、設備台数を
最小にできる装置に関するものである。具体的には、半
導体生産ラインを構築することにおいて、半導体の特徴
を考慮して、膜形成単位である一連の作業（作業群と呼
ぶ）を類似のプロセス毎に組み合わせ、この組み合わせ
毎に１つのフローライン（モジュールと呼ぶ）を構成す
る。その構成を変更し、製作期間が最短で、設備台数が
最少となるようにモジュール構成を修正させる。

【０００２】

【従来の技術】従来、生産ラインに関する特許として
は、特開昭５６−１９６３５号公報「製造装置」に記載
の装置がある。この装置には、以下のような機能をそな
えている。（１）多品種の製品郡を製造することにあたって、各処
理作業にそれぞれ対応する処理装置郡（ジョブショッ
プ）及び各処理装置郡にワーク（非処理物）を搬送する
搬送装置を設置し、搬送装置、処理装置等を効率よく有
機的にこれらを稼働させ製品管理・工程管理を使用して
自動化された製造装置。（２）共通的な作業をする設備郡をまとめて配置された
ウェハ製造装置。（３）各処理が有機的に制御され、ワークの流れがスム
ーズになるように、製品管理、工程管理、処理搬送管理
等がコンピュータで制御される製造装置。

【０００３】また、生産ラインの設計方法に関する特許
としては、特開平５−１０８６６７号公報「設備計画支
援装置」に記載の装置がある。この装置には、以下のよ
うな機能をそなえている。（１）設備計画時に複数の目標を行う上で効果的な改造
新構築を得るために評価できる装置。（２）設備計画の代替え案を定性的な評価項目を定量的
にした値と、定量的評価項目を考慮して評価でき、簡便
にかつ短時間に処理できる装置。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の製造装置では、半導体生産ラインに関する次の根本
的な問題点が残る。（１）各作業で製品の流れが錯綜するために、工程毎の
生産が非同期になり、ライン全体の仕掛りが多く、製作
期間が長くなる。（２）ジョブショップ方式では、レイアウトの面から各
作業の仕掛りが把握しずらい為にライン内の仕掛りが偏
在し、工程毎の着工が変動する。また、上記従来の生産
ラインの設計方法技術は、仕掛り削減、作業者数削減、
リードタイムの短縮の定量的評価だけを考慮して、モジ
ュール方式の評価を考慮していない点に以下の問題点が
ある。（１）生産ラインを設計するときの評価項目が多すぎ
て、ユーザ側の判断が難しい。（２）複数の計画をユーザが考える場合、各評価項目に
対し重み付けを考慮するために、ユーザが入力するデー
タが多くユーザの負担が多くなりすぎる。

【０００５】本発明の目的は、以下の機能を提供するこ
とにある。（１）生産ラインの構成に応じた評価ができ、ユーザが
判断することなく自動的に生産ライン構成を修正して、
製作期間が最短で、設備台数を最小にすることができ
る。（２）ラインの規模、モジュール数に応じた製作期間が
最短で、設備台数が最小になるモジュール構成にするこ
とができる。（３）モジュール内の作業の負荷状況を平準化させるこ
とにより、生産ラインの構成が変化しても作業負荷を平
準化できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の生産ライン構成
評価装置は、生産外設備情報を入力する第１の入力装置
と、設備情報を入力する第２の入力装置と、工程フロー
情報を入力する第３の入力装置と、設備型式寸法と設備
形状情報を入力する設備部品データ作成装置と、入力さ
れた情報により更新されるデータベースと、データベー
スの情報に基づいて生産ラインに必要とする生産設備台
数と製品の製作期間とを算出し、算出されたデータに基
づいて作業群を構成・評価する生産ライン構成評価シュ
ミレータと、生産ラインの配置ルール情報を作成・修正
し、レイアウト図面を作成するレイアウト装置と、設備
能力を比較する設備能力比較装置を備える。

【０００７】

【作用】半導体製造設備情報、例えば、設備の処理形態
（バッチ処理、分割バッチ処理、ロット処理等）、処理
時間と準備段取り、保全の時間（停滞時間）・頻度、故
障率から計算される稼働率、さらに工程フロー情報、生
産外設備情報、設備寸法・形状を人手で入力する。入力
されたデータで設備能力を計算し、設備能力を比較す
る。また、設備情報、工程フロー情報からモジュール構
成を決定し、製作期間・設備台数を計算する。また、生
産ライン構成評価装置では、設備型式別能力データを記
憶しているため、モジュール毎の設備型式別能力データ
を生産ライン構成評価装置で検索し、表示できる。さら
に、設備能力データを利用することにより、生産ライン
構成評価装置でモジュール・設備型式別能力の高い順に
表示できる。これにより、ユーザは問題設備を一目で判
断できる。モジュール評価装置に、設備能力データを表
示する手段を備えることにより、ラインを構築する前に
設備能力データを把握・比較できる。また、設備能力を
比較することにより、問題設備を重点的に改造・修正を
行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、図に基づいて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の生産ライン構成評価装置１の１実
施例である。生産ライン構成評価装置１は、第１の入力
装置１、第２の入力装置２、第３の入力装置３、生産ラ
イン構成評価シミュレータ４、データベース５、設備部
品データ作成装置６、設備能力比較装置７、設備レイア
ウト装置８、ＣＡＤ９から成り立っている。第２の入力
装置２から入力された設備の処理形態、処理時間、準備
段取り、保全の時間（停滞時間）・頻度、故障率から、
生産ライン構成評価シミュレータ４で稼働率、設備能力
を計算し、目標生産ロット数とモジュール数を入力する
ことによりモジュール構成を決定し、製作期間・設備台
数を計算する。

【０００９】また、データベース５からモジュール毎の
設備型式別能力データが設備能力比較装置に送られ、モ
ジュール毎の設備型式別能力を比較できる。設備レイア
ウトのために必要な設備寸法・形状を設備部品データ作
成装置６で作成する。設備レイアウト装置８は、モジュ
ール毎の設備台数と寸法・形状データから設備の配置ル
ールの作成・修正を行い、ＣＡＤデータを作成する。Ｃ
ＡＤ９は、ＣＡＤデータから図面を作成する。また、シ
ステムとデータの流れは、図２に示す通りである。

【００１０】図３は、本発明の生産ライン（モジュール
方式）の１実施例を示す。例えば、現状の半導体前工程
生産ラインは、同種処理設備を１カ所にまとめて配置す
るジョブショップ生産方式であり、この方式は製品の流
れが複雑となり工程毎の処理が非同期であるために、ラ
イン全体の仕掛り量が多く製作期間が長くなるという問
題点があった。そこで、これを解決するために半導体プ
ロセスの特性を考慮し、生産ラインを部分フローライン
化し、タクト生産するモジュール方式の１例を図３に示
す。

【００１１】ここで、半導体は、薄膜形成単位である拡
散―成膜―露光―エッチング―除去の一連の作業を作業
群とし、作業群を複数回繰り返して薄膜を積層しながら
生産する。このモジュール方式では、類似プロセス毎の
作業群を分類し、分類した単位毎にフローライン化す
る。このために、モジュール方式では、製品の流れに沿
って設備を並べ、このフローラインの単位（モジュール
と呼ぶ）を必要に応じて必要なフローラインの種類を複
数個配置してラインを構成する。あるモジュールで作業
が終わった製品は、工程順序に従い次のモジュールでの
処理を繰り返しながら完成品となる。

【００１２】各モジュールは、各々のタクトタイムで生
産されており、そのため、工程間、工程内の仕掛りは最
少に抑えることができるので、製作期間の短縮が可能と
なる。また、モジュール方式は、類似の作業郡を組み合
わせることによりモジュール内の作業の種類が少なくな
る。そのため、必要な設備台数は、最少限度に抑えるこ
とが可能となりフローラインの場合と比べて少なくなる
傾向にある。そこで、作業群の組合せ条件から製作期
間、設備台数の算出方法を以下に示す（図４、５参
照）。

【００１３】（１）目標タクトタイムを算出。（ステップＳ１１）目標タクトタイムは、目標生産ロット数から算出する。
例えば、目標生産ロット数を２４ロットとすると、目標
タクトタイムは図４から６０分になる。（２）類似の作業群毎に工程フローを分割。（ステップ
Ｓ１２）工程フローに類似の作業群毎の作業群Noをつける。（３）作業群毎に処理時間をあらわす。（ステップＳ１
３）（２）の工程フローを作業群に分割したデータから、作
業群毎の作業の時間をあらわし、モジュールの番号を決
定する。

【００１４】（４）処理時間を各モジュール・作業毎に
合計する。（ステップＳ１４）各モジュール毎の作業の合計時間は、（３）から同一モ
ジュール毎に作業群の処理時間を合計する。たとえば、
モジュール１である作業群１、３の作業Ａの処理時間を
合計すると８５分(=40+45)となる。同じように他の処理
ブロックの処理時間合計を求める。（５）作業毎の台数を目標タクトタイムから算出。（ス
テップＳ１５）各工程の設備台数は、作業毎の合計作業時間を目標タク
トタイムと稼動率で割ることにより算出する。例えば、
図４、５の作業Ａに着目すると設備台数は、合計作業時
間が８５分(=40+45)であるので、設備台数=85/(60×0.
8)=1.77で２台必要であることがわかる。このようにし
て他の処理ブロックの設備台数を算出する。この際に、
稼動率は実績から算出する。

【００１５】（６）製作期間を図５の式と仮定する。
（ステップＳ１６）製作期間は、モジュール間の待ち時間とモジュール内の
処理時間停滞時間をたしあわせた時間である。図５に詳
細計算式を示す。但し、必要なバッファ容量は、段取り
時間をタクトタイムと設備台数で割って算出する。（あ
る工程で段取り替えが発生したとき、後の工程に影響を
及ぼさないようにバッファを設ける。）これらの手順を生かして、モジュール方式のモジュール
内の作業郡を構成を変えることにより、製作期間・設備
台数が変化することを示す。

【００１６】例えば、図６，図７には作業群の組合せの
１例を示す。まず、図６では、作業群１，３，５を組合
せて、モジュール１とし、作業群２、４を組合せて、モ
ジュール２とする。モジュール１は作業Ａ−作業Ｃ−作
業Ｅから、モジュール２は作業Ｂ−作業Ｃ−作業Ｄから
構成されており、ライン全体の設備台数は１４台で製作
期間は０．８８日となる。また、図７のモジュール方式
（２）では、作業群の組合せを変更し、作業群１、２、
３を組合せてモジュール１とし、作業群４、５をモジュ
ール２とする。この組み合わせの場合、類似の作業群を
組合せていないために設備台数は１６台で製作期間は
１．５８日と増える。このように作業群の組合せにより
製作期間と必要設備台数が変化する。そこで、設備台数
が最少となる作業群の組合せを探索する必要があり、最
適な作業群の組合せを高速に探索できるシミュレータを
図８で説明する。

【００１７】図８に作業群の組合せにより製作期間を評
価するシミュレータの概要を示す。この評価シミュレー
タでは、モジュール数を入力データとして与える。例え
ば、半導体の生産ラインの場合、作業群の数を２４個と
仮定する。最小モジュール数１の場合、すべての作業群
が１個のモジュールで構成できるので、作業群の組合せ
は１つになる。また、最大モジュール数２４個の場合、
すべての作業群が異なるモジュールとなる。この場合も
組合せは１つになる。今回の評価シミュレータでは、モ
ジュール数が２個から２３個の場合に分けて、逐次評価
する。評価シミュレータは、組合せ問題の一般的な探索
手法である遺伝的アルゴリズムを用いて、組合せを探索
する。そのモジュール内の作業郡を構成を変え製作期間
を最小にするシミュレーションは次の手順で行われる。

【００１８】以下に、遺伝的アルゴリズムを用いた探索
方法について述べる。（１）作業群Ｎｏ順の並びに対し、モジュールＮｏを任
意に定め、更に、作業群Ｎｏ順のモジュールＮｏの並び
を遺伝子と定義する。この例では、４００個の遺伝子を
作成する。（作業群Ｎｏ：作業群１，２，３，．．．）（２）この遺伝子に対し、製作期間を計算し、評価す
る。（３）製作期間の短い遺伝子同士を組み替え、新しい遺
伝子を４００個生成する。（４）この例では、（１）から（３）までの手順を２０
０回繰り返す。この方法により、近似的に最短な製作期間を求めること
ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上記述されたように本発明の生産ライ
ン構成評価装置により、製作期間・設備台数を計算し、
自動的に生産ライン構成を修正できる。その結果、下記
のような効果が顕著に現れる。（１）生産ラインの構成を変更して、制作期間が短くし
かも必要な設備台数を少ない生産ライン計画を高速に探
索できる。（２）能力ネック設備が生産ラインを立ち上げる前から
把握でき、それに対する対策がライン立ち上げ時からで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置構成を示す説明図。

【図２】システムとデータベースの関連図。

【図３】モジュール生産ラインの説明図。

【図４】モジュール生産ラインへの負荷平準化方法を示
す説明図（１）。

【図５】モジュール生産ラインへの負荷平準化方法を示
す説明図（２）。

【図６】モジュール方式の説明図（１）。

【図７】モジュール方式の説明図（２）。

【図８】生産ライン構成評価シミュレータを示す説明
図。

【符号の説明】

１入力装置(1) ２入力装置(2) ３入力装置(3) ４生産ライン構成評価シミュレータ５データベース６設備部品データ作成装置７設備能力比較装置８設備レイアウト装置９ＣＡＤＳ１１ステップ１１Ｓ１２ステップ１２Ｓ１３ステップ１３Ｓ１４ステップ１４Ｓ１５ステップ１５Ｓ１６ステップ１６２１作業時間表２２モジュール１２３モジュール２２４目標タクトタイム、設備台数２５バッファ容量２６設備台数表３１作業時間３２モジュール１３３モジュール２３４設備台数表

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生産外設備情報を入力する第１の入力装
置と、設備情報を入力する第２の入力装置と、工程フロ
ー情報を入力する第３の入力装置と、設備型式寸法と設
備形状情報を入力する設備部品データ作成装置と、入力
された情報により更新されるデータベースと、データベ
ースの情報に基づいて生産ラインに必要とする生産設備
台数と製品の製作期間とを算出し、算出されたデータに
基づいて作業群を構成・評価する生産ライン構成評価シ
ュミレータと、生産ラインの配置ルール情報を作成・修
正し、レイアウト図面を作成するレイアウト装置と、設
備能力を比較する設備能力比較装置を備えてなる生産ラ
イン構成評価装置。
【請求項２】作業群毎に設備能力を計算する手段と、
設備の総能力を大きい順に並べて表示する手段とを備え
てなる請求項１に記載の生産ライン構成評価装置。
【請求項３】請求項１記載の生産ライン構成評価を使
用して生産ラインを構築する方法であって、設備情報
と、工程フロー情報と、生産ライン構成情報を入力する
工程と、算出された生産設備の台数に基づいて生産ライ
ンのレイアウトを設定する工程とを備えたる生産ライン
の構築方法。
【請求項４】請求項１記載の生産ライン構成評価を使
用して生産ラインを構築する方法であって、製品の特徴
に応じて一連の作業をグループ化して作業群を作成する
工程と、作業群を類似の作業群毎にモジュールと称する
１つのフローラインを構成する工程と、モジュール内の
作業群の組み合わせを変更して、最短な製作期間で最少
の設備台数を算出する工程とを備えてなる生産ラインの
構築方法。