周雍強952221E002267MY3(第1å¹&acut

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Unformatted text preview: 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 □成果報告 期中進度報告 (計畫名稱) 總計畫: 生產網絡:不確定性、風險與協同控制 計畫類別:□ 個別型計畫 整合型計畫 計畫編號:NSC 95-2221-E-002-267-MY3 執行期間: 95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 計畫主持人: 周雍強 楊奕農、張時中、蔣明晃、郭瑞祥、楊烽正 共同主持人: 計畫參與人員: 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交): 精簡報告 □完整報告 本成果報告包括以下應繳交之附件: □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 處理方式:除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、 列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢 □涉及專利或其他智慧財產權,□一年□二年後可公開查詢 執行單位: 國立台灣大學工業工程所 中 華 民 國 96 年 5月 31 日 1 行政院國家科學委員會專題研究計畫期中報告 總計畫: 生產網絡:不確定性、風險與協同控制(1/3) 計畫編號: NSC 95-2221-E-002-267-MY3 執行期限: 95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 ychou@ntu.edu.tw 主持人: 周雍強 共同主持人:楊奕農、張時中、蔣明晃、郭瑞祥、楊烽正 國立台灣大學工業工程所 一、中英文摘要 供應鏈網絡的主要流程是需求規劃、產能 規劃、材料規劃、生產與存貨協調,網絡節點 間的關係有合作、有競爭、有垂直控制。供應 鏈控制的實務作法大致是基於管理程序,這樣 的控制方法是一種開放迴路形式,應變能力有 侷限。本計畫的目標是探討生產網絡的基本控 制問題:不確定性評估、風險管理、與協同控 制,目的是發展生產網絡控制的系統科學與運 作的優化方法。本計畫共四個子計畫,分別以 需求、產能、物料存貨、協同排程為研究對象, 考量競合行為、協同控制、層級存貨整合、以 及時間窗限制問題。本計畫預期能產生關於風 險管控、存貨監控與協同控制的方法與策略, 提升對供應鏈的掌控能力。 Keywords: Capacity Control, Production Control, Inventory Control, Coopetition Behavior 二、計畫緣由與目的 供應鏈網絡是近年來興起的複雜系統,具有 幾個顯著的特性:不確定性很高、網絡運作動態 變化、非集權式生產組織。供應鏈網絡的主要流 程是需求規劃、產能規劃、材料規劃、生產與存 貨協調。網絡節點間的關係有合作、有競爭、有 垂直控制。供應鏈控制的實務作法大致是基於管 理程序(rules of thumb or management by goals)。 例如流程時間是半導體製造的一個重要績效指 標,但是對後段工廠的流程時間一般是以設定一 個參考值,例如三天,當作供應鏈生產控制的輸 入資料,這樣的控制方法是一種開放迴路(open loop)形式,應變能力有侷限。 不確定性所引發的動態事件很容易在網絡 中造成波動的效應,從系統控制的觀點,系統動 態模式是先決的研究需求。生產網絡的組織形式 與工廠的組織形式截然不同,企業的組織管理大 體是集權式甚至是威權式,而生產網絡是由許多 企業組成,各企業的目標通常並不完全一致,更 有錯綜的供需關係,因此集權式管理有基本上的 困難。這種非集權式的組織形式對本計畫所要發 展的控制方法顯然將有決定性的影響,這些控制 方法將具有分散、協同、隨機等特性。 本計畫對生產網絡的定義與界定如下。生產 網絡由單元工廠或工場構成,有些現代工廠的規 模非常之大,例如某 T 企業的工廠採用雙拼架 構,由兩個工廠連結構成,機台數超過一千,如 此龐的系統,事實上是由包含個別製程區域、 2 關鍵詞:協同控制、生產控制、存貨控制、競合 行為 Abstract The type of control that is practiced in supply chains is basically control by management rules. This is an open loop control. The major processes of production network are demand planning, capacity planning, material planning, and production and inventory coordination. The relationship between nodes of the network has many forms. It could be cooperative, competing, dominating, or coopetitive. The goal of this project is to study the basic problems related to control: uncertainty, risk, and collaborative control. The objective is to develop system sciences of control and optimization models for design and planning. This project comprises four subprojects, chartered to address the aspects of demand, capacity, material and collaborative scheduling, and to analyze the problems of cooperative behavior, collaborative control, echelon inventory monitoring, and time-window constrained optimization. 機台群組、物料搬運系統、物料儲放系統等許多 次系統所構成,我們將這些次系統稱為工場 (shops),一個工廠則由多個工場構成。工場之 間也有網絡關係,例如半導體廠的運行可用等候 線網路理論分析,因此本計畫探討的生產網絡的 節點(nodes)是工廠、工場或需求鏈的顧客企業。 當我們的視野由單一工廠拉高到生產網 絡,生產網絡的現實運作狀況離可掌控的境界還 相當遠,預期之外的事件,如關鍵材料短缺、產 能不足、存貨過多、製程環保差錯等,仍然層出 不窮,而由於生產網絡涵蓋更廣的地域、更多企 業個體、層層相扣的供需關係,對突發事件所帶 來的衝擊,我們仍然缺乏有效的評估方法與對 策。本計畫的使命便是要迎向複雜度、變動性比 工廠更高一個等級的生產網絡,探討生產網絡的 動態特性、發展控制的方法與系統,以期在管理 上能「掌控」生產網絡的運作。 供應鏈有多重績效指標,如週期時間、風險、 成本、服務水準等,這些績效受各種流程共同影 響,因此流程不能分離處理,而必須有所統整。 本計畫共有四個子計畫如下列 研究的標的依序 , 分別是供應鏈之需求、產能、物料存貨、協同排 程。 • 子計畫一:風險考量下半導體供應鏈競合行為模 式分析與模擬(Risk based coopetition behavior modeling and simulation for semiconductor supply chains) • 子計畫二:半導體供應鏈的協同產能與生產控制 (Collaborative Capacity and Production Control in Semiconductor Supply Chains) • 子計畫三:以先進資訊為基之半導體供應鏈層級 存貨整合機制(Echelon Inventory Collaboration Mechanism of Semiconductor Supply Chains with Advanced Information) • 子計畫四:階層式網絡型生產系統節點間的時間 限制優化問題 (Time Constrained Optimization Problem Modeling Between Nodes of a Hierarchical Production Network) 研究目的 本計畫的目標是探討生產網絡的基本控制 問題:不確定性、風險、與協同控制。目的是 發展生產網絡績效監控的系統科學(system sciences)與運作的優化方法。本計畫將發展的系 統科學將善用競局理論、組織理論、不確定性 模式與方法、數學模式。 生產網絡的運作控制必須藉由企業流程與 系統。Stanford 大學 Global Supply Chain Management Forum (Lee and Whang, 2001)對藉 助電子化技術來統整供應鏈,歸納出四個方 向:資訊整合、規劃的同步化、流程協調 (workflow coordination)、創造新的業務模式。 Supply Chain Council 制訂的供應鏈運作的參考 模式(SCOR model)將運作流程由上至下分為基 盤結構(infrastructure or enabling)、規劃、執行等 三個流程型別。依據這兩個維度,本計畫的範 疇如表(一)所示,不探討資訊系統的建置或 資訊技術的開發,而將重點放在盤層次的機 制設計與規劃層次的運作優化方法。我們將不 確定性歸為外在的(exogenous)因素,建立其描 述與量測模式,生產決策以不確定因素為輸入 考量而制訂,風險則伴隨生產抉擇(choices or policies),因此風險也是決策的一部份(但是極 重要)考量。生產網絡控制的目的在運作層次 是要消弭不確定性的負面影響,在基盤層次則 是要增強系統的延展性(scalability)、可控制性 (controllability)、強韌性(resilience)、穩定性。 三、研究方法 本計畫對生產網絡控制的研究架構如圖 (1) 所示,分為規劃層與基盤結構層的研究。 在規劃層的橫向結構內 主要的流程是材料規 , 劃、產能規劃、需求規劃、生產協調。 coordination materials 規劃層 product supply and demand Node N ode 1 Node 2 capacity capacity (a) 橫向結構 基盤結構層 Mechanism, policy design, performance coordination 規劃層 materials capacity product supply (b) 縱向結構 圖 1: 生產網絡控制之主要物件與結構 3 表一: 本計畫的運作流程研究範疇 供應鏈整合的對象 資訊整合 基盤結構 同步規劃 流程協調 程各項生產決策,經生產運行後生成產品,而整 個過程的績效依據設定的指標來衡量。本子計畫 以工廠為供應鏈內的基本生產單位,有兩個研究 主題: (1)歸納生產單位之生產行為函數、 2) ( 建構跨節點的動態控制機制與方法。第一個項目 是探討製造廠在滿載的狀態,工作投入與生產績 效之間的關係,並建構後設模式來代表工廠的生 產行為。探討生產行為模式的論文可分為三類: 解析模式、模擬模式、後設模式。解析模式的建 構以排隊理論為主,但是文獻上的成果只限於較 為簡單的系統。分析更為複雜系統的行為必須藉 助不易使用的模擬。後設模式(meta models)乃是 介於兩者之間的第三類模式。本計畫以生產函數 的後設模式為節點行為,從產出函數的觀點,建 構供應鏈的動態控制模式。第二個主題旨在連結 兩個生產單位的行為模式以構成一個系統。供應 鏈各節點的生產決策與狀態,在本計畫以動態控 制模式以及非線性規劃模式貫連。 v v v v v v 層 次 規劃層 執行層 資訊系統 子 計畫(一)以半導體供應鏈網絡中微晶 片公司與晶圓廠 (foundry fabs) 之互動關係為 問題研究之出發點,針對不同的資訊分享架構 與有差異的企業運籌能力,分析其可能對供應 鏈競合行為之影響。計畫計畫的三年目標為: (1) 建構在不同的資訊分享架構下,微晶片公司與 晶圓廠之賽局競合行為模型,並考量風險對供 應鏈績效之影響; (2) 研究微晶片公司與晶圓廠 業者,在不同的需求變動與各種程度資訊分享 情境下之行為模式,蒐集業界實際資料,並進 行數值模擬; (3) 以前兩年之所建立之模型與業 界實際資料為依據,設計競合行為賽局軟體, 並執行實驗,以探討不同的資訊分享架構對納 入風險考量對供應鏈績效之影響。 半導體產業在製程與產品研發以及產品需求 各方面有極高的不確定性 這些不確定性所引發 , 的動態事件對供應鏈的工作負載(workload)和產 能需求往往造成嚴重影響。例如,日月光公司的 中壢工廠 2005 年春季發生火災,燒毀多樓層的 廠房,封裝基板產能完全喪失,這個事件不僅立 即衝擊該公司的營運 對整個半導體產業也造成 , 深遠影響 半導體產業也經常發生產品研發進度 。 延誤、產品需求的突發性熱烈、製程研發延誤等 事件,對供應鏈產能需求與供給的均衡 (或不均 衡)造成更大波動。 供應鏈必須有一個生產規劃與控制的功能, 以控管整個供應鏈的生產活動,子計畫(二)之 研究目的是針對動態事件發展協同生產控的 機制與方法 (圖 2) 生產函數(production function) 。 泛指生產活動的產出與輸入之間的函數關係。在 生產製造領域,生產函數有更確切的意涵,生產 單位對所輸入的需求資訊,作出物料、產能、排 圖 2:供應鏈動態控制模式 供應鏈的在製品存貨分佈在各節點 (或稱 階段) ,層級存貨(echelon inventory) 則是一種 虛擬的存貨概念,如圖(3)所示,某個階段 的層級存貨包含由該階段到最終階段的所有 在製品(含成品)存貨。過去多數生產系統所 研究的最佳階段存貨策略主要是從階段存貨 觀點出發,只考慮單一階段的在製品存貨策略 的最佳化,但是在此情形下所決定在製品存貨 之最佳策略並非整體供應鏈在製品存貨的最 佳存貨策略。有鑑於層級存貨有別於階段存 貨,且可同時考慮多層級制訂整體最佳在製品 存貨策略的特性,子計畫(三)以監控在製品 存貨為目標,擬從層級存貨的觀點切入以整合 供應鏈存貨問題。層級既然是虛擬的概念,因 此可以有前推式與後推式兩種定義。 4 echelon 3 raw materials (stage 3) 本 計畫研究方向大致未變,第一 年主要有 echelon 2 (stage 2) echelon 1 (stage 1) 下列成果: finished product • 建構微晶片公司與晶圓廠基於風險考量之賽 局競合契約行為模型,並推導(1)契約行為成 圖 3:供應鏈階段與層級關係 生 產供應鏈網 路 有所謂配置控制點的問題 (圖 4) ,本子計畫將考量產能限制與生產週期 等因素,利用層級存貨量作為監控標的,決定控 制點,以達到服務水準為績效指標,建立一個供 應鏈多層級協同合作的監督控制機制。本子計畫 將分年逐步建構監督控制機制,第一年以先進資 訊(leading information)為考量,發展後推式與前 推式層級存貨整合機制,第二年將產能限制與變 動週期時間納入考量,第三年則將供應鏈由鏈狀 擴充為樹狀網路。 立之條件,與(2)各種競爭環境與未來期望資 訊對競合契約之可能影響。 • 釐清不確定性與風險之定義與關係(圖 5) 。 • 建構生產函數與供應鏈動態事件控制模式, 發表 「供應鏈動態控制」 期刊論文(Huang et al., [1])。 • 對 「具時窗限制的併批派工式排程優化問 題」 ,完成問題定義、建構數學規劃模式、規 劃三種遺傳演算模式、開發了遺傳演算的求 解雛型系統(圖 6) 。 : 控制點 晶 圓 製 造 晶 圓 針 測 裝 配 包 裝 最 終 測 試 圖 5: 不確定性與風險之定義與關係 圖 4: 供應鏈網路之控制點配置 生產網絡的節點有階層架構 晶圓廠本身即 , 為一個等候線網絡,晶圓製造、封裝、測試又構 成第二階層的網絡。網絡節點之間各種規劃排程 問題存在許多時間窗(time windows)的限制,供 應鏈節點間的物流也因為船期、假期等因素,也 經常有時間限制。子計畫(四)以具有時間窗限 制的協同規劃問題為研究對象,建立節點間的內 含時間限制條件的優化模式,以求得最佳投入與 產出規劃或者是控制策略。第一年著重在最內層 的機台群組或機台間的時間窗限制問題。第二年 則進行生產網路最佳路徑的抉擇模式探討。可以 理解地,單一階層生產網路上最佳路徑並非是兩 兩節點間的交遞效能都是最佳的。本研究打算運 用多目標規劃策略和啟發式求解技法,以尋求妥 協的最佳生產路徑。第三年將進行最上層生產網 路供應鏈路徑決策模式的建立。 四、結論與成果 5 [2] [1] Huang, Hsing-Yi, Yon-Chun Chou, and Sherman Chang, “A Dynamic System Model for Proactive Control of Dynamic Events in Full-Load States of Manufacturing Chains,” International Journal of Production Research, accepted for publication in May 2007. Lee, Hau L. and Seunguin Whang, 2001, “E-business and Supply Chain Integration,” SGSCMF-W2-2001, Stanford Global Supply Chain Management Forum. 圖 6: 併批派工雛型系統運作畫面截圖 文獻: ...
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