精妙的权衡：周期延长换取成本降低
制造商为降低成本而做出的选择，反而导致了更长的生产周期。
作者：詹妮弗·罗宾逊
大多数晶圆厂的目标是实现低且可预测的周期时间。虽然工厂内部存在某些结构性条件（如产品组合复杂、流程重复性、时间限制）使得该目标难以达成，但工厂团队的某些决策也会推高周期时间。根据我的经验，晶圆厂通常会为三件事牺牲更优的周期时间：降低成本/提高收益、提升良率，以及我们称之为现状（即对变革的抵触）。
本文将探讨其中第一类因素：晶圆厂为降低成本或增加收益而做出的决策，这些决策导致了更长的生产周期。关于良率和现状的决策将在后续文章中讨论。相信在晶圆厂工作过的读者们会有补充建议，欢迎随时联系我分享见解。
晶圆厂为降低成本和/或增加收入而采取的七项措施，可能对周期时间产生反效果
以下列举七个晶圆厂为降低成本所做的选择，这些选择可能对生产周期产生不利影响。我们将探讨每种选择可能带来的后果，并提出减轻这些影响的建议。
当然，并非所有晶圆厂都会做这些事情。但我认为大多数读者至少会对其中几项感到熟悉。这些都是我多年来从晶圆厂从业者那里听到的行为。
1. 消除缓冲产能：为削减成本，管理层要求尽可能多地消除备用时间，或指示产能规划人员为各类设备制定100%利用率计划。
- 可能结果：设备利用率提高将导致该设备处理的批次周期时间延长。更多详情请参阅晶圆厂周期时间三大基本驱动因素（第6.05期或22.04期）、《解决周期时间与利用率冲突》（第7.06期）或我们关于此主题的网络研讨会（滚动至页面底部）。当设备长期被推向接近100%的利用率时，周期时间和在制品库存可能累积至不可持续的水平。
- 您可采取的行动：分享上述资源，帮助管理团队理解产能缓冲区如何防止周期时间失控。若通用文章未能充分说明，可提取高利用率工具的单次访问周期时间数据，展示其排队时间相对于低利用率工具的显著差异。关键工具的趋势图能清晰呈现周期时间随利用率上升而短期的增长趋势。
- 例如，下图展示了FabTime演示服务器的E10工具状态数据，按工具组分类，并根据待机无在制品时间（浅灰色柱状图）降序排列。请注意灰色标记线所示的在制品（根据利特尔定律，其与周期时间相关）。在制品在待机时间有限的工具组中最高，而在其他工具组中则显著降低——这些工具组均拥有更充裕的待机时间缓冲。
- 您还可以通过缩短待工件等待时间、提高设备运行时间以及更高效地安排工程时间来延长工具的待机时间缓冲。更多详情请参阅驱动周期时间的功能利用率新指标（第25.05期）。
2. 软闲置工具： 为降低淡季期间的可变成本（电力、耗材、维护），管理层要求团队对特定工具实施“软闲置”策略，从而提升剩余工具的利用率。通常这些设备会被置于非计划状态（尽管对此存在争议），必要时可经资格认证后重新激活。
- 可能结果：除了更高利用率（见上文）对剩余工具的影响外，闲置工具还会导致工具组规模缩小。当此类情况导致合格工具组少于三个（尤其仅剩一个合格工具时），预计每次工装更换的周期时间将比正常情况增加25-100%。参见管理单件专用工具（第23.05期）或工具合格性对周期时间的影响（第20.05期）。
- 下图显示了不同冗余级别的工具组每次访问的估计周期时间（所有情况均采用90%利用率和中等变异性）。将10台工具中的1台软闲置至9台不会产生显著影响，但将2台工具中的1台软闲置至1台将使每次访问的周期时间翻倍。
- 可采取的措施： 针对因"软闲置"导致的独特工具或工具组（其待机时间极短）进行调整。尽可能确保软闲置工具完成主要预防性维护，以便当剩余工具出现问题时，能相对快速地将其重新投入使用。
3. 运行过多紧急批次：为满足关键客户需求，在整体周期时间较长的情况下，生产控制团队要求不断增加紧急批次数量。这种行为往往更侧重于增加收入而非降低成本。
- 可能结果： 高效批次（尤其是人工搬运批次）的更高变异性可能推高平均周期时间，导致需要更多高效批次来满足客户需求。由此将形成恶性循环。
- 您可采取的行动： 通过测量热批次对常规批次周期时间的影响来施加压力，并（若陷入恶性循环）展示这种影响如何持续加剧。详见第25.01期中描述的量化指标（现已集成于FabTime报告模块）。另可查阅《周期时间与热批次：更新版》（第19.03期），PDF版本存于FabTime通讯档案库。
4. 减少备件和维修合同： 为降低成本，设备工程部门削减备件采购，让维修合同到期失效，并/或缩减内部维护技术人员数量。
- 可能结果：在等待备件或外部维修技师期间，将出现更长的非计划停机时间。当内部维护技师忙于其他任务时，也可能产生类似延误。更长的停机时间——尤其对独一无二的工具而言——众所周知会导致更长的周期时间。更多详情请参阅通过追踪关键设备可靠性指标提升制造周期效率（第25.04期）。
- 您可采取的措施：通过详细子状态（如INFICON的增强型工具性能状态）追踪非计划停机时间，重点排查等待备件或维修技师所耗费的时间。观察这些情况与单次访问周期时间过长的关联点。提示：此现象在独一无二的设备上最为明显。可通过分析小型设备组中最严重的非计划停机案例来指导潜在改进方案。这可能属于关键设备持续运行带来的经济效益远超维护成本节约的典型场景，但需收集充分数据予以佐证。
- 例如，下图展示了一组照片工具中持续超过8小时的绿色到绿色实例。中蓝色表示"等待部件"，红色表示"等待技术人员"。若这些等待状态对应相关工具的周期时间过长，则可能需要进行调整。在此示例（来自我们的演示服务器）中，1x步进器具备额外冗余，因此延迟问题可能并不关键。
5. 维持不足的操作员数量： 为控制成本，生产团队要么未能对操作员进行交叉培训，要么未招聘足够的操作员，导致（尤其当有人病假时）操作员最终成为晶圆厂关键设备的制约因素。
- 可能结果：由于操作员无法同时身处多地，即便是瓶颈设备也可能处于待命-在制品-等待状态。这种无效产能导致工厂吞吐量降低和/或周期时间延长。此外（针对人工操作的工厂），由于操作员工作超负荷，他们可能等待推车装满后才在工序间转移批次。这会增加下游工序的到货波动性，进一步延长周期时间。
- 可采取的措施：收集工具组数据，重点关注待机-在制品-等待时间导致单次访问周期时间延长或吞吐量损失的情况。尽可能重新分配操作员或推荐交叉培训。若满载推车导致的到货波动成为问题，可考虑一次性投资采购小型推车，或制定政策限制单次装载批次数量。下文展示了某工具组因高待机-在制品-等待时间导致单次访问周期时间增高的实例。更多详情请参阅驱动周期时间的功能利用率新指标（第25.05期）。
6. 在负载较轻的设备上运行满批次： 为降低耗材成本，生产管理部门要求操作员在所有批量设备上运行（接近）满批次，包括负载较轻的设备。
- 可能结果： 对于负载不重的工具，当多个工件等待组成批次时，每次访问的平均队列时间可能显著增加，如下图左侧所示。批量工具下游的到货波动性也会增加，导致周期时间问题在工厂内扩散。详见《晶圆厂批量加载策略》（第9.03期）或《工厂周期时间优化的10项建议》（第22.02期）中的第四条。
- 可采取的措施： 当耗材成本构成显著因素时（例如金工艺），可能需要运行完整批次。此时最佳做法是启动可分组批量的生产批次，并在整个工艺流程中尽可能保持批次完整性。然而晶圆厂需注意：在设备利用率较低的环境下运行满批次会显著延长生产周期。在条件允许时，应采用"贪婪策略"调度负载最轻的设备——即只要存在待处理批次就立即启动设备。另一种方案是尝试缩减所需批次规模并观察效果。这种情况下，减少批次数量带来的成本节约可能无法抵消周期延长造成的损失。
7. 推迟投资以提升晶圆厂智能化水平：为控制成本，晶圆厂管理层抵制可能提升厂区智能化的软件投资。这可能表现为：既未部署正式的制造执行系统（MES），又采用人工（或电子表格）方式进行排程、调度和启动规划。该厂区很可能依赖生产人员的经验来做出决策。
- 可能结果：随着时间推移，该工厂可能落后于竞争对手。随着关键人员退休或离职，知识传承将变得困难。客户可能因无法清晰了解预期发货日期而感到不满。工业工程师可能耗费时间手动记录工厂事件，而非分析数据并提出改进建议。
- 可采取的措施：具体选择自然取决于您的起点。某些转型节点（如引入制造执行系统）属于重大跨越，需要投入大量时间和资金。但在多数情况下，您可采取更小幅度的改进措施。例如增设传感器或FabGuard®系统实现数据自动采集。即使尚未准备好实施全厂排程，您仍可优化调度系统。为工厂建立数字孪生模型，能以结构化、可访问的方式存储数据，从而开启更多可能性。无论您处于何种阶段，INFICON团队都乐意与您探讨各种方案，助您的工厂实现智能升级——无论是小幅优化还是全面革新。
- 下图展示了SEMI智能制造路线图。无论您的晶圆厂处于金字塔的哪个层级，向上升级并增加更多集成化、自主化解决方案都将带来显著效益。
结论
我们每天都面临取舍抉择。在晶圆厂中，最关键的权衡往往在于周期时间与成本之间（尤其在市场不确定时期）。我们既追求理想的周期时间，又希望提升吞吐量，以最大化昂贵资本投资的回报。我们追求优异的周期时间，同时又希望降低变动成本——包括人工、耗材和备件。理解这些决策的成本维度较为直观，而周期时间维度的考量则更为复杂。
本文探讨了这些成本驱动型决策对周期时间的影响，并提出了减轻这些影响的方法。在某些情况下，我们建议利用数据更准确地量化权衡关系。毕竟，最终目标是优化企业的整体绩效，在成本与周期时间之间取得平衡。
订阅者结束问题
贵厂是否存在上述任何情况？对于这些选择对周期时间造成的负面影响，您还有其他缓解建议吗？您认为还应在清单中补充哪些内容？接下来两期我们应讨论哪些议题（关于良率的选择或缺失，以及现状）？您的回复将严格保密——姓名及公司名称不会公开披露。
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另见：
