高世代TFT-LCD生产线的优化组线技术-

1、CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY ACHIEVEMENTS第22期2009年中国科技成果创新交流31摘 要:根据工业工程的基本原理提出了仿真分析高世代TFT-LCD 生产线经济规模、生产周期、运行效率等全局性指标的方法,给出了仿真结果和结论。1 引 言在CRT 时代,中国是彩电生产大国,全球市场占有率曾一度达到50%以上,但随着显示技术从CRT 向平板显示转变,我国彩电行业面临着多方面的压力和挑战,与拥有彩电、彩管、玻壳完整产业链的CRT 时代相比,国内平板电视产业链发展极不完备,其中最关键的就是缺乏高世代TFT-LCD 面板生产线。高世代线投资巨大,先例少,涉及的组线

2、技术复杂,境外技术封锁严密1。如果建设前不进行很好的规划设计则可能造成巨大的运行风险。这主要表现在以下几方面:随着世代增高为了减少流动资金积压要求尽可能少的在制品数量(WIP ,不借助动态仿真分析不可能确定工厂的平均生产周期(cycle time 和WIP ;自动化搬送系统(AMHS 地位突出,不借助物流分析软件就不能有效地分析其自动化搬送系统的运行性能;要求生产线的柔性高,一条生产线应能同时生产不同技术模式的面板(如同时能生产AFFS 和MVA 模式的面板,这就需要运用生产线布局优化软件来综合优化。在国家电子发展基金的支持下,中国电子工程设计院对高世代TFT 生产线的组线技术进行了深入的研究

3、23。以上这些组线技术关键问题中,生产线经济规模、生产周期和在制品数量合理确定是首先要考虑的问题。本文根据工业工程的基本原理提出了分析这些关键因素的方法。2 TFT-LCD 生产线经济规模分析高世代TFT-LCD 面板生产线投资巨大,工艺技术要求高,而且其市场波动剧烈,因而运作风险极高。投资人在做出最后的投资决策之前,必须对TFT-LCD 生产线的经济规模,即“TFT-LCD 生产线最经济、最合理的产能到底是多大”进行深入的分析,并对其中蕴涵的风险及其影响因素有深刻的了解后,才能做出正确的投资决策,并以此为指导来制定今后的扩产计划和生产运营策略。而作为工程投资咨询人员,则应充分利用所掌握的技术

4、和财务信息,全面地分析经济效益随生产规模的变化趋势,剖析在不同生产规模下影响经济效益的关键因素,为投资方提供科学、准确的量化分析结果,从而支持投资方做出正确的投资决策。评价某个规模是否经济的唯一标准是经济指标,但影响这一指标的因素除了来自经济方面外,还来自技术和管理方面。针对TFT-LCD 面板生产,影响其经济规模的一般因素应包括TFT-LCD 面板用户市场、工艺设备、原材料供应、厂房设施、人力资源和动力供应等6个方面。为了更准确、深入地分析工艺设备自身的参数以及其配置情况对于单位产品成本的影响,我们将采用模型分析的方法,分别在不同的设备价格、设备成品率(yield 以及设备可靠性(利用率下,

5、分析单位产品成本随产能变化的趋势,从而考察TFT-LCD 生产线经济规模受上述因素的影响程度。本文采用Factory Commander(以下简称FC 作为工厂成本模型的建模工具和分析平台。FC 为美国WWK 公司的仿真运算软件,其计算模型的建立借鉴了工业工程的思想,以COO 和ABC (作业成本法为理论基础,以产品的工艺流程为研究核心,以设备、原材料、文/申志超 王 立 李 强 杨光明 李 卫 (中国电子工程设计院,北京 100840高世代TFT-LCD 生产线的优化组线技术 人员、场地等资源的内在联系为逻辑框架,侧重于对工厂成本模型的建构和分析。具体方法是:首先在FC 中输入TFT-LCD

6、 工厂基础数据,包括工艺流程(工序时间、成品率等、单台工艺设备参数(产能、价格、可靠性、占用面积等、原材料参数(价格、消耗量等、厂房参数(单位面积建设成本、运行维护成本等、人力资源参数(各类人员需求、人工单价等,以建立一个TFT-LCD 工厂的基本成本模型。在此基础上由仿真系统分别计算在指定产能下的设备数量、所需生产面积、动力需求和原材料消耗;然后根据COO 成本分摊原则计算单件成品的生产成本(COO ;最后进行敏感性分析,计算在不同产能要求下的成本,从而得到单位成本随产能变化的曲线(基本工厂模型的。为了进一步考察设备参数对经济规模的影响,在基本模型的基础上,分别调整设备价格、成品率(Yiel

7、d 以及设备可靠性(利用率,再次进行单位产品成本对产能需求的敏感性分析,分别得到在最坏和最好情况下的产能-成本曲线,并将分析结果与基本模型的结果相比较,从而得到TFT-LCD 生产线的合理的经济规模。 在上述基本模型的基础上,采用敏感性分析方法来考察单位成本随产量增加的变动趋势。具体分析过程是:将最低产量设为基准产量的20%(即月投片18K,每次增加10%,直至基准产量的300%(即月投片270K,然后由仿真系统分别计算设备和厂房等资源需求,并测算出不同产量下的单位产品成本。敏感性分析的结果如图1所示。从分析结果看出,单位产品成本将随产量的增加总体上呈现出单边下降的趋势,但成本下降的趋势会逐渐

8、趋缓,明显符合“L ”型长期成本曲线。因此,TFT-LCD 的经济规模应为最小最理想的生产规模(MES ,亦即长期成本曲线下降开始平缓处所对应的生产规模,在图中应为90%,即月投片81K。以上仿真结论是针对6代线作出的,其它世代线的经济规模也能通过仿真来分析。利用同样的仿真手段还可以分析设备价格、设备利用率、和良品率等因素变化时对经济规模的影响。设备价格的影响相对直接一些,其变化将导致产品成本中设备折旧部分的变化;而设备可用率的变化则将影响单台设备生产能力的发挥,相当于单台设备的生产能力发生变化,当这种变化达到某种程度时,才会引起设备数量和设备总投资的变化,最后也将反映在设备折旧部分的变化,但

9、这种影响相对较弱。良品率对产品成本的影响主要体现在二个方面:一方面,由于废品的出现占用了一部分设备产能,提高了单位成本中的设备折旧;另一方面,废品也造成了原材料的浪费,因而平均到每件成品上的原材料也增加了。3 生产线基本参数的确定前面分析的生产线经济规模所涉及的产能是生产线的最大生产能力,其分析手段主要是静态仿真模拟。实际生产过程中由于设备故障、计划维修、返工、加工时间的不确定性等变动因素的影响生产线一般不能达到最大生产能力。合理的消除生产线不确定性的主要方法是合理确定生产线的在制品数量(WIP 和生产周期CT 。生产线的实际生产能力TH同WIP 和CT 的关系由里特定率4来描述,表示为(1式

10、:(1生产线的实际运行状况可以用排队论的模型来描述。根据里特定律并借助简单的M/M/1排队论模型可以推导生产线运行效率u 的关系式。(2 从式(2可以看出随着生产线生产效率的提高要求在制品的数量也要增加,这就要求增大生产线中的缓存的数量。当要求u 接近1时(达到最大生产能力,WIP 就会变的无穷大,这显然是实际生产过程中无法满足的。因此就要确定一个合理的运行效率使其满足组线需求的前提下,WIP 不会太大。现实世界中大多数的制造系统不能满足M/M/1排队模型的假设条件。加工时间很少满足指数分布。当工作站由加工时间并非服从指数分布的上游工站提供时,到达间隔也不大可能服从指数分布。此时必须转向G/G

11、/1队列。在此基础上有Kingman 方程等更复杂的表达式。图1 生产线合理经济规模的仿真(下转第36页 运输条件及现场环境条件,既可以节段运输安装,也可以采用单件运输、现场组拼,再安装就位的施工方法。钢管内混凝土灌注工艺分别提出了灌注的基本要求,规定了顶升灌注、高位抛落法灌注和人工灌注振捣的施工技术要求和适用条件。根据工程应用情况,提出了钢管内混凝土密实度检查的3种方法,即敲击法、超声波法和光纤检测法。1.16 安装精度要求根据钢管混凝土桥梁受力特点,结合误差理论分析研究成果,分别提出了钢管材料、钢管单元、钢管桁架构造尺寸、钢管混凝土组拼接头、钢管内混凝土密实程度(即容许脱空值及钢管焊接质量等检查精度要求。提出了有关钢管结构制造的报检内容,即设计变更文件及原材料代用证件、所有工艺试验报告、焊接检验报告、连接节点检查记录等及其相关设计文件和其他文件记录。2 实施效果本研究开发的钢管混凝土桥梁结构体系计