基于通用质量特性管理理念的半导体生产支持系统运行管理方法研究

顾琦　曹彧　王家好

摘 要：本文针对半导体行业产业升级面临的新形势、新趋势和新要求，围绕“一切满足生产需求”的核心目的，破除传统的固守观念，对生产支持系统管理模式进行创新变革，构建基于质量特性管理理念的生产支持系统“五性”管理新模式，为半导体制造企业生产支持系统管理提供了新的思路。

关键词：质量特性管理;半导体;生产支持

1 基于通用质量特性管理理念的半导体生产支持系统运行管理

半导体制造业作为目前制造业中资金投入最大、工艺最复杂的行业之一，其生产过程和制造工艺对生产环境的洁净度、封闭性以及生产的连续性均有着非常高的要求。半导体生产支持系统包括洁净净化、水处理、工艺排气、排风、空调、特殊气体及大宗气体供应、化学品配送、电力配送等多个子系统，专业性极强，任何一个子系统的异常变化，都会直接影响到整个生产线，造成在线产品全部报废和严重的设备故障。且由于半导体生产设备的特殊性，一旦停机，重新恢复生产需要的时间至少在一周以上，导致高昂的成本损失。完善生产支持系统管理水平，提高生产支持系统运行质量，已成为提升半导体制造企业经营质量的难点、痛点和当务之急。

本文针对半导体行业产业升级面临的新形势、新趋势和新要求，围绕“一切满足生产需求”的核心目的，破除传统的固守观念，对生产支持系统管理模式进行创新变革，构建基于质量特性管理理念的生产支持系统“五性”管理新模式：在参考武器装备通用质量特性的管理思路的基础上，按照“平稳运行、风险控制、动态管理、充分激励、全员参与、持续改进”的思路，应用过程方法，研究、分析和评估生产支持系统运行管理可靠性、維修性、保障性、测试性、安全性等五个“质量特性”，强化业务过程绩效测量与考核，形成动态的生产支持系统管理机制，达到以技术推动管理，以管理提升系统运营能力的目的。

2 基于通用质量特性管理理念的半导体生产支持系统运行管理方法

（1）以问题为导向，构建“五性”管理目标体系

可靠性、保障性、维修性、测试性、安全性和环境适应性等通用质量特性是对武器装备性能的定性定量要求、质量保证要求，其主要目的是通过增加武器装备通用质量特性的早期投入，提出并落实预防和改进措施，提高武器装备的质量水平。针对半导体生产支持系统运营异常频发、缺乏风险识别过程、应急处置响应缓慢、设备维保实效性不足、运行费用高昂、跨部门配合不通畅等问题，参考“六性”管理的思路，在构建生产支持系统管理体系时，运用过程方法，研究、分析和评估生产支持系统的“通用质量特性”，特别是围绕生产线对生产支持系统的工作项目要求、功能要求，提出保障生产支持系统运行系统总体性能和可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性等五方面的的标准要求，使其能够适应半导体生产线产品化、工程化、产业化的发展目标以及以提升经营绩效为目标的全价值链体系化精益管理要求。

可靠性：系统的可靠性是指系统在运行过程中尽量不出故障、少出故障的一种特性，是系统运行质量的时间指标。可靠性管理以“两提高、两降低”为实施目标，即提高系统完好性，提高运行稳定性，降低保障资源要求，降低寿命周期费用。可靠性管理以可靠度R（t）、平均故障前时间、平均故障间隔时间、故障率（λ）等定量指标管理为主，也包括对系统运行、维护及其他方面提出的其它要求。

维修性：维修性是指在规定的条件下和规定的时间内进行维修时，保持或恢复到系统规定状态的能力。维修性的量化要求包括平均预防性维修时间、维修停机时间率、平均修复时间 、维修工时率、恢复功能用的任务时间等。

保障性：保障性是指系统性能和保障资源能满足系统完好性要求的能力。保障性的定量要求包括保障设备利用率、可用度、保障设备满足率、备件满足率等，定性要求主要围绕保障资源的提供，在人员、备件、保障设备技术资料、保障培训等方面的具体要求。

测试性：测试性是指系统能及时准确地确定其状态并隔离其内部故障的特性。测试性主要为定量指标，包括故障检测率、定量指标，故障隔离率和虚警率。

安全性：安全性是指系统不导致人员伤亡、危害健康或者不给设备或财产造成破坏或损失的能力。安全性主要为定性指标，包括风险识别与评价、建立管控措施、安全性培训等具体工作要求。

（2）建立管理流程，开展“五性”指标体系分析论证

应用过程方法理论，按照过程识别-过程分析-过程控制-过程改进的形式，建立“五性”管理的基本工作流程，明确了“需求梳理-功能分析-影响系统完好性及费用要素分析-综合指标论证-形成定量、定性需求-形成使用方案-形成保障方案”的具体工作程序。通过对生产支持系统各分子系统全面的策划分析和论证，定义可靠度、可用度、故障概率、故障率、平均故障前时间、平均故障间隔时间、平均修复时间 、平均预防性维修时间、虚警率、维修停机时间率、故障检测率等性能指标，最终形成系统使用方案与保障方案，确保系统稳定运行。

3 以“五性”管理聚焦团队目标，组建专业保障团队

（1）梳理工作流程，加强过程控制，优化调整运行维护团队

以原有运行团队架构为基础，组建由运行部门、系统管理者和生产部门共同参与的运行维护团队。对 OP（运行维护）值班人员的工作职责，工作纪律，工作内容进行明确的规范，细化值班、运行维护、交接班的各项管理要求，提高运行维护质量。

过程控制是整个生产支持系统有效运行的关键。在运行中充分发挥生产支持系统信息化系统的作用，强调全过程监控、全系统参与，导入 SPC 控制理论对功能系统运行状况进行实时监控，采用科学方法来保证全过程的预防。通过对 CPK 参数的分析，量化运行控制指标，通过控制图形对 CPK 进行监控。

（2）加强过程风险识别与控制，组建风险应对团队

组建专业技术团队，应用风险管理理论，按照风险辨识-风险评估-风险分析-风险控制的基本原则，研究系统运行的各个阶段可能出现的各种风险，提出出防范风险的措施。通过潜在失效模式与效应分析（FMEA）及故障树分析（FTA）工具的应用，对系统日常运行和设备维护作前瞻性分析，识别系统运行的各个阶段可能出现的各种风险并有侧重点地管理好风险，降低风险损失。

针对日常运行管理进行FMEA分析：按照梳理操作流程-开展过程FMEA-编制控制程序-编制作业指导书-过程验证-持续改进的工作流程，识别系统运行过程中潜在的失效及后果，找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施，并通过作业指导书、设备规程等固化成果，确保有效执行。

针对设备管理进行FTA分析：利用FTA工具，由系统可能发生的故障（顶事件）开始，往下分析直接原因（中间事件），依次往下直到找出全部基本原因（底事件）。以顶事件为“根”，中间事件为“节”，底事件为“叶”，形成反应故障因果关系的树状结构图，做为制定系统的使用、及维修程序提供技术依据。

实行紧急反应制度，明确事故紧急应变处置程序，根据事故的影响范围和危害性，由OP团队组织对运行风险进行快速反应。

（3）强化技术支持与服务，组建设备维护团队

设备作为生产支持系统的组成单位，是整个生产支持系统功能性和可靠性的物质基础，也是发挥生产运作支持作用的前提。保证硬件系统的完备性、可靠性和控制精确性，是厂务正常功能的前提條件。

组建由系统维护部门、系统管理者和系统供应商共同参与的 TPM 团队，按照功能系统划分为机械，电气，化学三个小组，以“零故障，零缺陷，零事故”为工作目标，保证所管辖系统设备功能的完好性，能够随时投入运行。主要工作内容包括编制标准管理程序文件;提供设备专业技术支持;制定工作计划并实施;建立设备管理标准流程、制定管理制度办法等。

（4）立足精益思想，组建持续改进团队（CIP）

以“提高质量和效率、减少浪费和消耗、优化流程和服务”为工作目标，结合生产支持系统各班组工作职责、岗位特性和业务内容，在业务相近、专业相关的人员中，组建持续改进团队，开展集体性自主改善活动，提高管理水平。

改善活动围绕“三高、三优、三低、一准确”，即 “高品质、高效率、高效益”、“优化工艺、优化流程、优化环境”、“降低成本、降低消耗、降低管理浪费”、“班组信息管理准确”的原则，按照研讨分析-确定立项项目-制定改善方案-提出计划-专家组评审-确立立项-组织项目实施-形成改善成果-验收评价-进行成果发布-交流共享的工作程序开展改善工作。过程中强调运用“三查一分析”方法，查找工作流程、作业环节、管理环节是否精益，从中找出降低成本、提高效率的可改善点，进行原因分析，并运用科学的管理工具，例如“鱼骨图”、SWOT、PDCA方法等，提出改进措施。

（5）组建绩效评估团队（PE），双向分解能源消耗管控目标

按系统和关重设备横向分解：所谓横向分解就是针对系统和关重设备。就半导体制造业的特点来说，由于半导体生产线的设备需要连续运行来维持稳定，能源消耗主要由设备运行产生。横向分解就是针对不同型号的设备基于历史数据分别设定相应的控制目标。

按管理结构纵向分解：所谓纵向分解就是针对企业管理结构的不同等级设定目标，如部门、生产线、班组等，分解的实质就是将横向目标落实责任。主要围绕水、电、气等能源消耗，针对各生产线不同特点设定消耗定额标准，以各工序班组的具体情况设定实际消耗的控制目标。

按照双向能源消耗目标分解的原则，组建专业绩效评估团队，核算各单元能源消耗管控目标，完成情况作为班组、生产线与部门的完成情况作为对应层级管理人员以及部门绩效考核的重要依据。

结论

随着半导体制造平台信息化和自动化技术的飞速发展，半导体制造企业生产支持系统的管理水平已经成为制约企业发展的重要因素。针对半导体制造企业生产支持系统稳定性不足、管理水平偏低的问题，构建基于通用质量特性管理理念的半导体生产支持系统运行管理新模式，在降低运行成本、提升生产效率以及提高产品质量和公司竞争力等方面具有十分重要的意义。

参考文献

[1]刘午，I公司基于产能优化的设备调试及维护方法[D]，上海交通大学，2012。

[2]陈霖新等，洁净厂房的设计与施工[M]，化学工业出版社，2003年。

[3]彭志国、刘琳，企业内部控制与全面风险管理[M]，中国时代经济出版社，2010 年。