artikel

Planningsregels sturen productie Philips Semiconductors

Supply chain

Wafers ondergaan gemiddeld vijfhonderd bewerkingen en volgen verschillende routings door de fabriek. De complexiteit is vergelijkbaar met het stadsverkeer. ‘Het is ondoenlijk om dit vanuit een centraal plan te coordineren.

Artikel oorspronkelijk gepubliceerd in IT Logistiek op 1 maart 2002.

Het is vrijdagmiddag half een als ik in m’n auto stap. Het is erg rustig in Nijmegen, maar desalniettemin moet ik op ieder kruispunt erg lang voor het rode stoplicht wachten. Uit de zijstraten komt slechts af en toe een auto gereden. Zonder al die stoplichten was ik veel sneller de stad uit geweest, maar regels zijn nu eenmaal regels.

       

Miljard euro

Ik ben op weg naar het fabriekencomplex van Philips Semiconductors, slechts vijf minuten rijden vanaf het centrum van de stad. Ik heb hier een afspraak met Frans Brouwers, sectiehoofd Manufacturing Control bij Mos4you, één van de vijf fabrieken op het Nijmeegse Philips-terrein. Hij geeft me een kleine rondleiding door het immense gebouw, trekt twee bekertjes koffie uit de automaat en steekt van wal: ‘Onze sectie heeft als taak om de machines in de fabriek zo vol mogelijk te plannen, en tegelijkertijd de doorlooptijd zo kort mogelijk te houden.’

   

De Mos4you-fabriek die Philips Semiconductors zes jaar geleden in Nijmegen heeft gebouwd is goed voor een investering van een kleine miljard euro. Brouwers: ‘We moeten jaarlijks een half miljard euro aan omzet draaien, anders zijn we niet meer rendabel. Dit betekent dat er volcontinu, 7 keer 24 uur, moeten worden doorgewerkt.’

In de productieruimtes van het complex staan vierhonderd machines die tussen de een en tien miljoen euro kosten. Op de vraag hoe zijn afdeling het voor elkaar krijgt om die zo min mogelijk stil te laten staan, antwoordt hij: ‘gewoon de fabriek bomvol met orders zetten’. Hij grijnst erbij omdat hij als geen ander weet hoe buitengewoon complex de logistieke coördinatie op de fabrieksvloer in werkelijkheid is. Dit heeft met de layout van het productieproces te maken.

             

Philips Nijmegen maakt Integrated Circuits (IC’s), ook wel halfgeleiders of chips genaamd. Zelf spreken ze liever over wafers, ronde silicium plakkaten ter grootte van een ontbijtbord, die kunnen worden opgezaagd tot honderden of duizenden halfgeleiders. Zo’n wafer ondergaat gemiddeld vijfhonderd bewerkingen, verdeeld over verschillende bewerkingsplekken in de fabriek. Op bepaalde machines komt een lot (standaard productdrager met 25 wafers) bovendien diverse keren terug zodat een flow-opstelling, zoals je die in de automotive wel ziet, hier niet rendabel zou zijn. Door de wisselende routings is Philips gedwongen om een jobshop- achtige situatie aan te houden waarin soortgelijke machines in groepjes bij elkaar staan gepositioneerd.

Wil een ‘bomvolle fabriek’ zeggen dat er zoveel mogelijk productieorders tegelijkertijd moeten worden vrijgeven?, vraag ik Brouwers. Nee, benadrukt hij. ‘Dat zou de doorlooptijd van een individuele order onacceptabel hoog en bovendien erg onvoorspelbaar maken. Met bomvol bedoel ik dat je het zo moet organiseren dat een machine nooit stil komt te staan, terwijl er tegelijkertijd een korte en voorspelbare doorlooptijd gegarandeerd kan worden.’

            

Nijmeegs stadsverkeer

In grote lijnen kent de productie van halfgeleiders twee planningsniveaus. Op het hoogste niveau worden op lange termijn vraag en aanbod van capaciteit op elkaar afgestemd. Er worden met klanten afspraken gemaakt over de hoeveelheid die zij komende anderhalf jaar gaan afnemen. Op basis daarvan wordt de benodigde capaciteit ‘wederzijds’ vastgelegd. Dit kan er bijvoorbeeld toe leiden dat er in een fabriek – wereldwijd heeft Philips Semiconductors tien soortgelijke productievestigingen als in Nijmegen – extra machines moeten worden aangeschaft. Voor dit planningsniveau wordt momenteel software van Adexa geïmplementeerd. Momenteel gebruikt Philips Semiconductors nog een combinatie van diverse ingekochte dan wel zelf gebouwde systemen.

     

Op het tweede planningsniveau gaat het om concrete orders. Brouwers: ‘Binnen de randvoorwaarden die op een hoger niveau zijn vastgesteld moeten wij in staat zijn om deze orders binnen de geldende levertijden uit te leveren.’ Met de vraag hoe hij dit voor elkaar krijgt, komt hij volgens eigen zeggen op een cruciaal punt. ‘Hierover zijn de kampen verdeeld. Het ene kamp zegt dat je om de machines optimaal te benutten het productieproces tot in detail moet doorrekenen en inplannen. Het andere kamp, en daar hoor ik bij, gelooft meer in sequencing.’

    

Om zijn standpunt te verduidelijken, maakt Brouwers een vergelijking tussen de fabrieksvloer en het Nijmeegse stadsverkeer waar ik net doorheen ben gekomen. ‘Het is ondoenlijk om dit vanuit een centraal plan te coördineren. Dan zou je voor iedere auto precies in de tijd moeten gaan plannen hoe hij de stad door moet. Dat is onmogelijk. Immers: er is altijd wel iets aan de hand, er gebeurt ergens een ongeluk en het hele plan is meteen waardeloos. Hetzelfde zou zich bij ons in de productie voordoen. Met vierhonderd machines die volcontinu draaien is er altijd wel ergens een storing of incident. Een detailplan van de productie zou al achterhaald zijn, zodra dit is uitgerekend. Daarnaast kun je niet de complete werkelijkheid modelleren. Zo kun je bijvoorbeeld niet programmeren dat een engineer over een kwartier een proef wil komen doen op een apparaat. Een operator aan de machine weet dat en verwerkt nog snel een kleine productiepartij. Een planningspakket kan zoiets niet voorzien. Productieplanning is bij ons dan ook in eerste instantie bedoeld om een globaal inzicht te krijgen; het inschatten van de gemiddelde verkeersstromen in de stad. Productiebesturing vervolgens is dan vooral het ‘om de problemen heen organiseren’, en dat vergt een andere benadering.’

        

Slimme volgorde

Als alternatief voor een detailplan werkt de sectie van Brouwers met prioriteitsregels. Om de vergelijking met het verkeer door te trekken; dit zijn de voorrangsregels die gelden voor een order die in de wachtrij staat voor een bewerking. Die voorrangsregels zijn bepaald op grond van het globale inzicht in het stratenplan, de gemiddelde verkeersstromen en de actuele toestand op de weg. Door een machineoperator telkens de ‘juiste’ werkorder te laten kiezen, wordt bewerkstelligd dat orders de fabriek weer op tijd kunnen verlaten. Wat in een bepaald geval dan de ‘juiste werkorder’ is, daarin zit ’m nu de essentie van wat Brouwers en zijn collega’s bij Philips doen.

       

De prioriteitsregels bij Philips gaan veel verder dan de klassieke regels die door de Operations Research zijn ontwikkeld. Op zijn laptop laat Brouwers me een beslissingsboom zien, waaruit blijkt hoe complex ze kunnen worden. ‘De prioriteit van een werkorder voor een bepaalde machine is uiteraard afhankelijk van de met de klant afgesproken levertijd, maar ook van diverse andere factoren’, legt hij uit. ‘Bijvoorbeeld de situatie bij de andere machines: een werkorder die na de huidige bewerking naar een machine toe moet die op dit moment niets te doen heeft, zal in het kader van capaciteitsbenutting een hoge prioriteit krijgen.’

         

Andere regels hebben betrekking op kwaliteit. Brouwers: ‘Het is op sommige machines slim om een bepaalde volgorde van producten te hanteren. Het ene product vervuilt de machine, het andere product maakt de machine weer schoon. Ook de toestand van de apparatuur wordt in de regels meegenomen. Zo zijn er machines die in de loop van de tijd, tussen twee onderhoudsbeurten, steeds minder soorten producten kunnen maken. Een goede verdeling van de producten over de machines verhoogt dan de capaci- teit.’

Het toepassen van de speciaal voor Philips ontwikkelde prioriteitsregels vindt plaats in het sequence-pakket APF van leverancier Brooks. Op iedere bewerkingsplek kunnen operators dit programma op hun scherm benaderen om te kunnen zien welke werkorder ze uit de wachtrij moeten nemen. ‘Dit systeem wordt online gevoed met informatie uit ons MES. Ook krijgt de sequencer informatie over de betreffende order en over planningsvoorwaarden die op een hoger niveau zijn vastgesteld’, vertelt Brouwer.

        

Wezenlijke investeringen

Bij de aanschaf van het sequence-pakket vier jaar geleden, waren twee factoren doorslaggevend: de verwerkingssnelheid en de flexibiliteit om zelf prioriteitsregels te kunnen inbouwen. Brouwers: ‘Per dag doen zich tienduizend lotbewegingen voor. Er was eigenlijk maar één pakket dat online zoveel events kon verwerken. Bovendien gaan veel pakketten uit van standaard prioriteitsregels en die waren voor ons, zoals gezegd, niet bruikbaar.’

         

De aanschaf en implementatie van het pakket heeft Philips een half tot een miljoen euro gekost. ‘Dit zijn hele wezenlijke investeringen voor ons. Want stel dat we met een betere besturing op de werkvloer een extra output realiseren van één procent, dan pakken we daarmee gelijk vijf miljoen per jaar aan extra omzet.’

        

Volgens Brouwers is een sequencer zoals Philips die gebruikt slechts in hele specifieke gevallen toepasbaar. ‘Het klinkt misschien raar, maar ik zou andere bedrijven willen ontraden om ook zo’n duur systeem te kopen. Bij ons is één tot twee man continu bezig met onderhouden, controleren en uitbreiden van de sequence-regels. De onderhoudskosten die dit met zich mee brengt, plus de aanschaf, maken het een dure aangelegenheid die slechts bij een paar specifieke bedrijven rendabel zal zijn.’

         

Heetgebakerde types

Het is vier uur als Frans Brouwers zijn verhaal heeft gedaan. Ik neem afscheid en als ik het terrein van Philips Nijmegen weer verlaat, is de spits in de stad inmiddels op gang gekomen. Mensen in auto’s die snel optrekken en opeens weer op de rem trappen, heetgebakerde types die claxonneren omdat ze vinden dat hun voorganger nog makkelijk door oranje had gekund. Ondanks de drukte op het kruispunt ben ik er even later toch nog redelijk snel doorheen.

        

Kaders bij artikel:

CIJFERS OVER DE LOGISTIEKE COMPLEXITEIT BIJ PHILIPS SEMICONDUCTORS

• fabriek bestaat uit 400 machines in 70 soorten

• lot met wafers ondergaat gemiddeld 500 bewerkingen

• doorlooptijd is gemiddeld 45 dagen

• onderhanden werk bedraagt 600 tot 1.000 lots

• 1000 verschillende producten

• 100 verschillende routings

• iedere dag 10.000 lotbewegingen

• een lot bestaat uit 25 wafers

      

WAT ZIJN PRIORITEITSREGELS?

Situatie: voor een bepaalde machine bevindt zich een wachtrij van werkorders.

Vraag: welke order moet de operator als eerste in bewerking nemen?

In de bedrijfskunde zijn in de loop der tijd allerlei regels ontwikkeld die deze vraag beantwoorden. De meest eenvoudige is FIFO (first in, first out), waarbij de operator telkens de order pakt die het langst in de wachtrij staat. Het nadeel is dat hiermee geen rekening wordt gehouden met individuele levertijden, zodat spoedorders geen voorrang krijgen. Voor de leverbetrouwbaarheid is het dan ook beter om rekening te houden met de levertijd, de verwachte bewerkingstijd en de toestand bij de volgende machine. Het heeft immers weinig zin om voorrang te geven aan een order die vervolgens elders weer moet wachten.

          

Welke order kiezen?

Prioriteitsregel: Resultaat

Willekeurig: lange en onvoorspelbare doorlooptijd

Eerste in de wachtrij: lange en onvoorspelbare doorlooptijd

Kortste bewerkingstijd bij huidige bewerking: lagere gemiddelde doorlooptijd op huidige werkplek

Kortste wachtrij bij volgende bewerking: hogere bezettingsgraad op machines

Grootste resterende bewerkingstijd: lagere gemiddelde doorlooptijd door fabriek

Vroegste leverdatum: hogere leverbetrouwbaarheid

Minste speling op leverdatum: hogere leverbetrouwbaarheid

           

SEQUENCE-SOFTWARE IS NICHE-MARKT

Software voor het toepassen van voorrangsregels bij individuele machines is het werk van niche-spelers. Het pakket APF van leverancier Brooks dat bij Philips Nijmegen draait wordt wereldwijd slechts door een beperkt aantal producenten, in de halfgeleiderindustrie, gebruikt. Wat vaker voorkomt is dat prioriteitsregels zijn geïntegreerd in schedulingssoftware, waarmee bedrijven centralistischer de productie tegen eindige capaciteit kunnen plannen. Leverancier van zo’n pakket in Nederland is bijvoorbeeld Logiplan. Oprichter Peter van der Lee legt uit: ‘Voor het bepalen van een optimaal plan simuleert de software het werkuitgifteproces in de fabriek, waarbij de werkuitgifte per machine op basis van een prioriteitsregel wordt bepaald.’ De regel die Van der Lee hierbij noemt, staat bekend als de critical ratio-regel (tijdsperiode tot leverdatum gedeeld door resterende bewerkingstijd). Het resultaat van een planning in Logipro (het planningspakket van Logiplan) is dus een totaalplan voor de productie, geldig totdat er nieuwe planning wordt gemaakt. Dit laatste is een essentieel verschil met de sequencer van Brooks, die per machine voor elk beslissingsmoment realtime de beste productievolgorde bepaalt, rekening houdend met de actuele situatie in de fabriek.

Brooks levert naast APF ook allerlei andere software zoals Manufacturing Execution Systemen (MES). Brooks heeft een vestiging in het Belgische Gent, tel.: (+32 ) 9 265 70 50, www.brooks.com.

Reageer op dit artikel