사이클 시간을 좌우하는 기능 활용도에 대한 새로운 지표

그러나 이러한 제조 가동률 정의가 대기 시간이 사이클 시간에 미치는 영향을 포착하기에 항상 충분하지는 않다고 생각합니다. 이 글에서는 WIP 대기가 없을 때의 대기 시간(사이클 타임에 도움이 되는)과 WIP 대기가 있을 때의 대기 시간(사이클 타임에 해로운)을 구분하는 추가적인 사용률 지표를 제안합니다. 이 새로운 메트릭을 기능적 사용률이라고 부릅니다.

과거에는 FabTime 과 FPS 디지털 트윈에 각각 다른 SEMI E10 정의 시간 버킷 대비 생산 시간 비율을 기준으로 한 다양한 툴 활용도 정의가 포함되어 있었습니다. SEMI E10은 장비 신뢰성, 가용성, 유지보수성(RAM) 및 사용률의 정의 및 측정을 위한 SEMI 표준 사양으로, SEMI 웹 사이트에서 구매할 수 있습니다. SEMI에서 지정한 E10 도구 상태 및 시간 버킷은 아래와 같습니다. 해당 사용률 정의는 다음과 같습니다:

• 총 가동률 % = 생산 시간/총 시간
• 운영 가동률 % = 생산 시간 / 운영 시간
• 장비 가동률 % = 생산 시간 / 장비 가동 시간
• 제조 가동률 % = 생산 시간 / 제조 시간

총 가동률과 운영 가동률은 위와 같이 E10에서 정의됩니다. 장비 가동률과 제조 가동률은 E10에 특별히 정의되어 있지는 않지만, E10과 일치하며 업계에서 널리 사용되고 있습니다. 또한 FabTime은 오랫동안 WIP 대기 여부에 따라 E10 대기 상태를 두 가지 하위 상태로 분류하는 다섯 번째 사용률 정의를 사용해 왔습니다:

• WIP 활용률 % = 생산 시간 / (생산 시간 + 대기-WIP 대기 시간)

이전에는 FabTime에서 제조 활용도를 단순히 활용률이라고 불렀으며, 앞으로는 이에 따라 활용률 메트릭의 이름을 변경할 예정입니다. FabTime에서 제조 활용률이라는 정의를 사용하는 이유는 이것이 사이클 시간을 좌우하는 활용률이라고 항상 믿어왔기 때문입니다.

어떤 장비를 장기적으로 제조에 사용할 수 있는 100%의 시간 동안 실행하려고 하면 결국 문제가 발생하게 됩니다. 이는 가변성 때문입니다. 어느 순간에는 단 몇 분이라도 장비를 계속 가동할 수 없는 상황이 발생할 수밖에 없습니다. 교대 근무 중에 장비를 로드할 작업자가 없습니다. 업스트림 다운타임이 길어져 장비가 고갈되었습니다. 장비를 수동으로 운반하기 위해 장비를 유휴 상태로 두었습니다. 등등. 제조 시간을 100% 가동률로 가동하려다가 변동성으로 인해 몇 분의 손실을 입으면 이를 만회할 수 없습니다. 즉, 해당 도구의 대기열은 계속 늘어나고 늘어날 것입니다.

대기 시간 버퍼가 있으면 이러한 유형의 이벤트에서 장비가 복구할 수 있는 기회를 제공함으로써 이러한 변동성으로부터 보호할 수 있습니다. 이는 x-요인을 추정하는 데 사용하는 대기열 공식에 캡처되어 있습니다. 앞서 설명한 대로(Fab 주기 시간의 세 가지 기본 동인 참조), 유일무이한 장비에 대한 x-factor를 다음과 같이 추정할 수 있습니다:

X-Factor = 1 + [(활용률 / (1 - 활용률)) * 변동성 계수]

제조 가동률의 정의를 사용하여 가동률을 대체하면 어떻게 되는지 살펴봅시다:

제조 가동률 = 생산 시간 / (생산 + 대기 시간)

생산 시간을 P로, 대기 시간을 S로 줄이면 다음과 같습니다:

• 활용률 = P/(P+S)
• (1 - 활용률) = [(P+S)/(P+S)] - [P/(P+S)] = S/(P+S)
• X-Factor = 1 + [(P/(P+S))/(S/(P+S))]*변동성 계수 = 1 + (P/S)*변동성 계수

즉

• X-Factor = 1 + (생산 시간*변동성 계수)/대기 시간

이 공식은 대기 시간이 0일 때를 명확하게 보여줍니다:

• X-Factor = 1 + (생산 시간 * 변동성 계수)/0

0으로 나누면 무한대가 됩니다. WIP가 무한대가 아니기 때문에 사이클 시간이 실제로 무한대일 수는 없습니다. 하지만 변동성에서 회복할 수 있는 대기 시간이 없다면 사이클 시간은 시간이 지남에 따라 계속 늘어날 것입니다.

[참고: 과부하를 피하기 위해 게이팅이 팹으로 시작되는 동안 해당 장비 앞의 버퍼를 관리하여(절대 고갈되지 않도록) 팹에서 제약 장비를 100%에 가까운 사용률로 실행할 수 있습니다. 이 작업은 a) 시간이 지남에 따라 제약 조건이 때때로 바뀌고 b) 재진입 흐름이 있는 경우 장비 앞의 WIP 수준 균형을 맞추는 것이 매우 복잡하기 때문에 신중하게 수행해야 합니다.]

일반적으로 주어진 변동성 수준에서 대기 시간 대비 생산 시간이 클수록 사이클 시간은 더 길어집니다. 그렇기 때문에 대부분의 장비는 변동성으로부터 회복하기 위해 어느 정도의 대기 시간이 필요합니다(수년 동안 사이클 시간 수업에서 말씀드린 것처럼). 하지만 이것이 전부는 아닙니다.

위의 제조 활용도 정의에는 두 가지 종류의 대기 시간이 혼재되어 있습니다. FabTime에서는 이를 대기-WIP 대기 및 기타 대기라고 합니다. 대기-WIP-대기는 “WIP가 있는 대기”(FPS 대시보드) 또는 “제품 사용 가능 시 대기”(장비 생산성 정의 및 측정을 위한 SEMI E79 사양)라고도 불립니다. 명칭이 무엇이든, 장비를 사용할 수 있고 WIP이 처리되기를 기다리고 있지만 어떤 이유로 실행되지 않고 있는 상태입니다. 대기 WIP 대기의 이유는 다음과 같습니다:

• 운영자 부족: 장비를 로드할 운영자가 없습니다.
• 핫 로트: 장비가 예상되는 수동 운반 로트를 위해 보류 중입니다.
• 로트 운송: MES에 WIP가 사용 가능하다고 표시되지만 작업자가 찾을 수 없습니다.
• 배치 로딩 규칙: 작업자가 전체 배치가 아닌 배치를 시작하기 전에 더 많은 로트를 기다리고 있습니다.
• 시간 제약: 작업자가 제약 조건을 위반하지 않고 시간 링크 루프를 통과할 수 있다고 확신할 때까지 WIP가 업스트림 단계에서 보류되고 있습니다. (이슈 22.02 참조: 웨이퍼 팹의 공정 단계 간 시간 제약 관리 참조)
• 설정 최소화 규칙: 작업자가 장비에서 설정을 수행하지 않기 위해 설정 ID가 일치하는 다른 로트를 대기 중입니다.

대기 기타는 장비를 제조에 사용할 수 있지만 WIP이 없기 때문에 실행되지 않는 시간입니다. 대기 기타는 “대기 WIP 없음”이라고도 합니다. 대기 기타의 이유는 다음과 같습니다:

• 단기 WIP 변동: WIP가 다른 곳에서 대기 중(예: 다운 장비를 기다리는 중)이기 때문에 이 장비에 WIP이 없습니다.
• 계획된 용량 버퍼: 이 장비의 용량 계획은 일정 비율의 유휴 시간을 요구합니다. 이 버퍼의 크기는 장비의 세분성에 따라 영향을 받습니다. 2.6개의 장비를 구매할 수 없으므로 3개의 장비를 구매합니다. 믹스가 변경되거나 시작 속도가 증가하지 않는 한 장비 그룹은 추가 유휴 시간을 갖게 됩니다.

SEMI E10 사양에서는 이 두 가지 유형의 대기 시간을 구분하지 않지만, 대기 시간에 “사용 가능한 작업자 없음”과 같은 기간이 포함될 수 있다고 명시하고 있다는 점에 유의해야 합니다. E79 사양에서는 표준 OEE 정의에 대한 대기 시간 유형을 구분하지 않습니다. 그러나 E79에는 생산 장비 효율성(PEE)이라는 추가 생산성 지표의 일부로 생산성 손실에서 “제품 없음 시간”을 제외하는 개념이 포함되어 있습니다. PEE에서는 제품을 사용할 수 없는 장비 가동 중지 시간도 제외됩니다.

대기-WIP 대기 시간과 대기 기타는 사이클 시간에 미치는 영향이 다르기 때문에 별도로 추적해야 한다고 생각합니다. 대기-WIP 대기는 본질적으로 용량 손실입니다. 장비가 웨이퍼를 실행할 수 있지만 실행하지 않는 시간입니다. 반면, 대기 기타는 (대부분의 경우) 변동성에서 복구할 수 있는 버퍼입니다. 일반적으로 대기-WIP 대기 시간은 용량 손실을 의미하므로 이를 줄이려고 합니다. 그러나 양호한 사이클 시간을 원한다면 적어도 운영 곡선의 가파른 부분에서 벗어날 수 있을 만큼 대기 시간을 늘리는 것이 좋습니다.

대기-WIP-대기에 대한 또 한 가지 요점은 대기-WIP-대기와 대기-기타 사이에 시간을 할당하는 방법에 대해 논쟁의 여지가 있다는 것입니다. 대기 중인 로트가 하나 있고 두 개의 장비를 사용할 수 있다고 가정해 보겠습니다. 두 장비 모두에 대해 대기-WIP 대기로 시간을 계산해야 할까요, 아니면 장비 중 하나에 대해서만 계산해야 할까요? 후자라면 어느 것을 어떻게 결정해야 할까요? 이러한 결정에 대한 자세한 논의는 다음 글로 미루겠습니다.

FabTime은 이전에 사이클 시간 클래스를 위해 고객과 협력하여 WIP 활용률이라는 메트릭을 정의했습니다. WIP 활용률은 제조 팀이 대기 WIP 대기 시간을 줄이도록 인센티브를 제공하기 위해 고안되었습니다. 다음과 같이 정의되었습니다:

WIP 활용률 = 생산 시간 / (생산 시간 + 대기-WIP-대기 시간)

WIP 활용률의 좋은 점은 대기-WIP 대기 시간을 0으로 줄일 수 있다면 WIP 활용률은 항상 100%가 된다는 것입니다. 따라서 “100% 이하로 유지하되 너무 낮게 유지하면 비용 효율적이지 않으니 너무 낮추지 말라”는 표준 제조 활용률보다 더 깔끔하게 개선을 유도할 수 있는 지표가 됩니다. 우리는 항상 WIP 활용률을 100%로 끌어올리고자 합니다.

WIP 사용률은 모든 FabTime 장비 상태 차트에서 확인할 수 있습니다. 아래는 그 예시입니다. 차트 상단 근처의 보라색 선인 WIP 사용률은 대기 WIP 대기 시간이 없기 때문에 처음 몇 교대 동안은 100%입니다. 주 후반에는 대기 WIP 대기 시간이 있는 교대근무(차트에서 짙은 회색)의 경우 WIP 사용률이 떨어집니다.

4월 17일 주간 근무(아래 표에서 굵은 글씨로 표시)의 경우 거의 모든 대기 시간이 대기-WIP 대기이며, WIP 사용률은 제조 사용률과 거의 동일합니다.

대기 WIP 대기 시간을 줄임으로써 WIP 활용도를 높이면 사이클 시간 개선 노력에 도움이 될 수 있습니다. 위의 예에서 12.99%의 대기-WIP 대기를 대기-기타로 전환했다면 4월 17일의 방문당 사이클 시간은 더 나아졌을 것입니다. 그러나 WIP 활용도만으로는 대기 시간이 없는 가장 왼쪽 교대(4월 12일, 6시)와 대기 시간이 있는 다음 몇 교대를 구분하는 데 도움이 되지 않습니다. 이 모든 교대 근무조에서 WIP 사용률이 높습니다. 그러나 첫 교대 근무의 경우 WIP가 훨씬 높았다가 이후 며칠 동안 대기 시간이 0에서 증가함에 따라 감소하는 것을 알 수 있습니다.

저희는 기능적 활용률이라고 부르는 추가적인 활용률 지표를 제안합니다. 이 메트릭은 작업자 가용성 부족이나 핫 로트용 장비 보유와 같은 운영 문제로 인해 손실되지 않고 제조에 사용할 수 있는 시간을 기준으로 한 생산 시간을 기준으로 합니다. 정의는 다음과 같습니다:

• 기능적 시간 = 생산적 시간 + 대기-기타

그리고:

• 기능적 활용도 = 생산 시간/기능적 시간

일관성을 위해 다음과 같이 정의합니다:

• WIP 시간 = 생산적 시간 + 대기-WIP-대기 시간

그리고

• WIP 활용률 = 생산 시간 / WIP 시간

이는 위의 WIP 활용도에 사용된 정의와 동일합니다. 생산 시간과 대기-WIP 대기 시간으로 구성된 시간 버킷의 이름만 추가했을 뿐입니다.

하지만 새로운 것은 기능적 사용률이며, 이것이 사이클 시간을 좌우합니다. 기능 활용도가 100%인 경우 특정 장비 그룹에 대한 사이클 시간은 매우 높을 가능성이 높습니다.

대기열 공식에서 제조 사용률을 사용했던 것처럼 기능 사용률을 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 대기-WIP 대기 시간을 대기 시간으로 취급하는 대신 용량 손실로 취급합니다. 따라서 FabTime 운영 곡선 스프레드시트를 사용하여 주어진 사이클 시간 목표에 도달하는 데 필요한 기능 활용률 목표를 설정할 수 있습니다. 한 가지 툴의 예는 아래와 같습니다.

또한 기능 활용도를 팹이 얼마나 좋은 사이클 시간을 달성할 수 있을지에 대한 전반적인 지표로 사용할 수도 있습니다. 가장 비싼 병목현상 장비의 경우 기능 활용도가 높을 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 팹에 있는 대부분의 장비의 기능 활용도가 85% 이상이면 전체 사이클 타임이 높을 가능성이 높습니다(특히 툴 중복성이 부족한 팹의 경우). 팹의 많은 장비 그룹의 기능 활용도가 낮은 경우, 팹은 사이클 시간의 제약을 받지 않을 가능성이 높지만 수익성에는 어려움을 겪을 수 있습니다. 전체 팹 장비 세트의 평균 기능 활용률 증가가 사이클 시간 증가와 상관관계가 있을 수 있지만 이에 대한 실제 데이터를 확인해야 할 것입니다.

또한 시간 경과에 따른 실제 기능 사용률을 장비 그룹의 계획된 사용률과 비교할 수도 있습니다. 기능 활용도가 계획된 활용도보다 훨씬 높으면 팹의 운영 문제나 가용성 성능 저하로 인해 상당한 용량이 손실되고 있음을 의미합니다. 변동성에 대한 버퍼로 사용할 수 있는 대기 시간이 예상만큼 확보되지 않고 있다는 뜻입니다.

위에 표시된 장비 상태 추세 예제로 돌아가서, WIP 사용률 섹션에서 기능 사용률(가장 오른쪽 열)이 예상 사이클 시간에 대해 제공하는 추가 정보를 아래에서 살펴봅시다.

여기에서는 기능 사용률이 감소함에 따라 WIP(사이클 시간의 대용어)가 감소하고 기능 사용률이 증가함에 따라 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 제조 가동률은 주 초반에는 비슷한 추세를 따르지만, 기능 가동률이 99%까지 상승하는 4월 17일 오전 교대 근무(굵은 글씨로 표시)의 영향을 놓치고 있습니다.

WIP 활용률과 달리 기능 활용률에는 명확한 목표가 없다는 문제가 있습니다. 적어도 장기적으로는 100%가 되는 것을 원하지 않는데, 이는 사이클 시간이 매우 길어질 수 있기 때문입니다. 하지만 웨이퍼를 전혀 처리하지 않는 0도 원하지 않습니다. 실제로는 처리량 목표를 달성하면서 기능 활용도를 가능한 한 낮게 유지하고자 합니다.

중복성이 있는 병목 현상이 없는 장비의 기능 활용률 목표치는 85% 정도가 적당합니다. 유일무이한 장비의 경우 75%가 더 좋을 수 있습니다. 팹에서 가장 비싼 장비인 진정한 병목 장비의 경우 기능 활용도를 90% 또는 95%에 가깝게 끌어올릴 수 있습니다. 하지만 사이클 시간을 개선하려면 기능 활용률을 지속적으로 낮춰야 합니다.

이 모든 것이 기능 활용도를 일상적인 주요 지표로 삼기 어렵게 만듭니다. 대신 기능 활용도는 사이클 시간이 예상보다 높은 이유를 이해하고 사이클 시간 개선 노력을 추진하는 데 사용할 수 있는 보조적인 지표로 간주합니다.

여기서 목표는 처리량을 유지하되 WIP 대기 시간이 없을 때 다른 손실을 대기 시간으로 전환하는 것입니다. 이를 위한 몇 가지 방법이 있습니다:

예정된 다운타임, 특히 예기치 않은 다운타임을 줄여장비 가동 시간을 개선합니다.

엔지니어링 시간을 줄이거나 최소한 대기 중인 WIP가 없을 때 수행되도록 예약합니다.

대기 WIP 대기 시간 줄이기. 다음은 몇 가지 아이디어입니다(대부분 주기 시간 관리 과정에서 가져온 것임):

• 작업자를 교차 배치하고 휴식 일정을 엇갈리게 하여 작업자 부족으로 인한 지연을 줄입니다.
• 핫 로트, 특히 수작업 로트의 수를 줄이세요.
• 욕심내지 않는 정책으로 배치 장비를 실행합니다.
• 설정 회피 정책이 이미 대기열에 있는 설정 ID와 일치하는 WIP가 있을 때만 적용되도록 합니다.
• 공정 단계 간의 시간 제약을 처리할 수 있는 스마트 스케줄러를 사용합니다.

생산 시간으로 기록되는 속도 손실 및 기타 부가가치 없는 시간(예: 재작업 웨이퍼 처리 또는 작업자의 툴 언로드 대기)을 제거하여동일한 양의 웨이퍼를 더 짧은 시간에 처리하여 생산 시간을 줄이세요. 즉, 더 적은 생산 시간으로 동일한 수의 웨이퍼를 장비를 통해 처리할 수 있습니다.

그렇지 않습니다. 이전 섹션의 권장 사항은 OEE 손실 계수와 관련이 있습니다. 그러나 표준 OEE에는 대기 WIP 대기 시간에만 해당하는 손실 계수가 포함되어 있지 않습니다. (오히려 WIP 대기 여부에 관계없이 모든 대기 시간에 대한 손실 계수를 포함합니다.) PEE에는 이에 대한 손실 계수가 있지만 WIP가 대기 중인 경우에만 다운타임을 손실로 간주합니다. WIP 대기 중이 없을 때의 다운타임은 WIP 대기 중일 때의 다운타임보다 확실히 낫고, PEE는 유지 관리 조직이 WIP 대기 중이 없을 때 PM을 수행하도록 인센티브를 제공하므로 좋은 일입니다. 하지만 사이클 시간의 경우, 가동 중지 시간보다는 대기 시간으로 남겨두어 변동성에서 복구하는 데 사용할 수 있도록 하는 것이 더 낫습니다.

PEE는 WIP가 없기 때문에 장비가 사용되지 않는 시간을 계산하여 “그래, 그건 손실 요인이 아니다”라고 말합니다. 그러나 최적의 사이클 시간 성능을 위해서는 장비가 대기 상태에 있고 WIP가 대기하지 않는 시간이 필요하다는 것을 말하지 않습니다.

OEE와 PEE는 용량 손실을 제거하기 위한 작업의 중요한 프레임워크입니다. PEE는 WIP 대기 여부에 따라 대기 시간에 차이가 있다는 것을 이해함으로써 OEE를 확장합니다. 그러나 OEE나 PEE 모두 사이클 시간 단축에 특별히 초점을 맞추고 있지는 않습니다. 사이클 타임을 줄이기 위해 기능 활용률이라는 추가 지표에 이점이 있다고 생각하여 사이클 타임을 개선하기 위해 노력합니다.

이를 다른 시각으로 보면 사이클 타임 관점에서 대기 시간이 0이 되는 것을 원하지 않는다고 말할 수 있습니다. 대부분의 경우, 적어도 기능 사용 시간의 5%에서 25% 범위에서 어느 정도 긍정적인 대기 시간 버퍼가 필요합니다.

기능적 활용을 위해 다른 이름도 고려했습니다. 우리는 생각했습니다:

• 효과적인 활용. “효과적”이라는 단어가 “효율성”과 유사하고 혼동하기 쉽기 때문에 이 이름은 채택되지 않았습니다.
• 회선 제한 활용도. 내부적으로 강력한 지지를 받았지만 E10 장비 상태 기반 차트에도 해당 시간 버킷이 있어야 하고, 생산 시간 + 대기 시간을 나타내는 “라인 제한 시간”이라는 이름이 정확하지 않아서 거부되었습니다.
• 제한된 사용률. 이 용어는 제약 조건 용어(팹에서 가장 큰 병목 현상)와 너무 쉽게 혼동되었습니다.
• 버퍼링된 사용률. 이 용어는 옳지 않은 것 같았습니다.
• 순 사용률. 두 번째 선택이었지만 “기능적”이라는 표현이 더 설명적이라는 것을 알게 되었습니다.

또한 메트릭을 대기 시간으로만 설정해야 하는지도 고려했습니다. 즉, 우리가 장려하고자 하는 것은 대기 중인 WIP가 없을 때 대기 시간 버퍼를 확보하는 것이므로 이를 지표로 사용하는 것은 어떨까요? 하지만 궁극적으로 기능적 사용률을 WIP 사용률과 병행하는 것이 가치가 있다고 판단했습니다. 또한 기능 사용률이 운영 곡선을 구성하는 기능을 주도한다는 아이디어가 마음에 들었습니다. 마지막으로, 대기 WIP 대기 시간은 기능적 시간에서 제외되는 비기능적 시간으로 생각할 수 있습니다.

저희는 내부적으로 이 지표에 대해 꽤 많은 시간을 논의했습니다. 이러한 논의를 통해 인피콘 내에 메트릭스 팀을 구성하여 FabTime과 FPS 소프트웨어 제품 간의 다른 메트릭에 대한 정의를 조정하기로 결정했습니다.

다양한 용도로 사용되는 SEMI E10 도구 상태와 관련된 다양한 활용도 정의가 있습니다. 과거에는 FabTime 소프트웨어에서 생산 시간을 제조 조직에서 도구를 사용할 수 있는 시간으로 나눈 제조 활용도를 사용했습니다. 하지만 이 정의는 사이클 시간을 충분히 설명하기에 충분히 세분화되지 않았다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 모든 대기 시간이 동일하게 생성되는 것은 아니기 때문입니다.

우리는 일반적으로 운영 곡선의 가파른 부분을 피하기 위해 가변성에 대한 완충 장치로 대기 시간을 어느 정도 확보하고 싶어 합니다. WIP가 도구를 기다리는 대기 시간은 버퍼라기보다는 용량 손실에 가깝습니다. 대기 시간이 있으면 사이클 시간이 늘어납니다. 뿐만 아니라 WIP가 대기하지 않을 때의 대기 시간과 합쳐지기 때문에 대기-WIP 대기는 숨겨진 용량 손실입니다.

이 글에서는 기능적 활용률이라는 활용률에 대한 추가 정의를 제안했습니다. 기능적 활용률은 사용 가능한 제조 시간 중 생산 시간을 살펴보고, 생산 시간에 WIP 대기 시간이 없는 대기 시간을 더한 시간으로 기록합니다. 이것이 진정한 의미의 가동률 정의이며 사이클 시간을 결정합니다. 기능 활용률이 100%에 가까워지면 사이클 시간은 매우 높아질 가능성이 높습니다. 물론 기능 활용률이 0이 되기를 바라는 것은 아니지만, 합리적인 목표 범위로 줄이기 위한 제안을 포함했습니다.