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1　背景

隨著美國對中國芯片行業(yè)的商業(yè)制裁，中國政府大力推動本土半導體制造行業(yè)的發(fā)展，中國的半導體制造行業(yè)存在著不斷增長的利潤空間。為了提高國內(nèi)半導體制造產(chǎn)線數(shù)據(jù)收集、分析、管理和智能排產(chǎn)等能力，半導體制造規(guī)范化并與國際標準接軌成為必需。SEMI（國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會）為半導體制造設備提供了完整的SECS/GEM協(xié)議標準。該協(xié)議因具有降低設備集成成本，適用于所有制造設備，可以支持無數(shù)的應用程序，而獲得業(yè)界的大力支持。很多國際半導體巨頭，如三星、英特爾、東芝等九十年代就開始使用SECS/GEM為基礎的全自動化產(chǎn)品。中國企業(yè)的SECS/GEM產(chǎn)品需求也在國產(chǎn)化的大環(huán)境下在逐年上升。

某光學電子有限公司，2002年開始進入電子/半導體行業(yè)，主要生產(chǎn)手機攝像頭、光學鏡片等。主要服務客戶為美國蘋果公司，韓國LG、三星，以及國內(nèi)其它許多知名客戶。生產(chǎn)工藝制程主要有光學：CD→DVD→Blue-ray，半導體封裝：CSP→COB→Flip Chip。公司于2020年被國內(nèi)某電子半導體行業(yè)巨頭全資收購，并逐步開展公司的信息化建設以及國產(chǎn)化替代規(guī)劃。

2　案例實施與應用情況

本項目范圍涵蓋400臺左右設備，其中100多臺SECS/GEM協(xié)議設備的聯(lián)網(wǎng)采集、100臺左右PLC協(xié)議設備改造為SECS/GEM協(xié)議設備、以及100臺左右PLC設備，以及EAP系統(tǒng)的建設。

本案例系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

本案例系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

本案例應用包括：基礎數(shù)據(jù)管理、設備數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)展示、設備效率、生產(chǎn)履歷、文件管理、接口管理等。

· 基礎數(shù)據(jù)管理主要包括車間、產(chǎn)線、幾臺、SVID等基礎信息的管理。

· 設備數(shù)據(jù)采集主要是變量列表自動創(chuàng)建、數(shù)據(jù)采集、事件報告、告警、配方管理、遠程指令、終端消息、動態(tài)事件報告、ECV設置、數(shù)據(jù)追蹤、緩存。

· 晶圓映射（Wafer Mapping），即晶圓映射數(shù)據(jù)上傳/下載功能，EAP執(zhí)行晶圓映射信息管理。

· 接口管理：EAP與ECIM/MES交互的接口，包含的接口如圖3所示。

圖3 接口管理示意圖

· 實時數(shù)展示主要包括實時展示設備的狀態(tài)、檢驗結(jié)果、設備報警以及重要的工藝參數(shù)信息等。

· 設備效率主要進行Available、Performance、Quality、OEE等參數(shù)的計算，對比、展示等。并對設備的MTTR、MTBF進行分析。

· 生產(chǎn)履歷主要對各工序設備的過程數(shù)據(jù)進行采集和存儲，生成履歷，包括Wafer ID、Carrier ID以及加工過程數(shù)據(jù)、Wafer Check、Wafer Good/Fail、Carrier Check、Wafer Good/Fail等晶圓產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯，實現(xiàn)晶圓的加工過程參數(shù)信息與Wafer ID的綁定。

· 文件管理將設備的LOG日志文件進行解析和上傳服務器，并進行統(tǒng)一管理。

3　應用創(chuàng)新性與難點問題

（1）應用創(chuàng)新性

采用的軟件產(chǎn)品層面，從SECS/GEM協(xié)議設備數(shù)據(jù)采集、PLC設備數(shù)據(jù)采集，到數(shù)據(jù)邊緣計算處理，以及數(shù)據(jù)應用展示，全部實現(xiàn)國產(chǎn)化。采用亞控科技自主研發(fā)的軟件產(chǎn)品：

接口庫KingExGem：SECS/GEM標準通訊協(xié)議接口開發(fā)包，滿足用戶對GEM場景參數(shù)配置、驗證和模擬，可協(xié)助用戶快速開發(fā)設備端或主機端通訊接口。

采集驅(qū)動KingIOServerSECSGEM：主機端SECS/GEM標準通訊驅(qū)動，搭載于亞控科技的IOT平臺KingIOServer，實現(xiàn)半導體設備數(shù)據(jù)采集或與設備指令交互。

轉(zhuǎn)發(fā)工具KingrSECSGEMTransmitter：設備端SECS/GEM標準通訊協(xié)議接口的轉(zhuǎn)發(fā)工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)平臺轉(zhuǎn)發(fā)至EAP，實現(xiàn)設備SECS/GEM協(xié)議接口快速開發(fā)。

數(shù)據(jù)采集平臺KingIOServer，通用IO數(shù)據(jù)通訊平臺，它涵蓋了亞控科技20年開發(fā)的5000多種驅(qū)動，包括PLC、SECS/GEM、電力等行業(yè)標準協(xié)議，以卓越的性能、可靠的穩(wěn)定性解決工業(yè)現(xiàn)場各種設備的通訊難題。

數(shù)據(jù)展示平臺KingPortal，亞控科技自主研發(fā)的一款web在線組態(tài)開發(fā)和運行展示工具，可以通過托拉拽等組態(tài)方式解決web展示系統(tǒng)開發(fā)成本高、維護困難的問題，降低開發(fā)人員門檻。

（2）難點問題及解決思路

半導體協(xié)議設備數(shù)據(jù)采集國產(chǎn)化：不論智能制造發(fā)展到何種程度，數(shù)據(jù)采集都是生產(chǎn)中最實際、最高頻的需求。工業(yè)數(shù)據(jù)的采集、管理、共享，一直是制造業(yè)信息化的難題，需要采集軟件既有深度，能夠扎根于現(xiàn)場設備、生產(chǎn)工藝，又有高度，能夠兼容各個子系統(tǒng)，提供整體的解決方案。并且國內(nèi)SECS/GEM協(xié)議設備的廠家屈指可數(shù)，在國產(chǎn)化浪潮下，更需要工業(yè)軟件的自主可控。

軟件平臺的自主可維護性：本案例客戶之前使用了一套國外廠商的ECIM軟件系統(tǒng)，由于廠商已經(jīng)退出中國市場，現(xiàn)在系統(tǒng)的維護陷入困境，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，需要花費很高的維護成本；并且業(yè)務需求發(fā)生變動時，無法在原系統(tǒng)上進行自主開發(fā)。因此本次項目采用的所有軟件平臺，都會將二次開發(fā)源代碼開發(fā)，用戶可以通過配置、拖拉拽等開發(fā)進行二次開發(fā)和自主維護。

業(yè)務數(shù)據(jù)集成：如何將從底層設備采集的數(shù)據(jù)傳送給第三方系統(tǒng)，比如MES，以及將MES的指令、工藝配方等通過系統(tǒng)下發(fā)設備，并且保持數(shù)據(jù)接口的開放性和可配置性，在業(yè)務發(fā)生變化通過配置就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，不需要再進行接口的二次開發(fā)。可以通過軟件平臺的計算組件封裝成接口函數(shù)，進行調(diào)用。后續(xù)業(yè)務變化時，只需配置參數(shù)即可。

4　效益分析

通過本次項目建設，給用戶創(chuàng)造了如下價值：

· 車間現(xiàn)場設備聯(lián)網(wǎng)自動采集率98%以上，減少人工抄錄巡查2人次/班組，1h。

· 打通上層MES與設備層的交互，通過EAP系統(tǒng)直接下發(fā)工藝參數(shù)到設備，減少人工操作以及參數(shù)下發(fā)錯誤等造成的質(zhì)量損失；減少人工時1.5h/天，降低人工參數(shù)下發(fā)錯誤次數(shù)3-5次/年。

· 通過采集設備故障、報警等信息，并對報警進行分級、推送管控，降低設備故障停機5-10h/月。

· 實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動收集和存儲，滿足下游客戶的追溯要求，提升下游客戶的滿意度，穩(wěn)定接單率。

· 為客戶培養(yǎng)了一批信息化人才，并且已具備自主維護和二次開發(fā)能力。

5　案例意義

在當前國際形勢下，國產(chǎn)化及自主可控的重要性不斷凸顯，尤其是在電子半導體等高端制造領域，其中工業(yè)自動化軟件的自主、可控更是迫在眉睫。本次項目全部使用國產(chǎn)全自主研發(fā)的軟件平臺，實現(xiàn)了半導體設備EAP系統(tǒng)的重大突破，并且所建設的系統(tǒng)達到了客戶完全可自主維護的程度，大大減少了維護難度和成本。

摘自《自動化博覽》2022年4月刊