半導體制造中MES系統(tǒng)優(yōu)化設計應用

半導體制造中MES系統(tǒng)優(yōu)化設計應用摘要：文章以半導體制造中MES系統(tǒng)優(yōu)化設計應用為研究對象，首先對MES系統(tǒng)與半導體制造行業(yè)進行了分析，隨后探討了基于PDA的移動MES系統(tǒng)提出與設計實現(xiàn)，最后對移動MES實際應用與應用效益進行了分析，以供參考。關鍵詞：移動MES系統(tǒng)；5G：半導體制造半導體制造工藝流程較為復雜，專業(yè)性要求較高，因此擁有一套與企業(yè)情況相匹配的、具有擴展性、可鼎性的MES的生產控制管理系統(tǒng)顯得尤為重要。如今隨著5G技術的應用發(fā)展，通過利用該技術實施MES系統(tǒng)的優(yōu)化改造，使得移動EMS系統(tǒng)成為可能，這對于推動半導體生產企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。1.MES系統(tǒng)與半導體制造行業(yè)MES系統(tǒng)屬于一種制造執(zhí)行管理系統(tǒng)，是企業(yè)實施敬捷制造戰(zhàn)略與實現(xiàn)車間生產敬捷化的一種重要的技術手段。從我國當下半導體制造行業(yè)信息化系統(tǒng)應用發(fā)展現(xiàn)狀來看，ERP管理系統(tǒng)與現(xiàn)場自動化系統(tǒng)是半導體制造行業(yè)信息化系統(tǒng)應用的兩大重點，然而隨著市場競爭加劇，半導體制造行業(yè)競爭逐漸已以產品為導向轉變?yōu)橐允袌鰹閷?，僅僅依鼎上述兩種系統(tǒng)已經難以獲得核心競爭優(yōu)勢，而EMS系統(tǒng)的出現(xiàn)則有效彌補了這一缺陷，在該系統(tǒng)的幫助下，能夠為半導體制造企業(yè)提供一個更為精細化、彈性化的制造生產環(huán)境，能夠很好的充當制造生產計劃層與現(xiàn)場自動化系統(tǒng)之間的橋梁，負責車間生產管理與調度執(zhí)行。更為重要的是，EMS系統(tǒng)能夠將生產調度、產品跟蹤、質量控制、設備故障分析以及網絡報表管理等功能統(tǒng)一集成在一個平臺之上，通過依靠互聯(lián)網絡與數(shù)據(jù)庫，能夠同時為企業(yè)多個部門提供車間管理信息服務，從而實現(xiàn)半導體制造過程的整體優(yōu)化，幫助半導體制造企業(yè)完成閉環(huán)生產，有效提升半導體制造生產自動化信息水平。2?基于PDA的移動MES系統(tǒng)的提出PDA即是掌上電腦，主要包括兩種展現(xiàn)形式，一是工業(yè)級掌上電腦，比如常見的有RFID讀寫器、條形碼掃描器等，二是消費品掌上電腦，該內容包含更多，比如生活中常見的智能手機、平板電腦等都屬于消費品掌上電腦。在MES系統(tǒng)中引入工業(yè)級掌上電腦，已是當下智能制造的一個新的發(fā)展趨勢，在半導體制造過程中，通過進行掃碼來完成產品揀配、產品收發(fā)貨等操作，可以有效降低人為出錯率，提升制造生產效率。MES系統(tǒng)在半導體制造中傳統(tǒng)應用，一般都是依托于有線局域網絡，在執(zhí)行在線操作時，需要通過臺式電腦完成。但這種傳統(tǒng)操作方式存在以下弊端，一是容易帳料不符，在實際生產過程中，由于生產車間內設備較為復雜，受空間限制,臺式電腦數(shù)量一般不會太多，不可能人手一臺，因此會出現(xiàn)多人等待使用同一臺電腦的現(xiàn)象，很容易造成批次過賬不及時問題。當某批次產品已經完成生產后，需要及時將該批次信息通過電腦轉入MES系統(tǒng)之中，然而山于批次過賬不及時，很容易造成批次混亂，對生產制造管理造成不利影響。二是作業(yè)效率低下，通常情況下，車間內臺式電腦均會固定在某一位置，并且與生產作業(yè)機臺著一定的距離，每完成一批產品生產后，需要工作人員通過電腦完成批次信息轉入，每次轉入時，還需要重新切換賬戶，再加上系統(tǒng)運轉時因網絡波動等問題會出現(xiàn)一定延時，而工作人員也需要在生產機臺與電腦至今頻繁走動，從而對最終生產效率造成不利影響。以某車間半導體制造光刻導軌為例，該車間共有51臺設備，每天生產3200批次產品，每生產一批需要在機臺與電腦之間來回移動2次，那么需要移動6400次，以每天22人計?算，人均移動290次，從而對作業(yè)效率造成嚴重的影響。三是批次輸入很容易出錯。一般工作人員在生產過程中會佩戴后者的防塵服與防塵手套，在實際進行手動輸入時批次號時，很容易面臨輸錯的風險，從而對整體生產造成不利影響。通過上述分析我們可以認識到，MES系統(tǒng)在半導體制造中的傳統(tǒng)應用之所以出現(xiàn)上述弊端問題，主要是因為受限于互聯(lián)網絡不足，只能夠采用有線網絡進行系統(tǒng)間通信連接，究其原因在于，2G、4G無線網絡會對生產機臺通信造成干擾,并且網絡信號傳輸較差，難以真正勝任掌上電腦之間的通信傳輸，因此無法將掌上電腦融入MES系統(tǒng)之中，實現(xiàn)能夠移動的EMS系統(tǒng)建設。而5G無線網絡的岀現(xiàn)，則使得掌上電腦融合MES系統(tǒng)成為了可能，相對于4G無線網絡，5G無線網絡在網絡速度方面得到了質的提升，最高能夠達到lGbps,每秒可以傳輸約125MB信息內容，并且網絡信號穿透性良好，不會對車間內生產機器設備造成干擾，從而為車間架設無線網絡奠定了堅實的技術基礎。與此同時，在工業(yè)級掌上電腦代表之一條碼掃描槍之中，專門配置有Android系統(tǒng)，因此能夠支持各種無線網絡連接，只需要通過開發(fā)出相關AAP,并將APP安裝進掌上電腦中，既可以成功替代臺式電腦，實現(xiàn)車間內移動MES的智能化改造，在實際應用時更加方便快捷，實際操作效率更高，不再需要人工進行生產批次號手動輸入，只需要用條碼掃描槍掃描即可完成ERS系統(tǒng)的批次信息TrackIn（轉入），可有效避免手工輸錯問題發(fā)生。3?基于PDA的移動MES系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)通過上文敘述可知，掌上電腦中裝有開源的Android系統(tǒng),因此可以采用Jam語言，完成專門的APP的開發(fā)。在具體開發(fā)方面，首先需要明確系統(tǒng)相關功能，比如用戶管理功能、訂單管理功能等。另一方面，還需要做好相關功能實現(xiàn),比如針對服務器端功能實現(xiàn)，可以釆用Jersey+Spring+Hibernate框架，相較于以往單一的JavaWeb發(fā)模式，這種方式不僅更容易實現(xiàn)，而且實際配置也比較簡單，實現(xiàn)符合MVC模式的Web服務，具體框架如圖一所示。在具體功能模塊實現(xiàn)上，以訂單管理模塊中新建訂單為例，來對服務端整個實現(xiàn)過程進行分析，相關訂單生成流程具體可見圖二。當生產人員完成產品選擇后，點擊確認，客戶端會迅速響應，并發(fā)送rest服務請求，隨后調用響應服務，容器按照Jersey配置,尋找對應服務提供類OrderService的queryOrders方法，然后獲取OrderDao實例，接著調用queryOrders方法，在通過利用Hibernate提供的數(shù)據(jù)庫，來對queryOrders方法訪問，并查詢配置文件配置的數(shù)據(jù)庫，Hibernate將數(shù)據(jù)根據(jù)order.hbm文件映射成Order中生成訂單數(shù)據(jù)。山此完成相應功能開發(fā)。最終在完成整個APP開發(fā)后，將其裝入掌上電腦之中，同時在電腦中引入5G無線網絡，即可實現(xiàn)掌上電腦與以圖形方式顯示的計算機操作系統(tǒng)（以下簡稱GUI系統(tǒng)，該系統(tǒng)是EMS系統(tǒng)的核心）的數(shù)據(jù)互通，為保障掌上電腦能夠GUI系統(tǒng)真正融合在一起，不會影響系統(tǒng)自身使用，可以選擇采用HttpClient方式，完成與GUI數(shù)據(jù)傳遞。通過利用POST方式，完成參數(shù)傳遞，在GUI接受到參數(shù)后,會獲得XML格式的數(shù)據(jù)文件，通過將該文件進行解析，在類似爬蟲技術的幫助下,獲得所需的數(shù)據(jù)信息，并直接顯示在掌上電腦界面中，供用戶直接瀏覽，GUI系統(tǒng)也會完成相應數(shù)據(jù)的保存。移動MES的人機界面交互流程具體如圖三所示。圖一：移動MES的人機界面交互流程移動MES系統(tǒng)各項操作分析：一是在執(zhí)行半導體生產頻次信息TrackIn（轉入）操作時，需要通過掌上移動電腦輸入設備ID、批次號信息，從服務器中獲得相關根據(jù)輸入的設備ID號，然后點擊"Trackln^按鈕，完成轉入操作，服務器會自動記錄轉入的批次信息，并將其保存至數(shù)據(jù)庫之中。二是在執(zhí)行TrackOut操作時，可通過掌上電腦輸入半導體生產批次號信息,并點擊"TrackOut77按鈕，后進行"TrackOut"操作，相關操作結果也會自動錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之中。三是在執(zhí)行批次查詢操作時，可通過掌上電腦輸入半導體生產批次號信息，服務器會根據(jù)輸入的信息，自動顯示該批次號詳細的信息，比如產品種類，產品生產步驟等信息。四是在執(zhí)行機臺狀態(tài)修改操作時，通過輸入想要修高的機臺設備ID,服務器會根據(jù)設備ID,調取該機臺的狀態(tài)信息，包括Location.設備類別、設備狀態(tài)等信息，工作人員可以從設備狀態(tài)的下拉菜單中，完成修改狀態(tài)選擇，然后點擊“修改〃按鈕，即可完成設備狀態(tài)的自動修改，相關操作信息及操作結果也會被記錄進系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。4.移動MES實際應用與應用效益分析以某半導體生產凈化間為例，通過進行5G無線網絡鋪設，并在凈化間內設置了20個AP接入點，確保凈化間中間層99%區(qū)域都能夠得到5G無線網絡覆蓋。應注意，無線AP接入點不包括凈化間上下夾層，若無線AP接入點指示燈為綠色,則說明表示接入點運行正常，而有無設備接入后，指示燈山綠色變?yōu)樗{色。在實際生產過程中，工作人員可以人手一臺掌上移動電腦，利用自己的工好通過掌上移動電腦登入GUI系統(tǒng)之中，并結合生產實際，直接通過掌上電腦完成TrackIn/Out操作，不需要再來回往返于機臺與臺式電腦之間，可有效提升生產效率。在應用效益方面，一是使得工作人員的生產工作方式得到了有效得優(yōu)化，仍以半導體生產光刻導軌車間為例，通過在EMS系統(tǒng)中融入了掌上電腦，使得軌崗位的標準作業(yè)時間得到了有效的縮減，具體縮減時間為30秒，車間崗位人力配置平均得到了有效的活化，活化數(shù)值為0.4人。從綜合評估結果來看，原先一車間完成作業(yè)生產需要人力配置為2.8人，如今相同的作業(yè)量只需要2.4即可完成,從而可以有效降低作業(yè)生產人力需求，節(jié)約企業(yè)人力資源成本。二是使得半導體生產質量風險得到了有效的降低。某企業(yè)在進行半導體生產過程中，在涂膠崗位，出現(xiàn)了如下生產風險事故，某批次產品本該進行作業(yè)涂膠,結果山于工作人員疏忽，將該批次產品誤加到了顯影設備機臺上，直接做了顯影菜單，最終引發(fā)修通PCM參數(shù)異常，導致整批半導體產品報廢。事后通過調查得知，由于該工作人員為圖省事，推車上Trackin批次較多，導致需要涂膠與需要顯影產品批次出現(xiàn)了混亂，再加上沒有及時做好核對，最終導致本該涂膠的產品被推上顯影的機臺，引發(fā)產品生產質量風險事故。而通過引入移動MES系統(tǒng)，工作人員通可直接通過掌上電腦進行操作，操作簡便，能夠實現(xiàn)快速過賬與實時配料，防止出現(xiàn)人工失誤，降低生產質量風險發(fā)生概率。5?總結綜上所述，在智能制造技術與5G技術飛速發(fā)展的當下，為半導體制造行業(yè)