1　背景

隨著(zhù)美國對中國芯片行業(yè)的商業(yè)制裁，中國政府大力推動(dòng)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(zhù)不斷增長(cháng)的利潤空間。為了提高國內半導體制造產(chǎn)線(xiàn)數據收集、分析、管理和智能排產(chǎn)等能力，半導體制造規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(huì )）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(wú)數的應用程序，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(kāi)始使用SECS/GEM為基礎的全自動(dòng)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(xué)電子有限公司，2002年開(kāi)始進(jìn)入電子/半導體行業(yè)，主要生產(chǎn)手機攝像頭、光學(xué)鏡片等。主要服務(wù)客戶(hù)為美國蘋(píng)果公司，韓國LG、三星，以及國內其它許多知名客戶(hù)。生產(chǎn)工藝制程主要有光學(xué)：CD→DVD→Blue-ray，半導體封裝：CSP→COB→Flip Chip。公司于2020年被國內某電子半導體行業(yè)巨頭全資收購，并逐步開(kāi)展公司的信息化建設以及國產(chǎn)化替代規劃。

2　案例實(shí)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系統的建設。

本案例系統功能架構如圖1所示。

圖1 系統功能架構圖

本案例系統數據流向如圖2所示。

圖2 系統數據流向圖

本案例應用包括：基礎數據管理、設備數據采集、實(shí)時(shí)數展示、設備效率、生產(chǎn)履歷、文件管理、接口管理等。

· 基礎數據管理主要包括車(chē)間、產(chǎn)線(xiàn)、幾臺、SVID等基礎信息的管理。

· 設備數據采集主要是變量列表自動(dòng)創(chuàng )建、數據采集、事件報告、告警、配方管理、遠程指令、終端消息、動(dòng)態(tài)事件報告、ECV設置、數據追蹤、緩存。

· 晶圓映射（Wafer Mapping），即晶圓映射數據上傳/下載功能，EAP執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(shí)時(shí)數展示主要包括實(shí)時(shí)展示設備的狀態(tài)、檢驗結果、設備報警以及重要的工藝參數信息等。

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

· 生產(chǎn)履歷主要對各工序設備的過(guò)程數據進(jìn)行采集和存儲，生成履歷，包括Wafer ID、Carrier ID以及加工過(guò)程數據、Wafer Check、Wafer Good/Fail、Carrier Check、Wafer Good/Fail等晶圓產(chǎn)品質(zhì)量數據追溯，實(shí)現晶圓的加工過(guò)程參數信息與Wafer ID的綁定。

· 文件管理將設備的LOG日志文件進(jìn)行解析和上傳服務(wù)器，并進(jìn)行統一管理。

3　應用創(chuàng )新性與難點(diǎn)問(wèn)題

（1）應用創(chuàng )新性

采用的軟件產(chǎn)品層面，從SECS/GEM協(xié)議設備數據采集、PLC設備數據采集，到數據邊緣計算處理，以及數據應用展示，全部實(shí)現國產(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(kāi)發(fā)包，滿(mǎn)足用戶(hù)對GEM場(chǎng)景參數配置、驗證和模擬，可協(xié)助用戶(hù)快速開(kāi)發(fā)設備端或主機端通訊接口。

采集驅動(dòng)KingIOServerSECSGEM：主機端SECS/GEM標準通訊驅動(dòng)，搭載于亞控科技的IOT平臺KingIOServer，實(shí)現半導體設備數據采集或與設備指令交互。

轉發(fā)工具KingrSECSGEMTransmitter：設備端SECS/GEM標準通訊協(xié)議接口的轉發(fā)工具，實(shí)現數據從數據平臺轉發(fā)至EAP，實(shí)現設備SECS/GEM協(xié)議接口快速開(kāi)發(fā)。

數據采集平臺KingIOServer，通用IO數據通訊平臺，它涵蓋了亞控科技20年開(kāi)發(fā)的5000多種驅動(dòng)，包括PLC、SECS/GEM、電力等行業(yè)標準協(xié)議，以卓越的性能、可靠的穩定性解決工業(yè)現場(chǎng)各種設備的通訊難題。

數據展示平臺KingPortal，亞控科技自主研發(fā)的一款web在線(xiàn)組態(tài)開(kāi)發(fā)和運行展示工具，可以通過(guò)托拉拽等組態(tài)方式解決web展示系統開(kāi)發(fā)成本高、維護困難的問(wèn)題，降低開(kāi)發(fā)人員門(mén)檻。

（2）難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路

半導體協(xié)議設備數據采集國產(chǎn)化：不論智能制造發(fā)展到何種程度，數據采集都是生產(chǎn)中最實(shí)際、最高頻的需求。工業(yè)數據的采集、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，能夠扎根于現場(chǎng)設備、生產(chǎn)工藝，又有高度，能夠兼容各個(gè)子系統，提供整體的解決方案。并且國內SECS/GEM協(xié)議設備的廠(chǎng)家屈指可數，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(hù)之前使用了一套國外廠(chǎng)商的ECIM軟件系統，由于廠(chǎng)商已經(jīng)退出中國市場(chǎng)，現在系統的維護陷入困境，系統出現問(wèn)題時(shí)，需要花費很高的維護成本；并且業(yè)務(wù)需求發(fā)生變動(dòng)時(shí)，無(wú)法在原系統上進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)。因此本次項目采用的所有軟件平臺，都會(huì )將二次開(kāi)發(fā)源代碼開(kāi)發(fā)，用戶(hù)可以通過(guò)配置、拖拉拽等開(kāi)發(fā)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和自主維護。

業(yè)務(wù)數據集成：如何將從底層設備采集的數據傳送給第三方系統，比如MES，以及將MES的指令、工藝配方等通過(guò)系統下發(fā)設備，并且保持數據接口的開(kāi)放性和可配置性，在業(yè)務(wù)發(fā)生變化通過(guò)配置就可以實(shí)現數據的交互，不需要再進(jìn)行接口的二次開(kāi)發(fā)?？梢酝ㄟ^(guò)軟件平臺的計算組件封裝成接口函數，進(jìn)行調用。后續業(yè)務(wù)變化時(shí)，只需配置參數即可。

4　效益分析

通過(guò)本次項目建設，給用戶(hù)創(chuàng )造了如下價(jià)值：

· 車(chē)間現場(chǎng)設備聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)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(guò)EAP系統直接下發(fā)工藝參數到設備，減少人工操作以及參數下發(fā)錯誤等造成的質(zhì)量損失；減少人工時(shí)1.5h/天，降低人工參數下發(fā)錯誤次數3-5次/年。

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

· 實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程數據的自動(dòng)收集和存儲，滿(mǎn)足下游客戶(hù)的追溯要求，提升下游客戶(hù)的滿(mǎn)意度，穩定接單率。

· 為客戶(hù)培養了一批信息化人才，并且已具備自主維護和二次開(kāi)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(lǐng)域，其中工業(yè)自動(dòng)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(shí)現了半導體設備EAP系統的重大突破，并且所建設的系統達到了客戶(hù)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(dòng)化博覽》2022年4月刊