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1　背景

隨著美國對中國芯片行業的商業制裁，中國政府大力推動本土半導體制造行業的發展，中國的半導體制造行業存在著不斷增長的利潤空間。為了提高國內半導體制造產線數據收集、分析、管理和智能排產等能力，半導體制造規范化并與國際標準接軌成為必需。SEMI（國際半導體產業協會）為半導體制造設備提供了完整的SECS/GEM協議標準。該協議因具有降低設備集成成本，適用于所有制造設備，可以支持無數的應用程序，而獲得業界的大力支持。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品。中國企業的SECS/GEM產品需求也在國產化的大環境下在逐年上升。

某光學電子有限公司，2002年開始進入電子/半導體行業，主要生產手機攝像頭、光學鏡片等。主要服務客戶為美國蘋果公司，韓國LG、三星，以及國內其它許多知名客戶。生產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年被國內某電子半導體行業巨頭全資收購，并逐步開展公司的信息化建設以及國產化替代規劃。

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協議設備的聯網采集、100臺左右PLC協議設備改造為SECS/GEM協議設備、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、實時數展示、設備效率、生產履歷、文件管理、接口管理等。

· 基礎數據管理主要包括車間、產線、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創建、數據采集、事件報告、告警、配方管理、遠程指令、終端消息、動態事件報告、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

· 實時數展示主要包括實時展示設備的狀態、檢驗結果、設備報警以及重要的工藝參數信息等。

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

· 生產履歷主要對各工序設備的過程數據進行采集和存儲，生成履歷，包括Wafer ID、Carrier ID以及加工過程數據、Wafer Check、Wafer Good/Fail、Carrier Check、Wafer Good/Fail等晶圓產品質量數據追溯，實現晶圓的加工過程參數信息與Wafer ID的綁定。

· 文件管理將設備的LOG日志文件進行解析和上傳服務器，并進行統一管理。

3　應用創新性與難點問題

（1）應用創新性

采用的軟件產品層面，從SECS/GEM協議設備數據采集、PLC設備數據采集，到數據邊緣計算處理，以及數據應用展示，全部實現國產化。采用亞控科技自主研發的軟件產品：

接口庫KingExGem：SECS/GEM標準通訊協議接口開發包，滿足用戶對GEM場景參數配置、驗證和模擬，可協助用戶快速開發設備端或主機端通訊接口。

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

轉發工具KingrSECSGEMTransmitter：設備端SECS/GEM標準通訊協議接口的轉發工具，實現數據從數據平臺轉發至EAP，實現設備SECS/GEM協議接口快速開發。

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年開發的5000多種驅動，包括PLC、SECS/GEM、電力等行業標準協議，以卓越的性能、可靠的穩定性解決工業現場各種設備的通訊難題。

數據展示平臺KingPortal，亞控科技自主研發的一款web在線組態開發和運行展示工具，可以通過托拉拽等組態方式解決web展示系統開發成本高、維護困難的問題，降低開發人員門檻。

（2）難點問題及解決思路

半導體協議設備數據采集國產化：不論智能制造發展到何種程度，數據采集都是生產中最實際、最高頻的需求。工業數據的采集、管理、共享，一直是制造業信息化的難題，需要采集軟件既有深度，能夠扎根于現場設備、生產工藝，又有高度，能夠兼容各個子系統，提供整體的解決方案。并且國內SECS/GEM協議設備的廠家屈指可數，在國產化浪潮下，更需要工業軟件的自主可控。

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，由于廠商已經退出中國市場，現在系統的維護陷入困境，系統出現問題時，需要花費很高的維護成本；并且業務需求發生變動時，無法在原系統上進行自主開發。因此本次項目采用的所有軟件平臺，都會將二次開發源代碼開發，用戶可以通過配置、拖拉拽等開發進行二次開發和自主維護。

業務數據集成：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、工藝配方等通過系統下發設備，并且保持數據接口的開放性和可配置性，在業務發生變化通過配置就可以實現數據的交互，不需要再進行接口的二次開發。可以通過軟件平臺的計算組件封裝成接口函數，進行調用。后續業務變化時，只需配置參數即可。

4　效益分析

通過本次項目建設，給用戶創造了如下價值：

· 車間現場設備聯網自動采集率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系統直接下發工藝參數到設備，減少人工操作以及參數下發錯誤等造成的質量損失；減少人工時1.5h/天，降低人工參數下發錯誤次數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。

· 實現生產過程數據的自動收集和存儲，滿足下游客戶的追溯要求，提升下游客戶的滿意度，穩定接單率。

· 為客戶培養了一批信息化人才，并且已具備自主維護和二次開發能力。

5　案例意義

在當前國際形勢下，國產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全自主研發的軟件平臺，實現了半導體設備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