精益制造正在向更智能的半導(dǎo)體制造流程演進(jìn)

與眾多半導(dǎo)體企業(yè)相仿，數(shù)十年來，該行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)始終依托于精益制造技術(shù)穩(wěn)步前行。精益制造不僅是企業(yè)存續(xù)的基石，更是其不斷進(jìn)步的驅(qū)動力。通過實(shí)施精益生產(chǎn)方式，這些企業(yè)已成功剔除眾多非增值環(huán)節(jié)，顯著降低了浪費(fèi)，并極大地提升了生產(chǎn)效率。

芯片制造領(lǐng)域的先驅(qū)們深刻認(rèn)識到精益制造所賦予的競爭優(yōu)勢，然而，他們也普遍意識到，在今日這個(gè)競爭激烈且要求嚴(yán)苛的市場環(huán)境中，僅僅依賴精益制造已難以滿足發(fā)展需求。當(dāng)前，若企業(yè)僅止步于精益而不積極邁向智能制造的新階段，將可能束縛其在敏捷性、制造流程優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)管理以及市場競爭力等方面的進(jìn)一步提升，而這些因素對于任何一家半導(dǎo)體制造商實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展、壯大實(shí)力而言，均不可或缺。

通過智能制造將精益制造優(yōu)勢提升到一個(gè)新的高度

單獨(dú)的精益制造可能已接近其能力極限，但如果通過智能制造對其加以強(qiáng)化，精益制造的優(yōu)勢似乎幾近于無窮無盡。

原因何在？智能制造最初作為工業(yè)4.0的一個(gè)組成部分出現(xiàn)，它增加了將仿真、執(zhí)行控制和分析相結(jié)合所需的數(shù)字化，從而在不影響精益制造收益的情況下，持續(xù)優(yōu)化無返工的高良率制造流程。智能制造為企業(yè)提供需要的端到端連接，以便企業(yè)做出數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策，從而加快新產(chǎn)品推出 (NPI) 和上市，并在零缺陷制造環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更高產(chǎn)出。

根據(jù)預(yù)測，智能制造提高績效的潛力令人印象深刻：

? 產(chǎn)量提高 20%

? 成本降低 15%

? 營收增加 10%

? 降低網(wǎng)絡(luò)攻擊以及不遵守監(jiān)管要求和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)

為了對精益制造和智能制造進(jìn)行公平的比較，讓我們先從精益制造的優(yōu)勢談起：

? 減少浪費(fèi)

? 顯著提高生產(chǎn)效率

? 節(jié)約資源

? 及時(shí)交貨

? 實(shí)現(xiàn)質(zhì)量改進(jìn)

? 應(yīng)用吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

? 提高客戶滿意度

? 增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力

盡管這些優(yōu)勢令人印象深刻，但我們還必須考慮只堅(jiān)持精益技術(shù)而不補(bǔ)充智能制造的局限性，具體如下：

? 最多只能達(dá)到上次制造的水平而無法超越

? 無法對緊迫的業(yè)務(wù)和質(zhì)量問題做出主動或預(yù)測性響應(yīng)

? 由于依賴于過往的數(shù)據(jù)，無法實(shí)時(shí)提供高水平的初始質(zhì)量

? 在當(dāng)今業(yè)務(wù)速度下競爭所需的制造敏捷性不足

是什么讓智能制造脫穎而出？

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、規(guī)劃、仿真和生產(chǎn)優(yōu)化讓半導(dǎo)體制造更智能

精益制造注重歷史數(shù)據(jù)。精益制造使用過去的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來確定和消除非增值活動。

智能制造注重實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。智能制造使用實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)來不斷優(yōu)化當(dāng)前生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)高水平的初始質(zhì)量。

精益制造是一種反應(yīng)性制造。精益制造使用過去的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來評估過去的績效，同時(shí)識別浪費(fèi)和低效流程，從而吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，改善運(yùn)營。

精益制造過程中有許多手動步驟。進(jìn)展往往很緩慢。智能制造是一種主動性制造。精益制造注重過去的數(shù)據(jù)，而智能制造則不同，它使用先進(jìn)的軟件解決方案和分析方法將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的洞察，以提高當(dāng)前和未來的績效。

智能制造極大地增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的力量

通過系統(tǒng)之間的端到端連接，可以直接從半導(dǎo)體制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES) 收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為半導(dǎo)體專用儀表板（包括獨(dú)特的半導(dǎo)體特定制造流程清單 / 信息清單模塊）提供信息。用于半導(dǎo)體制造的 MES 可以利用生產(chǎn)的數(shù)字孿生來實(shí)時(shí)捕獲性能數(shù)據(jù)，包括統(tǒng)計(jì)過程控制 (SPC) 以及與制造執(zhí)行、維護(hù)、測試和調(diào)度的偏差。數(shù)字孿生利用 MES 數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行更新，可以隨時(shí)提供高度準(zhǔn)確的仿真，幫助企業(yè)確定生產(chǎn)改進(jìn)機(jī)會。

優(yōu)化型半導(dǎo)體制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)借助智能制造，管理人員可以更深入地了解生產(chǎn)步驟，而這將使企業(yè)能夠在問題發(fā)生之前就發(fā)現(xiàn)它們，并在設(shè)計(jì)和工程流程的早期（從前端制造和晶圓制造到后端制造、組裝、封裝和測試）采取 “左移” 策略，解決潛在錯(cuò)誤。

仿真助力生產(chǎn)優(yōu)化

利用數(shù)字孿生，企業(yè)可以及早預(yù)測生產(chǎn)問題，從而通過關(guān)于如何以及在何處對MES進(jìn)行運(yùn)營調(diào)整、采用人工智能、采取全面預(yù)防措施降低風(fēng)險(xiǎn)以及無返工產(chǎn)品的績效洞察，找到解決方法。

數(shù)字孿生是產(chǎn)品（產(chǎn)品數(shù)字孿生）或其制造流程（生產(chǎn)數(shù)字孿生）的高精度虛擬模型。在構(gòu)建半導(dǎo)體產(chǎn)品或設(shè)計(jì)實(shí)際制造操作之前，這些模型在虛擬模型中模擬真實(shí)世界的條件。仿真可用于模擬多個(gè)能夠通過更低成本進(jìn)行虛擬評估的假設(shè)場景，以優(yōu)化產(chǎn)品和流程。

數(shù)字孿生會通過企業(yè)的半導(dǎo)體 MES 不斷更新，以確保出色的精度。通過不斷從現(xiàn)實(shí)制造流程中收集數(shù)據(jù)，制造仿真可以持續(xù)改進(jìn)，從而使制造流程更加高效。虛擬模型將動態(tài)地提供生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)信息并優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)偵測（監(jiān)控）和預(yù)測（人工智能）功能。

人為因素

為了獲得真正的整體解決方案，企業(yè)的數(shù)字孿生方法還應(yīng)模擬人與流程和技術(shù)的交互，從而優(yōu)化人才使用、員工分配、人體工程學(xué)環(huán)境、生產(chǎn)效率和可持續(xù)發(fā)展能力，從而確保業(yè)務(wù)持續(xù)增長。

借助數(shù)字孿生，可以開始捕獲實(shí)時(shí)制造數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)重新引入虛擬模型中進(jìn)行仿真，以便：

? 評估預(yù)測方案，以確保滿足近期和長期訂單的產(chǎn)能

? 準(zhǔn)確模擬人與流程和技術(shù)的交互? 評估制造流程中的必要變更

? 記錄并復(fù)現(xiàn)企業(yè)的良好實(shí)踐，以便設(shè)定比以往更高的質(zhì)量水平

? 優(yōu)化人才使用、員工分配、人體工程學(xué)環(huán)境、生產(chǎn)效率和可持續(xù)發(fā)展能力

? 利用歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)做出更明智的資本支出決策

虛擬呈現(xiàn)制造流程

在制造流程實(shí)際建立之前對其進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，盡量降低風(fēng)險(xiǎn)，并確保流程高效且有效，同時(shí)盡量減少返工。

找出浪費(fèi)和效率低下之處，例如瓶頸、不必要的步驟和過多的庫存。一旦發(fā)現(xiàn)浪費(fèi)，制造商就可以采取措施消除它。

創(chuàng)建并優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃和時(shí)間表。這有助于縮短設(shè)置時(shí)間，充分減少在制品庫存，并充分提高機(jī)器利用率。

模擬不同工藝參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這有助于制造商確定每個(gè)過程的適當(dāng)設(shè)置，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低報(bào)廢率。

第二步：通過實(shí)時(shí)報(bào)告和分析實(shí)現(xiàn)閉環(huán)

其次，使用實(shí)時(shí)制造報(bào)告和分析，企業(yè)可以獲得持續(xù)學(xué)習(xí)和質(zhì)量改進(jìn)優(yōu)勢，從而以下一代效率執(zhí)行先進(jìn)的半導(dǎo)體制造運(yùn)行。

借助提供更高級別的數(shù)據(jù)智能和自動化的智能制造環(huán)境，企業(yè)可以改善從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)無返工、可追溯、安全且高良率的半導(dǎo)體制造操作。

通過智能制造，企業(yè)可以使用當(dāng)前的 MES 運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新仿真模型。企業(yè)可以利用半導(dǎo)體專用制造流程清單和信息清單解決方案來簡化制造配方和作業(yè)指導(dǎo)說明，并實(shí)現(xiàn)它們的自動化。此外，企業(yè)還可以獲得晶圓量測機(jī)器學(xué)習(xí)分析和洞察所提供的數(shù)據(jù)驅(qū)動型晶圓洞察優(yōu)勢。

利用閉環(huán)方法，企業(yè)還可以獲得更大的流程靈活性和效率優(yōu)勢，將監(jiān)管和質(zhì)量要求與同步生產(chǎn)流程完全整合在一起，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的供應(yīng)鏈管理。此外，企業(yè)還可以利用云和邊緣分析來為預(yù)測性維護(hù)提供支持。

高效運(yùn)行敏捷生產(chǎn)線并收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

使用數(shù)據(jù)來維護(hù)和利用PLAN中的工程仿真模型，以便評估技術(shù)或產(chǎn)品更新帶來的變化。引導(dǎo)流程數(shù)據(jù)，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(loT)上運(yùn)行自成一體的數(shù)字孿生模型，從而對持續(xù)改進(jìn)實(shí)施建模。

消除產(chǎn)品運(yùn)行變化造成的混亂——無論交付的批次包含一件產(chǎn)品還是1000 件產(chǎn)品，都應(yīng)該確保相同的效率和質(zhì)量。

快速識別和預(yù)測生產(chǎn)和質(zhì)量問題，防患于未然。使用高級分析將大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的洞察。

第三步：跨所有學(xué)科建立聯(lián)系

需要完成的第三件事就是在虛擬世界和真實(shí)制造世界之間建立無縫連接。

隨著制造條件和工藝的變化，企業(yè)可以在閉環(huán)中不斷將來自現(xiàn)實(shí)世界的更新數(shù)據(jù)重新引入虛擬世界，從而持續(xù)評估改進(jìn)情況。

借助跨所有企業(yè)、學(xué)科和領(lǐng)域的連續(xù)互聯(lián)數(shù)據(jù)流，企業(yè)可以獲得實(shí)時(shí)做出業(yè)務(wù)、工程和制造決策所需的當(dāng)前洞察。

準(zhǔn)備就緒后，企業(yè)可以通過 MES 實(shí)施數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策，從而在不中斷精益制造流程的情況下，利用無返工設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高水平的初始質(zhì)量。

這場智能制造革命對企業(yè)意味著什么?總而言之，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動型運(yùn)營績效洞察一家全面互聯(lián)的智能工廠可以獲得持續(xù)改進(jìn)的重要機(jī)會。

企業(yè)可以通過一個(gè)安全、開放的平臺，將內(nèi)部和整個(gè)供應(yīng)鏈中的所有制造解決方案連接起來，實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)同，從而提供高水平的初始質(zhì)量，交付無返工設(shè)計(jì)。借助無縫管理所有領(lǐng)域數(shù)據(jù)的穩(wěn)健、開箱即用的解決方案，企業(yè)的團(tuán)隊(duì)可以提高 NPI、降低成本并推動創(chuàng)新，從而獲得競爭優(yōu)勢。例如，借助可將產(chǎn)品清單(BOP)直接發(fā)送到 SAP 的產(chǎn)品生命周期管理(PLM)解決方案，企業(yè)便可以為可能使用不同 MES的多個(gè)站點(diǎn)提供支持，從而提高單點(diǎn)訪問的效率。

從精益制造向智能制造演進(jìn)的企業(yè)將不再僅僅作出反應(yīng)，而是主動加快晶圓代工廠的演進(jìn)，以便優(yōu)化制造，并使公司在制造未來半導(dǎo)體的激烈競爭中立于不敗之地。

從低效的反應(yīng)性向高效的主動性演進(jìn)

許多傳統(tǒng)的集成電路代工廠都秉持反應(yīng)性思維，依賴于事故后分析和糾正措施，而這往往會導(dǎo)致生產(chǎn)延誤。然而，采用智能制造，通過數(shù)字孿生收集全面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模擬下一代流程，并為更智能、更及時(shí)的決策提供信息卻是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。這種演進(jìn)正在發(fā)生，它從反應(yīng)性解決問題開始，快速轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)的學(xué)習(xí)、主動式質(zhì)量管理和能夠預(yù)防缺陷的預(yù)測性方法，讓企業(yè)交付更高質(zhì)量的半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量。

從精益制造向智能制造的演進(jìn)是企業(yè)取得成功和長盛不衰的關(guān)鍵。

通過企業(yè)系統(tǒng)樞紐實(shí)現(xiàn)跨所有學(xué)科的無縫協(xié)同

通過開放、全面的物聯(lián)網(wǎng)解決方案有機(jī)地連接企業(yè)的機(jī)器、生產(chǎn)線、工廠和供應(yīng)鏈。使用虛擬傳感器對高價(jià)值資產(chǎn)的運(yùn)營效率進(jìn)行建模和分析。使用來自人工智能和分析工具的預(yù)測性洞察優(yōu)化制造流程。

消除數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的端到端可見性，并提高流程效率。

利用新的過程自動化技術(shù)提高整體設(shè)備效率(OEE)，并降低總擁有成本。

邁出下一步，擁抱智能制造的新紀(jì)元。隨著企業(yè)智能制造體系的日益成熟，并全面融入生產(chǎn)核心，我們將迎來前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在這一轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，企業(yè)不僅能夠提前預(yù)判生產(chǎn)中的潛在問題，還能依托強(qiáng)大的績效分析能力，精準(zhǔn)洞察MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）的運(yùn)作細(xì)節(jié)，明確何時(shí)何地需進(jìn)行策略性調(diào)整。人工智能的深度融合，將賦予我們前所未有的決策支持，使我們能夠采取全面而前瞻的預(yù)防措施，有效降低風(fēng)險(xiǎn)，確保產(chǎn)品一次通過，無返工之憂。這不僅將顯著提升新產(chǎn)品的引入（NPI）良率，更將為企業(yè)業(yè)務(wù)的持續(xù)拓展與升級奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

然而，這一切美好愿景的實(shí)現(xiàn)，都始于我們從精益制造向智能制造的堅(jiān)定邁進(jìn)。這是一場需要勇氣、智慧與持續(xù)努力的變革之旅。要以開放的心態(tài)擁抱變化，以創(chuàng)新的思維引領(lǐng)未來，共同開啟智能制造的新篇章，加速邁向更加輝煌的發(fā)展道路。