（無錫華潤(rùn)微電子有限公司，無錫 214000）

0 引言

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，21世紀(jì)以來，我國(guó)的制造行業(yè)逐步進(jìn)入智慧制造應(yīng)用階段，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為特征的智能制造成為中國(guó)制造業(yè)的主攻方向[1]。MES系統(tǒng)是智能制造的典型應(yīng)用，特別是在半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)全面鋪開，發(fā)揮了高效的作用。

MES即制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，簡(jiǎn)稱MES）是美國(guó)AMR公司（Advanced Manufacturing Research，Inc.）在90年代初提出的，旨在加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能，把MRP計(jì)劃同車間作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來。MES側(cè)重在車間作業(yè)計(jì)劃的執(zhí)行，充實(shí)了軟件在車間控制和車間調(diào)度方面的功能，以適應(yīng)車間現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境多變情況下的需求。

半導(dǎo)體制造業(yè)是一個(gè)典型的技術(shù)密集型的科技制造行業(yè)，其過程是一個(gè)離散的制造生產(chǎn)過程。半導(dǎo)體光電子器件的生產(chǎn)過程具有產(chǎn)品種類多、周期短、多批次等特點(diǎn)[2]。MES在半導(dǎo)體的生產(chǎn)應(yīng)用中通過采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析提供給底層的生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

PDA（Personal Digital Assistant），又稱為掌上電腦。按使用來分類，分為工業(yè)級(jí)PDA和消費(fèi)品PDA。工業(yè)級(jí)PDA主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，常見的有條碼掃描器、RFID讀寫器、POS機(jī)等。將MES系統(tǒng)融入到PDA中將其使用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中是智能制造的一個(gè)新的趨勢(shì)，不僅可以將繁雜的人力工作簡(jiǎn)化為手持掃描輸入，同時(shí)可以更高地降低出錯(cuò)率，在半導(dǎo)體行業(yè)中條碼掃描器在倉(cāng)庫揀配，物流收發(fā)貨等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

1 MES系統(tǒng)在半導(dǎo)體制造業(yè)中的傳統(tǒng)應(yīng)用

在信息化時(shí)代，半導(dǎo)體企業(yè)普遍應(yīng)用了PROMISE系統(tǒng)、GUI系統(tǒng)、供應(yīng)商系統(tǒng)、客戶管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)等計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)[3]。以無錫某半導(dǎo)體企業(yè)某生產(chǎn)車間為例，該車間的MES系統(tǒng)為GUI系統(tǒng)，采用B/S架構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)車間的流水線上的各批次進(jìn)行生產(chǎn)管理，車間架設(shè)了有線局域網(wǎng)與全廠區(qū)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，便于各級(jí)工程師在車間網(wǎng)絡(luò)內(nèi)調(diào)度安排。

以該車間封裝測(cè)試步驟為例，批次進(jìn)行作料或作料完畢后，凈化間內(nèi)的作業(yè)員從產(chǎn)線上走到車間臺(tái)式電腦上進(jìn)行快速過賬操作（TrackIn/TrackOut），即MES轉(zhuǎn)賬；批次上架時(shí)需要將批次放入指定貨架然后在臺(tái)式電腦上進(jìn)行上架入庫操作；機(jī)臺(tái)狀態(tài)和批次狀態(tài)查詢時(shí)也需要走到指定位置的臺(tái)式電腦前進(jìn)行對(duì)GUI系統(tǒng)的步驟操作，由于凈化間內(nèi)設(shè)備繁雜，種類繁多，一直想采用無線網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)來替代有限網(wǎng)絡(luò)，無奈2G、4G無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)各機(jī)臺(tái)的通信產(chǎn)生了干擾，因而一直未架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

2 基于PDA的移動(dòng)MES系統(tǒng)的提出

1）傳統(tǒng)的GUI系統(tǒng)Track In/Out在線操作均是用臺(tái)式電腦來完成，使用臺(tái)式機(jī)操作的幾個(gè)弊端是：

（1）帳料不符

由于凈化間內(nèi)的有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)的限制導(dǎo)致車間內(nèi)臺(tái)式電腦數(shù)量少，不可能配到人手一臺(tái)，作業(yè)員使用過程中有等電腦用的情況造成批次過賬不及時(shí)，即批次作料與MES轉(zhuǎn)賬不同步，也就是帳料不符。這是在制造行業(yè)中最“忌諱”的事情。當(dāng)一個(gè)批次已經(jīng)在某個(gè)機(jī)臺(tái)上做完之后，該批次信息還在等待轉(zhuǎn)入（TrackIn）MES的狀態(tài)，這樣容易造成批次混亂（即混料）和管理上的缺陷。

（2）作業(yè)效率低

由于凈化間內(nèi)臺(tái)式電腦位置固定，離作業(yè)機(jī)臺(tái)有一定的距離，作業(yè)員往返次數(shù)頻繁，且每次都要重新切換GUI賬戶，加上系統(tǒng)刷新存在一定延時(shí)，影響作業(yè)效率。

以該車間光刻導(dǎo)軌為例，在線共51臺(tái)設(shè)備，日平均MOVE達(dá)到64000（折合3200批次），人力配置每班次11人（全天22人），算下來每人每天過賬批次達(dá)到3200÷22=145.5批（人均MOVE2900），作業(yè)員要經(jīng)常往返機(jī)臺(tái)與臺(tái)式機(jī)之間，且經(jīng)常發(fā)生等用情況，導(dǎo)致作業(yè)效率低。

（3）批次輸入風(fēng)險(xiǎn)大

凈化間內(nèi)的臺(tái)式機(jī)中的MES操作過程中需要手動(dòng)鍵入批號(hào)，身穿厚重防塵服及佩戴防塵手套的作業(yè)員存在敲錯(cuò)批次的風(fēng)險(xiǎn)。

2）5G WIFI的出現(xiàn)使PDA上融合MES系統(tǒng)成為可能。

隨著科技的進(jìn)步，5G WIFI的誕生很好地解決了現(xiàn)在WIFI面臨的問題，它運(yùn)行在5GHz以上的高頻段，帶寬能提高到40MHz甚至80MHz或更高，傳輸速度最高提升到了1Gbps，每秒可以傳輸約125MB的內(nèi)容。良好的穿透性不會(huì)對(duì)凈化間內(nèi)的機(jī)臺(tái)設(shè)備產(chǎn)生任何干擾，為凈化間鋪設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，PDA（條碼掃描槍）配有當(dāng)前先進(jìn)的Android系統(tǒng)，并支持各種無線網(wǎng)絡(luò)連接，只需要開發(fā)相應(yīng)的APP即可實(shí)現(xiàn)車間內(nèi)移動(dòng)MES的智能化改造，實(shí)施起來簡(jiǎn)單，方便，操作起來高效，便捷。用PDA來替代現(xiàn)有的臺(tái)式機(jī)Track in/out，特別是一些SPT時(shí)間較短的工藝段，可以減少作業(yè)員在機(jī)臺(tái)和臺(tái)式電腦間的往返，從而提升作業(yè)效率，同時(shí)PDA掃描機(jī)臺(tái)或批次條碼，徹底杜絕了手工輸錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于PDA的移動(dòng)MES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由于PDA裝有先進(jìn)的Android系統(tǒng)，只需要采用Java語言進(jìn)行相應(yīng)APP的開發(fā)即可。將PDA接入5G無線網(wǎng)絡(luò)，并將該無線網(wǎng)絡(luò)并入當(dāng)前廠區(qū)已有的局域網(wǎng)絡(luò)中，PDA上的數(shù)據(jù)與已有的GUI系統(tǒng)即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。為了更好地融合到當(dāng)前的GUI系統(tǒng)又不影響當(dāng)前使用，考慮GUI的B/S架構(gòu)模式，則采用HttpClient方式跟GUI進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。通過POST方式傳遞參數(shù)給GUI，獲得XML格式的數(shù)據(jù)文件，將文件解析，通過類似爬蟲技術(shù)獲得所需的數(shù)據(jù)信息在PDA界面上展示給用戶，同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交付GUI處理保存。

3.1 移動(dòng)MES的人機(jī)界面交互流程

圖1 移動(dòng)MES人機(jī)界面交互流程

3.2 移動(dòng)MES各項(xiàng)操作流程指示

表1 操作流程指標(biāo)表

3.3 移動(dòng)MES的安全與維護(hù)

移動(dòng)MES的使用必須要求作業(yè)員進(jìn)行登錄，由于每個(gè)作業(yè)員的負(fù)責(zé)的片區(qū)不同因而權(quán)限也會(huì)有所不同，登錄的驗(yàn)證通過跟GUI的信息交互完成，實(shí)時(shí)獲取。

移動(dòng)MES通過5GWIFI將Android系統(tǒng)的APK程序布局在服務(wù)器上，當(dāng)更新或修改APK程序后，只要將其發(fā)布在服務(wù)器上，凈化間內(nèi)的任意PDA在連上5G WIFI后就可收到更新提示，實(shí)時(shí)更新軟件，減少了之前PDA更新程序需點(diǎn)對(duì)點(diǎn)更新的麻煩，同時(shí)也減少了維護(hù)人員的工作量。

3.4 移動(dòng)MES在凈化間的實(shí)際使用

5G WIFI的鋪設(shè)：

在線共鋪設(shè)無線AP共20個(gè)點(diǎn)；覆蓋凈化間中間層99%區(qū)域（不包括上下夾層）；

AP上指示燈長(zhǎng)亮綠色表示正常但無設(shè)備接入，長(zhǎng)亮藍(lán)色表示正常但有設(shè)備接入。

說明：作業(yè)員手持PDA進(jìn)入凈化間，用自己的工號(hào)通過PDA登錄到GUI系統(tǒng)，在產(chǎn)線上根據(jù)工序操作TrackIn/Out，不必再往返于機(jī)臺(tái)與臺(tái)式電腦之間。

圖2 5G WIFI的AP布置

圖3 PDA融合移動(dòng)MES在凈化間的操作使用示例

圖4 光刻導(dǎo)軌產(chǎn)線配置PDA后人力資源配備對(duì)比圖

4 效益對(duì)比

4.1 優(yōu)化工作方式，活化人力

PDA融入了MES系統(tǒng)后，減少了作業(yè)員在機(jī)臺(tái)和臺(tái)式機(jī)間的無效走動(dòng)。以光刻導(dǎo)軌車間為例，PDA上線后導(dǎo)軌崗位的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)時(shí)間由原來的作業(yè)方式減少30秒，光刻導(dǎo)軌房間的人力配置平均活化0.4人。綜合評(píng)估，原先S1房間需要的2.8的人力配置，活化0.4人力后只要2.4人即可，而光刻導(dǎo)軌QC人員本身Loading只有60%，所以把靠近B走廊的3臺(tái)TEL設(shè)備交給QC人員負(fù)責(zé)，S1房間剩下機(jī)臺(tái)的人力配置從原先的3人減到2人，這樣整個(gè)光刻導(dǎo)軌車間崗位人力需求從10人可以減少到9人。

4.2 降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)

2017年8月份，涂膠崗位發(fā)生一起本該作業(yè)涂膠的批次，結(jié)果誤加到了顯影設(shè)備機(jī)臺(tái)上做了顯影菜單，最終PCM參數(shù)異常報(bào)廢。

事件原因分析中提到：作業(yè)員為圖方便，推車上Track in批次較多，有待涂膠和待顯影的批次，加上核對(duì)執(zhí)行力不夠，導(dǎo)致上錯(cuò)機(jī)臺(tái)。

移動(dòng)MES上線后，PDA操作簡(jiǎn)便，作業(yè)員可以推車推到哪做到哪，快速過賬，MES實(shí)時(shí)配料沒有后顧之憂。

手動(dòng)輸入批次出錯(cuò)的情況，在產(chǎn)線上也經(jīng)常發(fā)生，使用PDA通過掃描輸入后則有效杜絕此類風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。

5 結(jié)束語

目前，該半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的凈化間在線操作像導(dǎo)軌崗位模式的工序還有干法去膠、RTA、UV、SCRUB、烘箱這些崗位，也已經(jīng)開始陸續(xù)推行使用PDA來進(jìn)行過賬及貨架掃描上架，后續(xù)計(jì)劃APP開發(fā)多腔體機(jī)臺(tái)作業(yè)、濕法槽和EAP設(shè)備的使用等。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能制造技術(shù)的飛速發(fā)展，依托無錫先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)，智能制造可做的事情還很多，比如在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)如溫度，流量，電量等上送到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析對(duì)控制產(chǎn)業(yè)鏈中的各個(gè)工序有著非常重要的意義，而智能制造技術(shù)人員則需要更深入地挖掘和研究各個(gè)產(chǎn)線上的自動(dòng)化技術(shù)，結(jié)合自身的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。