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全自动派工系统助力武汉新芯实现高效生产

2015/1/27    来源:e-works    专家:e-works整理      
关键字:案例  e-works年度盘点  制造业信息化  武汉新芯  
本文为“2014中国制造业信息化应用领先暨最佳实践奖”参评案例。本次活动评选出2014年度,中国制造业信息化领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业信息化过程的步骤、重点与难点、获得效益等,分享信息化建设过程中的经验,有效地推动中国制造业信息化的深化应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

  武汉新芯集成电路制造有限公司是东湖示范区集成电路产业的龙头企业,武汉新芯面向全球客户提供专业的12英寸晶圆代工服务,专注于存储器及特种工艺的研发与生产,产品广泛应用于计算机、手机、数码相机、数字家电等领域。现有产品覆盖45纳米,65纳米与90纳米, 兼备铜和铝后段制程能力,闪存与影像传感器技术工艺都处于世界一流水平,全球闪存和背照式影像传感器最主要的制造商之一。公司12英寸大规模集成电路项目是湖北省委、省政府,武汉市委、市政府2006年决策实施的重大战略性投资项目,是我国仅有的3家12英寸大型集成电路制造企业之一,并被《国家集成电路产业发展推进纲要》认定为我国发展集成电路产业的骨干企业。

 武汉新芯集成电路制造有限公司

图1 武汉新芯集成电路制造有限公司

二、企业信息化应用总体现状

  目前,信息化系统涵盖了公司运营的各个方面,总体上处于成熟阶段,基本实现了无纸化办公。

  主要信息系统有:SAP系统、MES系统、EAP系统、Web报表系统、办公自动化系统、人事管理系统和邮件系统等。

  SAP系统各个模块的使用都很成熟,财务报表、资产管理、会计分析、库存管理、销售与分销均来自于SAP系统,没有任何手工帐。SAP与MES系统进行了很好的集成,数据双向传递。例如,SAP MM数据传递到MES用于原材料的消耗统计;而从MES系统完成入库、生产报工,传递数据到SAP,有效地保证了生产车间的账料一致性。

  MES系统除了核心的生产流程管控功能以外,还配套开发了设备管理、制程控制系统、FOUP管理、光罩管理、工艺参数管理、统计制程控制、机台监控管理等软件,利用IT技术全方位地为生产的自动化、精准化、智能化服务。

  EAP(设备自动化系统)主要承担设备生产自动化,收集生产数据、机台状态信息并传送给MES进行处理。另外相关的控制系统还有各主要工艺区的先进制程控制系统;制程参数管理系统;设备参数监控系统;量测数据自动收集系统等。

  办公自动化系统(OA)包括公司新闻发布、规章制度发布、知识管理、内容管理、SOP管理、程序文件审批、流程签核等。经过不断完善,OA流程几乎涵盖了办公运营的各个方面包括生产制造、品质管理、SPM、CRM等,除财务需要的凭证外,实现了无纸化办公。

  人事管理系统包括组织架构管理、人事信息维护、薪资、考勤、培训管理、假期管理、轮班、加班、代理、外出管理等功能。员工可以自助网上提交请假需求、查看出勤信息;也可以通过通讯录查看员工详细信息。

  人事系统与IT的邮件系统、域控系统高度集成。一旦组织架构变了,信息会自动同步到邮件系统。而域账号、邮件账号、OA系统账号也集成为统一账号。

  另外,公司对信息安全也非常重视,正在进行ISO27001的认证审核。公司使用了文件加密系统、上网行为管理软件、知识文档管理软件、无线网络覆盖集成域控制等手段,保证了公司的信息安全和病毒预防。

三、参评信息化项目详细情况介绍

  1、项目背景介绍

  在半导体制造技术高度发达的今天,300mm的半导体工厂已经成为全球半导体行业的主流。由于300mm半导体生产线的巨额投入,不得不尽可能的挖掘300mm工厂的生产效率,以期得到更大的晶圆产出。一个功能强大且性能稳定的AMHS系统在300mm工厂里扮演了一个非常重要的角色。AMHS(Automatic Material Handling System)系统不仅可以有效的利用宝贵的洁净室的生产空间,并且还可以提高生产设备的利用率,缩短在制品的Cycle Time,所以在很多的300mm的半导体工厂里,AMHS都被视为可以快速提升产能,增加生产效率的尖兵利器。

  和200mm晶圆相比,更大的晶圆尺寸使得单批Lot的晶圆重量变得更大,仅凭在200mm工厂Intrabay内的人工搬运已经远远无法满足300mm工厂的生产要求。因此,在300mm的半导体工厂里,生产方式的巨大变化也给AMHS系统提出了更高的要求。

  故由AMHS系统取而代之直接将wafer搬送到生产设备,这即是Full Auto的作业方式。这种方式极大减轻了生产一线操作人员的工作强度,同时又避免了因人为事故而造成的损失。更为重要的是,在工厂产能迅速提升的过程中,可以满足大规模搬送量的AMHS系统的巨大优势可以完全呈现。

  2、项目目标与实施原则

  项目的目标是实施Full Auto模式的AMHS,通过RTD(Real Time Dispatching)实现更为合理的派工规则,挖掘潜在的产能;同时与现有MES系统的集成;最终实现晶片在生产执行制造过程中的自动流程管控与自动派工和搬运,提高整体生产效率并减少人为的干预。由于生产已经开始,因此,必须在不影响现有生产的前提下进行项目的实施,同时必须最大限度降低项目实施过程对现有正常生产所产生的风险。

  3、项目实施与应用情况详细介绍

  首先,作为应用推广类项目,遇到的困难表现在以下几个方面:

  1)员工不了解Full auto,非常满足于现状。

  2)系统试用初期需改变操作模式和习惯,增加了工作量和操作风险,员工内心抵触。

  3)生产部门的SOP不够完善,需要推动操作规范化。

  4)生产部门忙于产量、质量,推广Full auto缺乏人手。

  5)由于相关项目大部分由公司IT自己开发的,存在一些功能缺陷和不足,有些方面影响工作效率和用户体验。

  针对上述情况,项目经理在管理层会议上强调,Full auto极大提高生产自动化,减轻操作人员的工作强度和犯错几率;有利于整体生产效率的提升,这些都是一流制造企业所不可或缺的。经过沟通,获得了公司总经理、中层经理及主管们的一致支持。

  Full auto相关系统需求分析、软件开发、单元测试、整体测试由IT部主导完成。上线阶段为关键阶段,需要生产部的配合。为了降低系统上线可能造成的风险,同时也考虑到人手有限,决定先上线auto 2模式再上线auto 3模式,并且先在生产流程相对简单的区域先上,再推广到其他区域;让员工从了解系统到最终接受变化,最终将操作SOP成熟后推广。

项目实施相关系统架构图

图2 项目实施相关系统架构图

  如图2,整个Full auto项目实施的主要相关系统有:

  1)MES:生产制造执行系统,是生产制造的核心,主要用来进行精细化生产流程管理,产品追溯,品质管控,生产自动化;

  2)Full Auto:自动化的核心,通过协调MES,AMHS等资源,控制和管理自动化工作流程,自动化派工,处理报警信息等;

  3)AMHS:自动化搬运系统,包括软件和硬件部分,负责处理MES发送过来的搬运请求。

  整个Full Auto项目实施用了1年,主要包括如下几个大块: Full Auto软件开发,Full Auto硬件安装和系统上线。下面简要介绍一下这几块的主要工作:

  Full Auto软件开发主要包括现有MES系统的改造,Full Auto软件的实施,AMHS软件控制系统的改造。

  Full Auto硬件安装主要包括机台移位,机台Loadport E84安装,现有Stocker改造,轨道安装,OHB安装等等。其中机台的移位和机台Loadport E84安装由公司人员自己完成,Stocker改造,轨道安装以及OHB安装由AMHS厂商负责,公司人员协助。整个硬件安装耗时7个月,与软件开发同步进行。

  系统上线主要分两步走:Auto2上线与Auto3 上线。Auto2是指由人派工,由天车搬运FOUP到机台以及将加工完的FOUP从机台搬离,Auto3是指由RTD派工,由天车搬运,实现了该次加工完全不需要人参与。采用逐步上线的方式便于发现问题,减少上线风险,减轻对生产的影响,也让线上操作人员逐步适应Full Auto。同时,也分机台逐步进行Full Auto上线,这样便于集中人力解决上线出现的问题,也能减少同时上线出现的大面积停机风险。为了保证Full Auto上线后顺利运行,整个上线测试期间,IT都安排工程师进FAB查看机台Full Auto的运行状况,将发现的问题第一时间报告上来,便于及时解决所发现的问题。同时整个Full Auto小组每天开会讨论上一天出现的问题,以及给出解决方案和解决时间。整个上线工作历时7个月,在第一条bay安装好就与硬件安装同步进行。

  系统全面上线以后,开发了Full Auto的Web报表系统,以网页方式供用户查询Full Auto的一些关键KPI。同时为便于工厂操作人员实时了解Full Auto的机台状况,又开发了e-Board系统,以电子看板的形式实时显示机台的当前情况。

  对此项目的体会是:对于一个大型项目的开发,统筹安排好各个子系统的衔接工作至关重要。本项目就利用统筹法进行安排,在硬件安装的同时,进行软件开发,同时在硬件安装完一条bay,软件开发完成时,进行上线测试,这既加快了进度,也分散了风险。

  4、效益分析

  系统上线以后,取得了明显的成效。

  1)减轻工作强度:由于选货,搬货都实现了从之前的人工操作到系统自动选货,天车自动搬运的Full Auto,极大地降低了一线操作人员的工作强度;相关数据显示评价降低80%的工作强度。

  2)降低Cycle Time:使用RTD派工,实现了智能化派工,同时用机器实现了更快更及时的搬运,降低了Cycle Time;

  3)提高机台利用率:以前机台跑完货,平均需要好几分钟,操作工才将FOUP搬走, Full Auto上线后,整个搬离时间缩短为原来的1/4。同时由于采用OHB设计,下一个FOUP能够比较及时地搬运过来,这样极大地提高了机台的利用率。

  4)减少操作人员犯错几率: Full Auto上线后,选货,搬货都实现了全自动化,减少了人为干扰,也减少了人为犯错的可能。

  5)提高产品质量:半导体生产都是超微细加工,灰尘是天敌,随着自动化程度的提高,工厂人员的减少,工厂更加洁净,同时天车的搬运比人的搬运更加平顺,这些都为产品质量的提高创造了条件。

四、企业信息化未来发展规划

  当前Full Auto只做了一期工程,覆盖了全厂部分机台,接下来需要做Full Auto二期工程,目标能够覆盖全厂所有机台。同时在做一期工程时,还有很多操作没有实现Full Auto,如: NPW的Full Auto,Sorter机台的Full Auto以及Error handling的处理,这些都是二期工程需要解决的。未来根据公司业务发展情况,还会考虑增加新的系统,如Reticle的自动化搬运系统,Scheduling系统等等,进一步提高整个工厂的Full Auto的等级。 

责任编辑:陈浩
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