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物联网技术与智能制造深度融合的英飞凌无锡实践

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2017世界物联网博览会定于今年9月10日-13日在江苏无锡举办。英飞凌科技(无锡)有限公司自主研发的智能卡后道自动化蓝图(BEAR)系统,突破硬件和软件异构数据整合难题,推动物联网技术与智能制造完美融合,成为“中国智造”的优秀样本。

智能制造是“中国制造2025”战略的核心,芯片生产制造是工业智能化的先导行业。英飞凌科技(无锡)有限公司是德国英飞凌科技公司在中国投资设立的第一家独资企业。该公司自主研发的智能卡后道自动化蓝图(BEAR)系统,突破硬件和软件异构数据整合难题,运用物联网技术捕获“人、机、料、法”的最优参数,实现生产过程的智能化、自动化、数据化,智能卡生产周期缩减50%,生产排单效率提高25%,产品良品率提升至99.7%,基本实现产品质量零缺陷,成为“中国智造”的优秀样本。

自动化蓝图系统“玩转”智能卡生产

英飞凌无锡工厂生产的智能卡主要用于护照、身份证、银行卡、公共交通、可信计算和系统安全等各领域。英飞凌科技(无锡)有限公司执行董事、总经理陈小龙说,无锡是我国物联网技术和产业发展高地,英飞凌充分借助无锡物联网感知、数据收集和传输技术优势,将其应用于安全芯片后道智能制造,为智能制造处理数据、优化算法、实现效益提供技术支撑,推进物联网技术与智能制造完美融合。

放眼英飞凌无锡工厂的智能卡后道自动化车间,按序排列的生产线上鲜见操作员,一台台机器设备整齐排开,有的配有显示屏,有的配备扫描枪、有的贴有二维码。在先进的智能自动化生产环境下,英飞凌无锡后道工厂井然有序的自主生产。

陈小龙说,英飞凌无锡工厂自主研发了以制造企业生产过程执行管理系统(MES)为核心的智能卡后道自动化蓝图系统(BEAR系统),将物联网技术用于智能卡后道智能制造的垂直集成,通过有线以太网、无线网络、传感器和设备自身接口等物联网技术收集生产过程数据、设备状态数据和报警信息,由先进过程控制(APC)技术提取数据,并与MES的系统数据相整合。

“工程师根据传感器收集的数据建模,得出 人、机、料、法 的最优参数结论,即确定由有何种资质的人员使用何种材料在何种机器上生产何种产品的最佳组合。得出结论后,MES将最优参数反馈给机器,由机器按此最优组合智能控制产品生产的全流程。”英飞凌无锡智能卡事业部后道自动化蓝图项目负责人王建新说。

王建新介绍说,英飞凌无锡工厂整个制造过程实现了智能化、数据化和自动化。例如,机器显示屏数据反映了机器生产的关键参数,操作员可对生产过程实时监管。操作员扫描二维码既可以自动确认材料是否最优使用,也为系统选择正确的工艺流程提供参考。

英飞凌无锡安全芯片后道智能制造工厂是融合智能制造和智能产品的一个范例。作为欧洲第二大半导体企业和德国“工业4.0”的创始企业和理事成员,英飞凌不仅注重产品的研发和生产,还要实现从产品到系统的延伸,即为企业提供智能制造的整体系解决方案,切实践行“工业4.0”的先进理念。

为达到高经济效益的目标,BEAR系统通过定义、度量、分析、改进和控制五个流程,持续改进整个智能制造的过程。

王建新介绍说,首先,系统依照重要性对影响机器和工艺的参数进行排序;其次,通过自动化细微数据收集获取有效的参数数据;第三,分析数据,找到产品在哪个参数范围内成品率最高、报废率最低;第四,工程师进行工艺建模和工程更改订单管理,对数据分析的结果做长期跟踪改进;最后,把改进的结果通过系统反馈给机器,由机器自动化更改设施、监控和警报。

优化“人、机、料、法”参数实现零缺陷制造

王建新说,如何智能处理感知数据是物联网技术运用于安全芯片后道智能制造的核心难点。由于通过物联网技术收集的大量数据用于参数控制、异常情况、返工、流程管理等,必须确保所采数据及数据算法的正确性和及时性。

在硬件方面,原有机器设备缺少数据接口,无法收集有效数据。“BEAR系统正是基于大数据分析,寻求智能制造的最优方案。如果没有数据,智能制造、持续改进仅是一纸空谈。”王建新说。

英飞凌无锡专门对旧机器进行更新升级,为每台旧机器外挂一个中转装置,一方面收集数据,另一方面通过联网设备将数据传输到数据库,有效解决了重要数据的收集和传输问题。同时,大幅缩减更迭设备所需的费用。

在数据整合方面,半导体制造中的信息流包括面向生产过程的分布式实时数据和面向生产经营的管理数据。这两种数据的时间粒度不同,分别由实时数据库和关系数据库管理。如何沟通这些异构数据库,实现生产的硬件、软件要素集成,是需要英飞凌攻关的核心技术难点。

为此,英飞凌自主开发了YODA应用集成与机台自动化系统实时发布-订阅系统,以中间件技术实现了生产实时数据与管理数据间的整合。

英飞凌以大型数据库为基础,采用构件技术、面向对象技术、XML(可扩展标记语言)技术和建模技术,研究、分析、开发和实施以生产过程模型为驱动的流程行业数据集成平台,为建立开放的、柔性的、敏捷的流程行业MES提供基础的数据环境,发挥应用系统的最大价值。

“BEAR系统的核心——MES系统通过物联网技术闭环控制人、机、料、法四大因素,根据感知数据确定最优算法,从而智能把控生产的每个环节,实现了产品生产过程的全跟踪和智能化确认。”王建新说。

针对操作人员,MES系统通过扫描员工卡二维码自动确认员工是否接受过培训认证及认证是否失效,从而判断当前员工是否适合操作机台;针对机器设备,MES系统自动确认当前机器的状态及是否可以生产当前产品,自动确认机器关键零部件是否适用当前产品;针对所用材料,系统控制材料的储存、领用、适用、过期控制、报废,自动确认材料是否在合适的机器被合适的产品使用,实现产品材料在制造过程中的全跟踪;针对工艺流程,系统根据当前所生产的产品批次和所用机器型号自动下载相关程序和参数到机器,实现工艺流程系统自动化。

王建新说,MES系统具有自动排单功能,按照法则确定产品生产的优先级别,并根据产品和生产工序提前告知工程师,为设备换型,从而节省生产时间。同时,产品正式生产后,系统预先算好优先顺序、安排好生产设备和生产顺序,大幅减少了生产周期。而全由系统安排的生产过程,减少了人为的差错率,保障了生产的稳定性。

数据显示,BEAR系统的实施将智能卡生产周期从原来的6天缩短至3天,降幅达50%,生产排单效率提高了25%,产品良品率从98.7%提高到99.7%,基本实现零缺陷制造的目标。

三角商业模式助力中国制造2025战略

陈小龙表示,英飞凌无锡工厂成功实现了制造系统的统一化、数字化、自动化和智能化,从根本上颠覆了传统半导体后道制造。

未来,英飞凌将以英飞凌无锡、有资质的系统开发合作伙伴和第三方客户的三角商业模式在中国推广。“英飞凌无锡在中国本地寻找具有系统开发资质的合作伙伴,将英飞凌的工业4.0理念和解决方案传递给合作伙伴,由合作伙伴针对有需求的第三方客户定制开发智能制造系统。”陈小龙说。

目前,英飞凌无锡安全芯片后道智能制造工厂的实施方法和经验已作为英飞凌公司的样板项目,推广到英飞凌全球其他重要制造基地,如英飞凌德国雷根斯堡的后道智能制造工厂的生产中。

陈小龙说,从整体上看,“中国制造2025”与“德国工业4.0”殊途同归,有着巨大的合作空间。“我们将以英飞凌无锡工厂为范例,与无锡本地乃至中国企业分享英飞凌践行工业4.0的经验和成果,针对不同行业的具体需求,个性化制定解决方案,提升本地企业的智能制造水平,助力中国制造2025的实施。”

企业简介:英飞凌科技(无锡)有限公司为德国英飞凌科技公司在中国建立的第一家独资企业,由英飞凌科技(中国)有限公司直接投资,总投资额为1.5亿美元,注册资本5000万美金,主要从事半导体后道封装和智能卡芯片封装。公司于1996年开始运作,目前拥有员工2000人左右。

案例简述:英飞凌安全芯片后道智能制造项目于2014年9月启动,通过自主研发的智能卡后道自动化蓝图(BEAR)系统,突破硬件和软件异构数据整合难题,运用物联网技术,捕获“人、机、料、法”的最优参数,实现生产过程的智能化、自动化、数据化,全程的产品数据可追溯性。智能卡生产周期缩减50%,生产排单效率提高25%,产品良品率提升至99.7%,基本实现产品质量零缺陷。(殷晴、孙寅)

(原标题:物联网技术与智能制造深度融合的英飞凌无锡实践)

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