在半導(dǎo)體行業(yè)談到工業(yè)4.0時，至少應(yīng)該從兩個層面來看工業(yè)4.0的發(fā)展。其一是半導(dǎo)體行業(yè)本身作為推動工業(yè)4.0和智能制造發(fā)展的底層力量——如傳感、AI、通訊技術(shù)時，其價值體現(xiàn)；其二是半導(dǎo)體制造工廠，是如何受惠于工業(yè)4.0技術(shù)來進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率的。3Voesmc

半導(dǎo)體領(lǐng)域更多在談的是前一個話題，而作為制造業(yè)最頂尖的存在，半導(dǎo)體制造對于工業(yè)4.0的應(yīng)用更能表現(xiàn)“智能”在這個時代制造行業(yè)中的應(yīng)用程度?！秶H電子商情》記者走訪了幾家大型企業(yè)，結(jié)合一些數(shù)據(jù)，大致可以勾勒出工業(yè)4.0在半導(dǎo)體制造行業(yè)的推進(jìn)狀況。3Voesmc

半導(dǎo)體制造的工業(yè)4.0究竟能干什么？

MarketsandMartkets給出相對工業(yè)4.0現(xiàn)階段的主要價值：在工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域?qū)嵤┕I(yè)4.0，技術(shù)就能幫助生產(chǎn)者分析設(shè)備運(yùn)行狀況，避免計(jì)劃外停機(jī)和浪費(fèi)。在整個垂直領(lǐng)域，預(yù)防性的維護(hù)解決方案已經(jīng)是成為未來3-4年內(nèi)的主要增長點(diǎn)。這里首先就半導(dǎo)體制造的預(yù)防性維護(hù)解決方案舉個例子：3Voesmc

在發(fā)生晶圓生產(chǎn)不良率高的問題時，工程師總是需要花數(shù)周時間去做討論和分析——這對生產(chǎn)效率并不是好事。如果能有這樣一種技術(shù)，對生產(chǎn)的不良品進(jìn)行歸類，同時詳細(xì)列出不良品的參數(shù)數(shù)據(jù)，再經(jīng)由系統(tǒng)分析得出影響良率的參數(shù)，并按照關(guān)聯(lián)度大小對參數(shù)排序，工廠效率就會提升很多。3Voesmc

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在上圖的示例中，發(fā)現(xiàn)晶圓edge patch（晶圓邊緣的生產(chǎn)缺陷）問題，智慧工廠的追蹤數(shù)據(jù)列出6個最優(yōu)關(guān)聯(lián)度參數(shù)。第一個參數(shù)是在蝕刻流程的最后一步，電流發(fā)生顯著激增；第二個參數(shù)則是氦氣值明顯降低。這兩個參數(shù)不僅關(guān)聯(lián)度最高，且彼此有聯(lián)系，這里蝕刻流程的最后一步就是氦氣分離。電流激增極有可能是在氦氣分離過程中，托盤放置不平衡，與晶圓的邊緣接觸，產(chǎn)生小范圍火花，且托盤部分氦氣口阻塞造成了氦氣值降低。3Voesmc

這是“工業(yè)4.0”中比較常見的根因分析，也是借由包括大數(shù)據(jù)、AI、IoT等技術(shù)在內(nèi)的智能制造來提升效率的例子。這個例子來自韓國智能制造解決方案供應(yīng)商BISTel。3Voesmc

根因分析只是智能制造的基礎(chǔ)能力，再進(jìn)一步是“預(yù)測性分析”。BISTel中國區(qū)銷售總監(jiān)汪鋒告訴《國際電子商情》記者：“就好像你有一輛車，一般是每5000英里保養(yǎng)一次，這是基于時間或里程的固定維護(hù)，效率是很低的。如果能實(shí)時監(jiān)測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度等數(shù)據(jù)，結(jié)合起來分析，系統(tǒng)可能就會告訴你當(dāng)前狀況運(yùn)行良好，需要在兩個月后進(jìn)行一次維護(hù)。”這就是基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)的智能預(yù)測維護(hù)（data-driven predictive analysis），比單純基于時間的方案更高效，更能降低成本。3Voesmc

落實(shí)到半導(dǎo)體制造，典型的例如針對晶圓制造設(shè)備的RUL（剩余使用壽命）分析，結(jié)合壓力、溫度、振動等各項(xiàng)參數(shù)來分析漂移趨勢，借由算法明確當(dāng)前設(shè)備的健康值，并預(yù)測設(shè)備壽命。3Voesmc
但這些仍然不是工業(yè)4.0的全部。以上所述的是監(jiān)測、分析、預(yù)測生產(chǎn)中可能遭遇的挑戰(zhàn)；未來還會強(qiáng)調(diào)“自適應(yīng)”，即上面的分析和預(yù)測過程可由應(yīng)用和系統(tǒng)自行完成，“自主地發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題”。這也是目前智能制造暫未實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，并待AI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。3Voesmc

工業(yè)4.0能帶來營收增長嗎？

BISTel的根因與預(yù)測分析的目標(biāo)，與西門子數(shù)字工廠（Digital Factory）業(yè)務(wù)的基本思路很類似：針對制造現(xiàn)實(shí)世界的各部分實(shí)體，以數(shù)字化的方式打造這些實(shí)體的數(shù)字復(fù)刻版（Digital Twin），包括產(chǎn)品本身的數(shù)字復(fù)刻版、關(guān)乎產(chǎn)品生產(chǎn)與績效的數(shù)字復(fù)刻版以及產(chǎn)品生產(chǎn)流程的數(shù)字復(fù)刻版。3Voesmc

這樣，現(xiàn)實(shí)和虛擬世界就產(chǎn)生了聯(lián)系，生產(chǎn)者在生產(chǎn)前期就能通過模擬的方式來了解產(chǎn)品、機(jī)器、設(shè)備設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，更好地理解和預(yù)測真實(shí)生產(chǎn)的績效特性。這是實(shí)現(xiàn)智能制造的又一個不同層級。3Voesmc

Mentor前兩年并入西門子數(shù)字工廠業(yè)務(wù)的邏輯就在這里：EDA（Electronics Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動化）的本質(zhì)就是微觀世界的模擬或數(shù)字復(fù)刻，是對西門子數(shù)字工廠業(yè)務(wù)的補(bǔ)足。Mentor中國區(qū)總經(jīng)理凌琳表示：“Mentor現(xiàn)在的年度增長率大概是主要競爭對手的1.5-2倍之間”，當(dāng)前年?duì)I收“大約在42億美元左右”。3Voesmc

從EDA與印刷電路板業(yè)務(wù)，到電子設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域協(xié)同，提供閉環(huán)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，Mentor并入西門子工業(yè)軟件業(yè)務(wù)以后，已經(jīng)基本完成了傳統(tǒng)EDA廠商角色轉(zhuǎn)型。42億美元這個基數(shù)實(shí)則已經(jīng)超過了Synopsys和Cadence同期年度營收，雖然這個數(shù)字是指西門子PLM技術(shù)軟件的總營收，但Mentor在更專注的工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)營收增長，顯然是以往傳統(tǒng)EDA戰(zhàn)場很難做到的。3Voesmc

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據(jù)了解，2018年西門子數(shù)字工廠業(yè)務(wù)年度營收為129.32億歐元，較之2017年增長了11%。不僅是Mentor，西門子還在持續(xù)進(jìn)行該業(yè)務(wù)的兼并和收購操作，包括Tass、Infolytica、Sarokal等，來持續(xù)補(bǔ)足其數(shù)字復(fù)刻的能力。3Voesmc

西門子在2018財(cái)年報(bào)告中提到，數(shù)字工廠業(yè)務(wù)所有業(yè)務(wù)的訂單量和收益都在增長，短期業(yè)務(wù)績效非常出色。當(dāng)前客戶投資成長速度要快于其生產(chǎn)投入，表明自動化和數(shù)字化有相當(dāng)清晰的成長趨勢。3Voesmc

“尤其是政府部門性質(zhì)的發(fā)展鼓勵措施也在發(fā)生促進(jìn)作用，從地域分布來看中國是主要成長驅(qū)動力，同時，美國的成長趨勢也依然強(qiáng)勁。”加上西門子“過程工業(yè)與驅(qū)動（Process Industries and Drives）”業(yè)務(wù)在工業(yè)4.0實(shí)際產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上的配合，西門子以及被收購的Mentor，著力于數(shù)字工廠的發(fā)展勢頭已經(jīng)可以解釋工業(yè)4.0是否真的帶來了成效。3Voesmc

MarketsandMarkets的報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)4.0市場2016年的規(guī)模為666.7億美元，到2022年預(yù)計(jì)將達(dá)到1523.1億美元，復(fù)合年增長率在14.72%；IoT Analytics的數(shù)據(jù)則認(rèn)為，工業(yè)4.0市場的復(fù)合年增長率可以達(dá)到37%，到2023年，市場規(guī)?？蛇_(dá)到3100億美元。3Voesmc

工業(yè)4.0的部署進(jìn)展如何？

工業(yè)4.0涉及到多方面、多層面的技術(shù)領(lǐng)域，絕不僅限于前文提到的智能制造解決方案以及數(shù)字模擬、測試分析等層面。這一技術(shù)熱點(diǎn)涵蓋的玩家可以包括主機(jī)服務(wù)（如微軟）、工業(yè)IoT平臺（如西門子）、傳感器（如Festo）、連接（如HMS），甚至還包括協(xié)作機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)/現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)安全、機(jī)器視覺解決方案、無人機(jī)等。3Voesmc

當(dāng)這些技術(shù)真正部署到半導(dǎo)體制造相關(guān)企業(yè)會是什么樣子？這可以從林德（Linde）東亞區(qū)的遠(yuǎn)程控制中心來作管中窺豹。當(dāng)前，林德已經(jīng)是全球最大的工業(yè)氣體供應(yīng)商。為包括半導(dǎo)體、顯示面板在內(nèi)的電子產(chǎn)業(yè)提供晶圓制造所需的氦氣及其他氣體，是林德的重要營收來源之一。3Voesmc

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“在整個中國大陸范圍內(nèi)，林德有總共350公里的管道，8大工業(yè)園區(qū)，通過管道將氣體供應(yīng)給客戶。”聯(lián)華林德中國區(qū)總裁唐瑞平在帶領(lǐng)我們參觀位于上海的林德遠(yuǎn)程控制中心時說道。3Voesmc

在一個房間內(nèi)，幾位工程師和操作員在對著幾個屏幕操控遠(yuǎn)端裝置。唐瑞平介紹說：“這幾個屏幕可監(jiān)視幾十個裝置，其中有現(xiàn)場制氮無人裝置，該裝置在遠(yuǎn)端自動運(yùn)行，我們會監(jiān)控裝置的運(yùn)行情況。不止實(shí)時檢測管道泄漏等數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析還能夠產(chǎn)生預(yù)測模型，并把所有管道信息、客戶信息都納入我們的系統(tǒng)中，比如通過客戶用氣量的多少，來實(shí)時調(diào)配裝置負(fù)載、減少放空等。”3Voesmc

他還補(bǔ)充道：“針對空分裝置，借由收集到的數(shù)據(jù)，能預(yù)測裝置三個月后的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個數(shù)據(jù)趨勢異常，在發(fā)出警報(bào)前我們就要開始準(zhǔn)備備件。”這和BISTel的方案很相似。3Voesmc

林德在寧波設(shè)有82公里的氮?dú)夤艿老到y(tǒng)裝置，通過遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)就能實(shí)時查看管道地圖：在操作人員的演示中，它能像電子地圖那樣放大、縮小，點(diǎn)擊任意位置都可查看管道的詳細(xì)數(shù)據(jù)，包括材料、直徑、壓力、高度等，就連埋地管線都可實(shí)時遠(yuǎn)程調(diào)出。該操作人員表示：“我們借助當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)院的資質(zhì)，用無人機(jī)去拍攝，建模之后就能夠這樣呈現(xiàn)出來。”3Voesmc

“一些大型空分、液體空分，會有一套‘先進(jìn)控制系統(tǒng)’。它能根據(jù)客戶的壓力、純度等波動，自動調(diào)整裝置負(fù)荷。我們設(shè)定一個值，如果超過這個指標(biāo)，客戶那邊就會切換到備用系統(tǒng)。我們收到報(bào)警后，就會嘗試去處理、解決問題。”唐瑞平說，“像這樣一個大型空分，操作人員只需要簡單輸入需要多少氧氣目標(biāo)值，整個系統(tǒng)就能自動跑起來。”3Voesmc

這些都是以往在科幻電影中才能見到的畫面，現(xiàn)在已經(jīng)切實(shí)應(yīng)用到了一線生產(chǎn)中，一邊減少人員成本，一邊提升生產(chǎn)效率，甚至采用AI技術(shù)來預(yù)測生產(chǎn)問題的發(fā)生，以及通過數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)模擬仿真。即便我們尚無法全盤了解工業(yè)4.0在生產(chǎn)制造行業(yè)的覆蓋情況，但從既有智能制造解決方案、收益產(chǎn)生以及實(shí)際案例這三個角度，也能管中一窺地發(fā)現(xiàn)，工業(yè)4.0正在改變半導(dǎo)體行業(yè)上下游的方方面面。3Voesmc

本文為《國際電子商情》11月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。免費(fèi)雜志訂閱申請點(diǎn)擊 這里 3Voesmc