芯片、半導體行業MES系統應用介紹，北京天思天心助力企業信息化，智慧化，可視化，數字化

半導體制造工藝流程較為復雜，專業性要求較高，因此擁有一套與企業情況相匹配的、具有擴展性、可靠性的MES的生產控制管理系統顯得尤為重要。

如今隨著5G技術的應用發展，通過利用該技術實施MES系統的優化改造，使得移動EMS系統成為可能，這對于推動半導體生產企業實現可持續發展具有重要的意義。

 

1、MES系統與半導體制造行業

MES系統屬于一種制造執行管理系統，是企業實施敏捷制造戰略與實現車間生產敏捷化的一種重要的技術手段。

從我國當下半導體制造行業信息化系統應用發展現狀來看，ERP管理系統與現場自動化系統是半導體制造行業信息化系統應用的兩大重點，然而隨著市場競爭加劇，半導體制造行業競爭逐漸已以產品為導向轉變為以市場為導向，僅僅依靠上述兩種系統已經難以獲得核心競爭優勢，而EMS系統的出現則有效彌補了這一缺陷，在該系統的幫助下，能夠為半導體制造企業提供一個更為精細化、彈性化的制造生產環境，能夠很好的充當制造生產計劃層與現場自動化系統之間的橋梁，負責車間生產管理與調度執行。

更為重要的是，EMS系統能夠將生產調度、產品跟蹤、質量控制、設備故障分析以及網絡報表管理等功能統一集成在一個平臺之上，通過依靠互聯網絡與數據庫，能夠同時為企業多個部門提供車間管理信息服務，從而實現半導體制造過程的整體優化，幫助半導體制造企業完成閉環生產，有效提升半導體制造生產自動化信息水平。

2、基于PDA的移動MES系統的提出

PDA即是掌上電腦，主要包括兩種展現形式，一是工業級掌上電腦，比如常見的有RFID讀寫器、條形碼掃描器等，二是消費品掌上電腦，該內容包含更多，比如生活中常見的智能手機、平板電腦等都屬于消費品掌上電腦。

在MES系統中引入工業級掌上電腦，已是當下智能制造的一個新的發展趨勢，在半導體制造過程中，通過進行掃碼來完成產品揀配、產品收發貨等操作，可以有效降低人為出錯率，提升制造生產效率。

MES系統在半導體制造中傳統應用，一般都是依托于有線局域網絡，在執行在線操作時，需要通過臺式電腦完成。但這種傳統操作方式存在以下弊端，

一是容易帳料不符，在實際生產過程中，由于生產車間內設備較為復雜，受空間限制，臺式電腦數量一般不會太多，不可能人手一臺，因此會出現多人等待使用同一臺電腦的現象，很容易造成次次過賬不及時問題。

當某批次產品已經完成生產后，需要及時將該批次信息通過電腦轉入MES系統之中，然而由于批次過賬不及時，很容易造成批次混亂，對生產制造管理造成不利影響。

二是作業效率低下，通常情況下，車間內臺式電腦均會固定在某一位置，并且與生產作業機臺著一定的距離，每完成一批產品生產后，需要工作人員通過電腦完成批次信息轉入，每次轉入時，還需要重新切換賬戶，再加上系統運轉時因網絡波動等問題會出現一定延時，而工作人員也需要在生產機臺與電腦之間頻繁走動，從而對最終生產效率造成不利影響。

以某車間半導體制造光刻導軌為例，該車間共有51臺設備，每天生產3200批次產品，每生產一次需要在機臺與電腦之間來回移動2次，那么需要移動6400次，以每天22人計算，人均移動290次，從而對作業效率造成嚴重的影響。

三是批次輸入很容易出錯。一般工作人員在生產過程中會佩戴后者的防塵服與防塵手套，在實際進行手動輸入時批次號時，很容易面臨輸錯的風險，從而對整體生產造成不利影響。

通過上述分析我們可以認識到，MES系統在半導體制造中的傳統應用之所以出現上述弊端問題，主要是因為受限于互聯網絡不足，只能夠采用有線網絡進行系統間通信連接，究其原因在于，2G、4G無線網絡會對生產機臺通信造成干擾，并且網絡信號傳輸較差，難以真正勝任掌上電腦之間的通信傳輸，因此無法將掌上電腦融入MES系統之中，實現能夠移動的EMS系統建設。

而5G無線網絡的出現，則使得掌上電腦融合MES系統成為了可能，相對于4G無線網絡，5G無線網絡在網絡速度方面得到了質的提升，最高能夠達到1Gbps，每秒可以傳輸約125MB信息內容，并且網絡信號穿透性良好，不會對車間內生產機器設備造成干擾，從而為車間架設無線網絡奠定了堅實的技術基礎。

與此同時，在工業級掌上電腦代表之一條碼掃描槍之中，專門配置有Android系統，因此能夠支持各種無線網絡連接，只需要通過開發出相關AAP，并將APP安裝進掌上電腦中，既可以成功替代臺式電腦，實現車間內移動MES的智能化改造，在實際應用時更加方便快捷，實際操作效率更高，不再需要人工進行生產批次號手動輸入，只需要用條碼掃描槍掃描即可完成ERS系統的批次信息Track In（轉入），可有效避免手工輸錯問題發生。

3、基于PDA的移動MES系統的設計與實現

通過上文敘述可知，掌上電腦中裝有開源的Android系統，因此可以采用Java語言，完成專門的APP的開發。在具體開發方面，首先需要明確系統相關功能，比如用戶管理功能、訂單管理功能等。

另一方面，還需要做好相關功能實現，比如針對服務器端功能實現，可以采用Jersey+Spring+Hibernate框架，相較于以往單一的Java Web開發模式，這種方式不僅更容易實現，而且實際配置也比較簡單，實現符合MVC模式的Web服務。

在具體功能模塊實現上，以訂單管理模塊中新建訂單為例，來對服務端整個實現過程進行分析。當生產人員完成產品選擇后，點擊確認，客戶端會迅速響應，并發送rest服務請求，隨后調用響應服務，容器按照Jersey配置，尋找對應服務提供類Order Service的query Orders方法，然后獲取Order Dao實例，接著調用query Orders方法，在通過利用Hibernate提供的數據庫，來對query Orders方法訪問，并查詢配置文件配置的數據庫，Hibernate將數據根據order.hbm文件映射成Order中生成訂單數據。由此完成相應功能開發。

最終在完成整個APP開發后，將其裝入掌上電腦之中，同時在電腦中引入5G無線網絡，即可實現掌上電腦與以圖形方式顯示的計算機操作系統（以下簡稱GUI系統，該系統是EMS系統的核心）的數據互通，為保障掌上電腦能夠GUI系統真正融合在一起，不會影響系統自身使用，可以選擇采用Http Client方式，完成與GUI數據傳遞。

通過利用POST方式，完成參數傳遞，在GUI接受到參數后，會獲得XML格式的數據文件，通過將該文件進行解析，在類似爬蟲技術的幫助下，獲得所需的數據信息，并直接顯示在掌上電腦界面中，供用戶直接瀏覽，GUI系統也會完成相應數據的保存。

移動MES系統各項操作分析：

一是在執行半導體生產頻次信息Track In（轉入）操作時，需要通過掌上移動電腦輸入設備ID、批次號信息，從服務器中獲得相關根據輸入的設備ID號，然后點擊“Track In”按鈕，完成轉入操作，服務器會自動記錄轉入的批次信息，并將其保存至數據庫之中。

二是在執行Track Out操作時，可通過掌上電腦輸入半導體生產批次號信息，并點擊“Track Out”按鈕，后進行“Track Out”操作，相關操作結果也會自動錄入系統數據庫之中。

三是在執行批次查詢操作時，可通過掌上電腦輸入半導體生產批次號信息，服務器會根據輸入的信息，自動顯示該批次號詳細的信息，比如產品種類，產品生產步驟等信息。

四是在執行機臺狀態修改操作時，通過輸入想要修改的機臺設備ID，服務器會根據設備ID，調取該機臺的狀態信息，包括Location、設備類別、設備狀態等信息，工作人員可以從設備狀態的下拉菜單中，完成修改狀態選擇，然后點擊“修改”按鈕，即可完成設備狀態的自動修改，相關操作信息及操作結果也會被記錄進系統數據庫中。

4、移動MES實際應用與應用效益分析

以某半導體生產凈化間為例，通過進行5G無線網絡鋪設，并在凈化間內設置了20個AP接入點，確保凈化間中間層99%區域都能夠得到5G無線網絡覆蓋。

應注意，無線AP接入點不包括凈化間上下夾層，若無線AP接入點指示燈為綠色，則說明表示接入點運行正常，而有無設備接入后，指示燈由綠色變為藍色。

在實際生產過程中，工作人員可以人手一臺掌上移動電腦，利用自己的工好通過掌上移動電腦登入GUI系統之中，并結合生產實際，直接通過掌上電腦完成Track In/Out操作，不需要再來回往返于機臺與臺式電腦之間，可有效提升生產效率。

在應用效益方面，一是使得工作人員的生產工作方式得到了有效的優化，仍以半導體生產光刻導軌車間為例，通過在EMS系統中融入了掌上電腦，使得該崗位的標準作業時間得到了有效的縮減，具體縮減時間為30秒，車間崗位人力配置平均得到了有效的活化，活化數值為0.4人。

從綜合評估結果來看，原先一車間完成作業生產需要人力配置為2.8人，如今相同的作業量只需要2.4即可完成，從而可以有效降低作業生產人力需求，節約企業人力資源成本。

二是使得半導體生產質量風險得到了有效的降低。某企業在進行半導體生產過程中，在涂膠崗位，出現了如下生產風險事故，某批次產品本該進行作業涂膠，結果由于工作人員疏忽，將該批次產品誤加到了顯影設備機臺上，直接做了顯影菜單，最終引發修通PCM參數異常，導致整批半導體產品報廢。

事后通過調查得知，由于該工作人員為圖省事，推車上Track in批次較多，導致需要涂膠與需要顯影產品批次出現了混亂，再加上沒有及時做好核對，最終導致本該涂膠的產品被推上顯影的機臺，引發產品生產質量風險事故。

而通過引入移動MES系統，工作人員通可直接通過掌上電腦進行操作，操作簡便，能夠實現快速過賬與實時配料，防止出現人工失誤，降低生產質量風險發生概率。

5、總結

綜上所述，在智能制造技術與5G技術飛速發展的當下，為半導體制造行業進行EMS系統優化改造提供了良好的技術支持，通過在EMS系統中融入掌上電腦，使其變移動EMS系統，能夠促使系統作用價值得到更加充分的發揮，有效提升半導體制造生產效率，推動半導體制造產業實現更好的發展。