半导体制造本质上是一项复杂的操作，而且似乎已达到晶圆尺寸和芯片小型化的极限。生产能力和所需的资本投资（一个新的高产能晶圆厂成本或超过150亿美元）等因素是整个行业升级到更大晶圆尺寸以及在给定晶圆上添加更多单个芯片以提高产能的主要限制，那些没有资金投资新晶圆厂的公司可能会寻求提高生产力以提高质量、产量以充分利用现有资产。

保持竞争力、控制成本并从现有资产中获得更高效率的法宝 — 现代工业 4.0 技术。

什么是半导体智能制造？

semi.org 上发表的一篇采访《工业 4.0 的智能后端装配工厂》强调了自动化和智能工厂对半导体制造的真正意义以及它应该能够实现的目标。我们对智能制造的解释由以下四个要素定义：

互操作性：表示 CPS（网络物理系统）和 CPPS（网络物理生产系统）和谐运行的网络物理市场，创建自编排流程，并通过传感器、物联网和 MES 为核心实现自动协调。
信息透明度：能够通过应用人工智能 AI 和机器学习 ML 获得情境化的边缘和制造数据，从而更清晰地了解整体制造状况。它消除了可能的瓶颈并取得了更好的运营结果。
技术援助：部署机器人（或协作机器人）和自动化材料处理工具来协助流程人员，不仅减少重复的体力劳动，而且能够积极进行流程管理和决策制定。
自主决策：一种高度先进的自动化状态，其中智能网络物理实体做出明智的决策，从而直接改善现状。这超出了执行范围，并且很好地进入了流程优化领域。

到目前为止，有两件事已经变得很清晰：第一，为了提高产量并缩短周期时间，半导体制造商需要转向智能工厂，以数据驱动的自动化为核心。第二，真正的自动化不仅仅来自机器人和自动化技术的部署。它伴随着自动化工具、材料和工艺设备之间的智能交互，提升到流程编排完全自动化和高级算法管理车间的程度。作为结果的瓶颈不断受到限制，产量得到优化，周期时间既可预测又可控。

工业 4.0 和数字化转型的核心要求是能够实时利用决策制定和自动化所需的所有数据。部署高级分析和从收集的数据中获取决策支持信息的能力，以及最终使用智能信息影响车间实时和改进相关变化的能力，可以实现自动化和流程改进。

始于现代 MES

拥有自动化更高的半导体制造业务从现代 MES 作为数字化转型的核心开始。MES 充当高层业务系统和低层自动化以及点和“边缘”系统之间的桥梁。MES 是创建环境的基础，在该环境中，可以捕获并利用与改进战略目标相关的所有数据来实现既定目标。但给定流程的复杂性以及对遗留系统和单个解决方案的依赖可能会成为变革的障碍。这可能会使决策缓慢，并且在极少数情况下，完全破坏部署现代 MES 数据平台的努力。

以下有五个信号表明您需要转换到现代 MES：

1. 现有系统僵化且复杂

如果您的晶圆厂仍然依赖于 MULE（成熟的未归档遗留执行系统）或用于计划、调度和执行的多个单独系统，则表明您现有的系统是僵化的并且结构过于复杂。可以做一个简单的测试，查看是否有可能从各种单独系统和 MULE 收集数据，并结合 ERP 或 SCM ，看是否影响供应商交付时间。另外，也可以尝试相反的方法，是否有可能使用需求和预测数据来创建生产计划的变化，从而使流程得到优化、没有瓶颈，即使考虑到再入流程和工具/资源可用性的复杂性？如果您得出的答案是“否”和“否”，那么您的系统内数据无法自由流动，并且无法添加上下文和提供实时决策制定能力。

2. 很难为当前系统寻找技术支持的人员

对于大多数自主开发/单独系统，无论是质量管理、材料处理还是流程执行，随着时间的推移，构建系统的人员要么离开，要么因为供应商的原因，技术支持将不复存在。在这种情况下，价值数百万美元的晶圆厂依赖于无法再更改或更新配置的系统实现所需的自动化水平，这会成为一种业务风险。现代 MES 系统是模块化、用户驱动的并且易于配置。除非您当前的系统允许此类功能，或者如果由于缺乏支持而无法进行任何更改，那么现在是更换的时候了。

3. 当前系统的维护成本不断上升

在典型的现场安装中，通过额外的服务器为新流程和价值链数据、收集和处理需求维护和添加存储的成本总是不断增加。遗留系统通常需要编码，即使是要进行最简单的外观更改，更不用说配置高级启发式算法来建立类似 APC 的控制以实现更好的调度。现代 MES 系统是基于云的，允许用户根据从车间收集的数据和证据配置从仪表板到调度逻辑的所有内容。如果您每次更改遗留 MES 或单独系统功能时都会花费一大笔钱，那么是时候更新应用程序了。

4. 过时的技术且管理资源缺乏

如果您的系统需要工程师被迫使用陈旧的编程语言和工具来更新系统的功能，那是时候做改变了。使用 COBOL 等过时语言的系统不可能带来可以推动您的运营向自动化和智能工厂发展的变化。当管理旧系统变得极其困难时，尽管您严重依赖它们，但还是建议进行更换，而不是因依赖过时的技术而失去竞争优势。现代系统被配置为处理高复杂性、易于集成和实时管理大量数据。这种能力是旧技术难以实现的。如果没有能力使用最新和准确的数据来影响变化，自动化和智能工厂永远不会成为现实。

5. 当前系统缺乏高级功能

工业 4.0 带来了一系列智能技术，包括物联网 (IoT)、人工智能、虚拟现实和增强现实、3D 打印、云计算以及 AGV 和协作机器人等自动化工具。其中一些技术过去曾用于半导体工厂，而其他技术则相对较新。工业4.0的独特之处在于能够通过MES等应用结合各种技术，推动改进，最终实现流程自动化和优化。除非你目前的系统能够以数据为核心优化部署这种现代技术栈，否则最好假设系统现在已经过时，要么需要重新配置（这往往超出预算范围），要么以现代MES为中心分阶段、有控制地替换。

如果您认同上述任何一点，并决心拥有一个现代化的自动化半导体工厂，那么现在正是您优先对已部署的生产系统进行战略审查并考虑将其替换为现代 MES 数据平台的最佳时机。

方法之一是对目前使用的现有系统进行详细评估。确定哪些系统是核心/现代的，哪些是遗留的，为 MES 集成做准备。此过程称为 APR（系统组合合理化），它是开始您的工业 4.0 之旅的关键，尤其是在棕地工作时，我们以后会有关于 APR 的后续文章。

工厂现代化的技术现已存在，是满足当前制造芯片及组件前所未有的需求所必须的。实现 MES 现代化摆脱 MULE 系统是获得工业 4.0 带给晶圆厂收益第一步。