中芯國際：半導體晶元智能製造集成創新與應用

最新 04-26

先進位造業AMdaily

「中國製造2025」和「互聯網+」國家戰略的實踐者和推動者

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導讀

為了更好地推廣和施行「智能製造」戰略思想，針對國內半導體企業生產製造和決策的需求，中芯國際將基於「智能製造」戰略計劃總目標定為：對半導體企業晶元製造過程中存在的數據信息化集成系統關鍵技術進行研究與攻關，建立基於數字信息化的半導體企業晶元生產管控平台，集工業數據互聯與工業數據處理與分析為一體，實現工業數據與信息化平台的深度集成。

一

企業背景

半導體晶元製造是一個集尖端技術與產業高附加值於一體的產業，對國民經濟的發展具有巨大的推動作用和戰略價值，世界各國政府都將其視為國家經濟的骨幹產業之一。2010年，德國率先提出「工業4.0」的概念，第一次將「互聯網」與「製造業」的概念相連，隨後美國提出「工業互聯網」計劃、中國提出「中國製造2025」戰略計劃，而三者概念的核心都是「智能製造」：即利用無處不在的感測器、嵌入式中端系統、智能控制系統、通信設施等形成一個智能網路，將產品數據、設備數據、研發數據、工業鏈數據、運營數據、管理數據等進行高度分析與集成，把設備、生產線、工廠、供應商、產品和客戶緊密地聯繫在一起，推進傳統製造業向智能製造業創新發展，最終實現傳統製造業由大規模生產到個性化定製的成功轉型。

通過五年的高速發展，中國已成為全球最大的智能手機市場與製造基地，2015年全球前10大智能手機廠商中有7家為中國品牌。不僅僅是智能手機，新興的智能穿戴產業正在為中國智能產業的瓶頸尋求突破機遇，成為中國企業在核心技術和關鍵元器件的市場創新力量。因此，在市場需求擴大和相關政策推動的雙方面正反饋中，著力於半導體晶元生產製造的中芯國際集成電路製造（上海）有限公司（簡稱「中芯國際」）作為國家近年來大力扶植的集成電路製造行業中至關重要的參與者與踐行者，推行「半導體晶元智能製造」的理念與行動勢在必行。

二

智能製造戰略規劃構想

1.基礎設施信息網路高度互聯

以工業大數據為基礎建立資料庫，堅持所有核心業務在一個信息系統中實現的一體化信息集成原則，通過增加中央伺服器數量並且提升其響應速度，將工業生產數據與更多的生產數據分析軟體平台相聯繫，實現具備「實時」特性的加工過程數據分析與工藝控制，提升工藝流程自動化控制水平，更好的保障產品質量；實現生產設備、物料傳送、操作人員、產品流動等所有數據信息的智能集成。根據國家「中國製造2025戰略規劃」，中芯國際計劃在2018年底實現40%以上的機台EAP信息同MES直接互聯，2025年底實現工業大數據云存儲，實現全部機台EAP信息同MES信息聯動直接存儲至資料庫。

2.製造工業大數據存儲與分析

在現有團隊的基礎上，完善更加專業的CIM團隊，研究生產製造控制系統平台的開發與優化，生產管控平台將會逐步完善。在已開發完成的數據集成子系統（即數據集成可視化APP）的基礎上，逐步加強對生產數據的分析與自動整合，分別從不同角度展示生產線實時狀況； MES作為工業生產數據的來源基石，各生產線利用工業資料庫的龐大信息量抓取想要提取的信息，通過先進的模擬（Simulation）軟體和生產調度（Scheduling）集成系統進行生產需求的智能化調整聯動，利用面向機台端的實時派工系統（Real Time Dispatch）及時調整生產規則，提高機台利用率（Utilization）,機台生產效率（Efficiency），爭取產品產出量的最大化，全面實現生產製造過程的自動化、智能化及可視化。目前，中芯國際已完成30%左右的機台端有效數據與生產派工指導系統的整合，預計2019年實現50%以上的數據存儲與數據挖掘，到2025年實現工業所有有效數據在各數據分析平台的集成與分析挖掘。

三

智能製造實施現狀和效果

2015年開始，在「中國製造2025」戰略思想的感召下，中芯國際朝著實現「創建半導體晶元製造智能工廠」的方向大力躍進。

1.硬體方面

自動物料傳輸系統(AMHS)如圖1應用於整個廠區的最頂端，它與加工儲位（Stocker）如圖2相連，使被加工的產品通過電腦的調用指令，從儲位（Stocker）里調出，通過AMHS調到離機台最近的Stocker里，方便操作人員最短距離地拿取待加工產品。同時電子貨架（E-Rack）如圖3自2014年6月份開始全面應用與整個廠區（FAB）內，它的自動感測系統可以讀取放在貨架上加工產品的數字代碼（身份ID）,其身份信息與MES系統相連，實現每個產品的精準定位。同時，從2016年起，FAB與FAB之間已經開始建立連通的AMHS，通過電腦操縱實現不同廠區間的物料傳送，節省不同廠區之間產品的人力搬運，減少推車、封裝、打包等耗材，節省人力和運營成本，提高生產效率。跨廠區實現的AMHS已和業界領先工廠（Leading FAB）並駕齊驅，預計2017年可以建成運行。