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工厂自动化 是可持续制造的关键

记 WESTERN DIGITAL SANDISK 上海封装及测试工厂

By DIDIER CHAVET and SHEKAR KRISHNASWAMY

近年来,“可持续制造”越来越受到重视,这个词体现了 这样一种生产策略,即不仅解决传统的业务和经济问题, 也寻求最大限度减轻不利的环境和社会影响。[1]

为了提高制造流程的可持 续性,许多制造商采用工厂自 动化这一关键策略,因为该策 略可减少污染、库存、不必要 的加工环节和设备空载时间。 SanDisk 上海封装及测试工厂 的试点项目展示了这一方法的 良好前景(见图 1)。


图 1. Western Digital SanDisk (西部数据闪迪) 上海封装及测试工厂的物料搬运正在实现自动化, 以迈向更具可持续性的制造发展道路。

SanDisk 现为 Western Digital Corporation 旗下品牌, 是 NAND 闪存存储解决方案的全 球领导者,其解决方案是全球 多家最大型数据中心的核心方 案,并通过嵌入方式,应用到 高端智能手机、平板电脑和个 人电脑。SanDisk 上海工厂拥 有领先的封装和测试操作室, 可生产经完全封装和测试的闪 存模块。另外,SanDisk 在马 来西亚居林也有经营工厂。

SanDisk 上海工厂的自动 化项目使用机器人车辆和仓储 系统以及工厂实时调度和作业 管理软件来实现物料搬运的自 动化。

在利用工厂自动化策略来 满足先进制造要求上,SanDisk 上海工厂走在了行业前列。该 工厂实施了一系列自动化项目 (参见图 2),物料搬运就是最 近开展的项目。过去十年里, 这些项目已实现了车间执行、 质量、移动应用等功能,并将 在未来的自动化系统中用于大 数据和工业物联网 (IoT) 技术。


图 2. 自十年前部署车间执行系统以来,Western Digital SanDisk 上海封装及测试工厂的自动化程度 越来越高。大数据和工业物联网技术也正逐渐运用于该工厂的自动化系统。

化繁为简

半导体制造在很多方面 具有内在的复杂性,如人力 资源管理、越来越苛刻的工 艺要求、不断变动的设备要 求、材料复杂性和对复杂供 应链的依赖。 这些挑战现在也延伸到半 导体封装及测试工厂,因为当 前封装技术愈趋复杂,需要此 类工厂更充分地利用类似晶圆 制造厂的运营方式与生产策略。

这些复杂因素若解决不 当,会造成浪费(见图 3),进 而会影响工厂的关键绩效指标, 最终会影响企业的盈利。


图 3. 半导体生产厂存在多种不同来源和类型的浪费。工厂自动化可减少浪费,从而提高生产可持 续性和利润。

工厂自动化系统解决了这 些复杂性问题,此类系统能够 实现资源的最佳规划和利用, 有助于最大程度减少浪费,降 低基建和经营成本。这对可持 续生产和盈利能力至关重要, 因为客户订单和优先级可能会 频繁变动,从而影响工厂车间需求和生产量。如果生产系统无 法应对这些需求变动,就会产生 浪费。

减少错误和浪费

在 Sandisk 上海工厂,以往 的物料搬运涉及到许多手动和半 自动流程,这些流程可能会引发 错误,造成材料浪费,给加工和 半成品 (WIP) 环节带来不必要 的生产瓶颈。此外,产品加工本 身已经变得极其复杂,以至于操 作人员无法理解所有决策方案并 做出最佳决策。

SanDisk 决定使用自动化软 件来解决这些问题。该项目的具 体目标是,确保在正确的时间将 所需的加工材料自动输送到正确 的工具。

Real-Time Dispatch (RTD) 和 Activity Manager 均为应用 材料公司的自动化生产力系列 (APF) 软件套件的组件,该工厂 选择这两个组件来实现制造过程 关键步骤的自动化。这包括监控 容易造成瓶颈的重要生产设备, 如贴片和引线键合工具。

应用材料公司的 RTD 和 Activity Manager 系统提供了两 个关键功能。一个功能是轻松构 建一套便于实现最佳生产量的调 度规则,另一个是通过工作流管 理系统来实施这些规则。

由此打造的物料搬运系统, 能够自动预测车间状况并作出反 应,以实现最佳生产量。例如, 如果某个生产工具需要在特定时 间加工特定产品批,系统会根据 之前的处理步骤,自动获知该产 品批的位置。然后,系统将调度 自动化机器人车辆 (ARV),取回 产品批,放到工具上。加工完成 后,系统会自动将产品批送往所 需的下一个处理环节,或将其存 放在仓库中。整个系统的原理图 如图 4 所示。


图 4. 上述 Western Digital SanDisk 上海封装及测试工厂高度自动化的物料搬运系统与工厂现有的车 间执行与工厂自动化监控系统结合在了一起。

目前,SanDisk 上海工厂的 物料搬运项目已见成效。包括成 功利用 Applied RTD 将产品批分 配到设备,以及通过应用材料公 司的 Activity Manager 系统(使 用 RTD 的调度结果)启动产品 批运输任务。

通过将这些项目任务与自 动引导车/ 机器人车辆 (AGV/ ARV) 系统的物理和控制系统相 结合,公司能够提高制造流程的 统一性和一致性,从而降低不 同批次产品之间的差异,并减 少操作错误和延迟。

该项目的下一阶段将解决 固有的物流瓶颈问题,并优化 物理系统,以实现更高水平的 设备利用率。

结论Conclusion

SanDisk 上海工厂的物料 搬运项目证明了工厂自动化在 减少浪费、改善制造流程可持 续性以及提高封装和测试业务 利润方面的作用。

迪迪埃·查维特 (Didier Chavet) 是 Western Digital 旗下 SanDisk 亚太区 IT 硅营运部负责人, 谢加·克里希纳斯瓦米 (Shekar Krishnaswamy) 是应用材料公司 的业务开发经理。

欲知详情,请联系 didier.chavet@sandisk.com or shekar_krishnaswamy@amat.com

[1] http://www.mckinsey.com/business-functions/sustainability-and-resource-productivity/our-insights/sustainabilitys-strategic-worth-mckinsey-global-survey-results