一、項目簡介
廈門某半導體(ti) 企業(ye) 是具有國際影響力的全色係超高亮度發光二極管外延及芯片生產(chan) 廠商，總部坐落於(yu) 美麗(li) 的廈門，產(chan) 業(ye) 化基地分布在廈門、天津、蕪湖、泉州等多個(ge) 地區，是國家發改委批準的“國家高技術產(chan) 業(ye) 化示範工程”企業(ye) 、國家科技部認定的“半導體(ti) 照明工程龍頭企業(ye) ”，承擔國家“863”、“973”計劃等多項重大課題，並擁有國家級博士後科研工作站及國家級企業(ye) 技術中心。
該企業(ye) 主要從(cong) 事全色係超高亮度LED外延片、芯片、化合物太陽能電池及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體(ti) 等的研發、生產(chan) 與(yu) 銷售，產(chan) 品性能指標居國際先進水平。目前擁有10000級到100級的現代化潔淨廠房，上萬(wan) 台（套）國際最先進的外延生長和芯片製造等設備。公司憑借強大的企業(ye) 實力，實現了年產(chan) 外延片2400萬(wan) 片、芯片3000億(yi) 粒的生產(chan) 規模，占到國內(nei) 總產(chan) 能的58%以上。2014年，公司進一步擴大和延伸LED產(chan) 業(ye) 鏈建設，在廈門投資新建的LED產(chan) 業(ye) 基地和通訊微電子器件項目，使公司的生產(chan) 規模直接邁入國際頂尖行列，並成為(wei) 國際上具備規模化生產(chan) 、研發化合物半導體(ti) 芯片能力的企業(ye) 。
為(wei) 適應公司快速發展和打造LED芯片產(chan) 業(ye) 龍頭和智能化標杆，公司啟動了數字化工廠戰略，並選擇了北京天拓四方科技有限公司作為(wei) 數字化工廠整體(ti) 解決(jue) 方案戰略合作夥(huo) 伴，共同推進戰略落地，以數字化工廠業(ye) 務谘詢為(wei) 基礎，以產(chan) 品研發和芯片製造業(ye) 務主線，以信息集成為(wei) 技術手段，建設支撐產(chan) 品生命周期全過程的數字化統一平台，實現研發過程中管理信息、需求信息、研發信息、製程信息、資源信息、製造信息、質量信息等基於(yu) 標準化的有效整合和管理，在數字化統一平台上，建立全球研發協同體(ti) 係、實現產(chan) 品全球研發和製造的高效運行模式，有效提升企業(ye) 的管理能力、研發能力、製程能力、製造能力、協同效率和快速反應能力，增強企業(ye) 的核心競爭(zheng) 力。
二、項目實施方案：
在客戶現行信息技術應用的基礎上，以業(ye) 務發展需求為(wei) 導向，遵循基本原則：“統一規劃、統一組織、統一標準、統一平台、統一管理”，簡稱“五統一原則”，針對客戶戰略，此項目遵循如下實施原則：
• 業(ye) 務牽引，需求驅動：數字化工廠建設將以工廠業(ye) 務需求為(wei) 發啟，通過工程化的推進管理模式，分階段推進數字化工廠建設。在推進過程中，特別要重視需求調研和需求分析，隻有完整準確的需求調研才能做好數字化工廠建設。
• 統籌規劃，突出重點：數字化工廠建設涉及的業(ye) 務麵廣而複雜，而資源是有限的。在推進數字化工廠建設過程中，需要在一定時期內(nei) 以有限的資源，根據統籌規劃和數字化工廠規劃，確保以科研生產(chan) 管理平台為(wei) 重點的管理信息化建設落實。
• 注重協同，加強集成：在建設數字化工廠前應該充分考慮各係統之間的集成，統一數據源。同時在數據共享的情況下注重各部門各業(ye) 務的協同。
• 完善基礎，深化應用：在完善網絡與(yu) 硬件基礎的同時，通過數據規範、標準配合、製度約束的方式構建紮實的數字化工廠數據基礎，並在此基礎上開展深化應用工作，分析評估基於(yu) 數字化工廠的科研生產(chan) 管理，從(cong) 而解決(jue) 瓶頸問題、優(you) 化流程。
該數字化工廠項目實施方案包括數字化頂層設計、數字化研發、數字化製造管理和EAP機台自動化及落地實施。
圖1 項目實施方案及框架
• 數字化頂層設計：天拓四方對客戶當前業(ye) 務模式、業(ye) 務流程、管理瓶頸及信息化現狀進行綜合診斷和優(you) 化，同時結合行業(ye) 內(nei) 標杆企業(ye) 智能製造最佳實踐經驗，采取頂層設計與(yu) 谘詢分模塊詳細設計分階段實現持續性變革管理，這一標準化路線圖，實現客戶數字化工廠的頂層谘詢規劃與(yu) 落地。
圖2 數字化工廠項目谘詢方法
•數字化核心解決(jue) 方案：客戶數字化解決(jue) 方案由數字化研發、數字化製造運營管理和EAP組成。首先通過PLM建立全球協同研發平台，實現LED芯片研發創新，然後MES構建企業(ye) 級的芯片製造管理平台，通過這一層的MES係統實現的自動/柔性化生產(chan) 線和的PLM和ERP連接和貫通，最後通過機台連線自動化（EAP）建立工業(ye) 網絡，實現設備監控與(yu) 數據采集及生產(chan) 線自動化。
圖3 數字化實施方案
三、技術路線：
基於(yu) 客戶構建智能工廠的長遠願景，參考國際標準ISA-95對企業(ye) 架構層級定義(yi) ，客戶數字化工廠項目將全麵構建各個(ge) 層級的能力，分層次打造全新的數字化工廠。客戶數字化工廠將通過製造評估和工藝設計、生產(chan) 運營管理、全集成自動化控製以及生產(chan) 線的構造，開展業(ye) 務活動並協同工作。
圖4 數字化技術架構
（1）企業(ye) 層 & 管理層：主要是產(chan) 品研發PLM和企業(ye) 管理ERP層麵。尤其是應用PLM中的數字化製造技術，實現工廠的數字化建模和仿真分析，並基於(yu) 虛擬工廠展現和操控生產(chan) 。為(wei) 數字化工廠奠定基礎，通過產(chan) 品全生命周期的數字製造和虛擬製造實現工程信息化，通過ERP和綜合管理平台打造管理信息數字化。車間層的技術與(yu) 生產(chan) 管控方麵，通過工藝評估、工藝設計及仿真實現工廠的指導思想的數字化，通過工廠規劃建立支撐車間優(you) 化和產(chan) 線優(you) 化，通過生產(chan) 運營管理，達到實現生產(chan) 訂單、在製品、質量、設備利用率、物料等全方位管控。
（2）操作層：主要是執行和發布各種生產(chan) 指令；實現產(chan) 品、工藝、設備、測量儀(yi) 器等各種數據的傳(chuan) 遞和采集。
（3）控製層 & 現場層：主要是接收操作層的指令，來實現現場層的各種硬件的自動化控製和驅動，確保其準確執行。現場部分主要是生產(chan) 線現場的各種設備、工裝、工具、測量儀(yi) 器和物流設施等各方麵的內(nei) 容。
四、項目成果：
此項目取得了以下八大成果：
序號 | 八大能力 | 成果描述 |
1 | PLM | 運用PLM解決(jue) 方案來驅動企業(ye) 價(jia) 值鏈的縱向及橫向集成 |
2 | R&D Trailblazer | R&D的設計過程中，通過對工廠所有的設備、在製品的狀態，都有全麵的了解及分析及模擬，對潛在有問題的步驟進行預判，減少等待及維護步驟的發生頻率來縮短產(chan) 品研發時間 |
3 | Ecosystem Modeling Simulation | 通過在係統裏進行虛擬建模來優(you) 化工廠布局 |
4 | Decision Tree | 對工廠所有運營及成本數據進行跟蹤及分析，找出節約成本的機會(hui) ，提升工廠運營效率 |
5 | Forward-look Process Management System | 對Wafer的每個(ge) 生產(chan) 步驟及工業(ye) 流程進行全方位跟蹤，通過預防式維護及Decision Tree等方法去主動發現潛在的風險，規避問題的發生 |
6 | Yield Management | 通過自我完善體(ti) 係，對生產(chan) 流程及不同可選方案進行分析及學習(xi) ，不斷完善自我判斷能力，是係統在某個(ge) 生產(chan) 環節發生故障時能給出相應的備用方案 |
7 | Big Data Based Architecture Design | 通過打造一個(ge) 以大數據及雲(yun) 計算為(wei) 架構的智能製造生態體(ti) 係來實現企業(ye) 在其價(jia) 值鏈上端到端的集成及協同 |
8 | Equipment Automation Program | EAP作為(wei) 設備的底層接口負責生產(chan) 設備之間的連接以及設備中各數據包括生產(chan) 數據的運行 通過設備自動化 (EAP) 提升生產(chan) 效率 |
五、幫助企業(ye) 實現了：
（1）優(you) 化業(ye) 務流程，提升業(ye) 務效率：實現研發和製造業(ye) 務一體(ti) 化、生產(chan) 過程透明化，具有全球協同研發、製程設計結構化、車間排產(chan) 動態化、生產(chan) 反饋實時化的支撐能力，實現知識管理，累積產(chan) 品設計訣竅，提高知識重用率，支撐形成精益文化。
（2）通過全球協同研發平台，提升產(chan) 品創新管理能力：對以項目計劃為(wei) 主線、產(chan) 品為(wei) 核心，建立可視化的數字化協同研發環境。實現對產(chan) 品設計、器件采購、工藝準備、生產(chan) 技術準備和生產(chan) 執行進行管理，包括多項目計劃的管理、產(chan) 品設計進度、物資采購進度、工藝準備進度、生產(chan) 準備進度和生產(chan) 進度的可視化監控，實現實時管理、集中反饋、統一決(jue) 策的科研管理信息流處理機製，為(wei) 企業(ye) 決(jue) 策支持服務，有效處理多項目管理能力。
（3）通過精細化的車間現場管理環境，提升數字化車間執行能力：建立數字化製造現場管理平台，構建車間資源、計劃、執行、控製全麵管理和控製的精細化和可視化的車間現場管理和監控環境。實現包括車間生產(chan) 計劃、生產(chan) 過程監控、質量管理、設備運行狀態分析、工具工裝管理、車間數據采集、生產(chan) 過程管理、看板管理、統計分析、產(chan) 品追溯管理、生產(chan) 經營與(yu) 績效管理、報表管理等內(nei) 容管理。實現生產(chan) 過程實時監控與(yu) 優(you) 化、完善製造資源分配、提高資源利用率、優(you) 化配置以及與(yu) 其他係統之間的數據傳(chuan) 遞，達到生產(chan) 前規劃、生產(chan) 中監控、生產(chan) 後追蹤的全方位支撐，提升研究所的數字化製造能力。
六、實施成效及經驗總結：
項目為(wei) 企業(ye) 帶來了如下具體(ti) 指標的優(you) 化。
七、數字化工廠項目經驗總結：
（1）重視數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃：由專(zhuan) 業(ye) 的方案顧問梳理與(yu) 規劃頂層架構。
（2）夯實數字化企業(ye) 平台：一方麵進行端到端價(jia) 值鏈整合（整合PLM、ERP、MES和CRM係統，厘清產(chan) 業(ye) 價(jia) 值鏈實施PLM係統，實現虛擬設計和開發；另一方麵實現網路化的縱向集成，打造數字化工廠（實施MES/WMS係統，建立工業(ye) 4.0的核心係統與(yu) 框架，打通SCADA、EAP、WCS與(yu) MES、WMS的整合，提升工廠的自動化運作程度）。
（3）完善決(jue) 策與(yu) 計劃平台：監控/報表/看板體(ti) 係完善與(yu) 移動化應用、大數據平台建立與(yu) 整合、先進產(chan) 能計劃與(yu) 線上排程規劃等。
（4）項目持續升級及優(you) 化：智能工廠不是目的，其目的為(wei) 提升產(chan) 品競爭(zheng) 力與(yu) 質量智能工廠，無法一蹴而就，需要企業(ye) 長期的努力與(yu) 變革。