在英飞凌无锡工厂体验真正的工业4.0

文 | 孙昌旭，电子工程专辑

对于“工业4.0”，这个目前已被国人叫烂了的名词，其实大家都还没有一个统一的认识，大部分人认为上了几个机器人（甚至是机器手），替代了部分人工，就叫做“工业4.0”，这显然是理解上的错误。但我们对于“工业4.0”这个抽象的概念，一直没有一个精准的描述，也没有亲自体验过。这一次，趁着英飞凌无锡新工厂奠基典礼之际，我们参观了英飞凌在无锡现有的、已在2013年底布局“工业4.0”的智能芯片/功率器件后道工厂，见识了什么才是真正的“工业4.0”。 英飞凌是德国工业4.0的初创成员（这里稍为解释一下，英飞凌是1998年从西门子分离出来的独立半导体上市公司）。作为德国工业4.0的创始成员之一，英飞凌不仅拥有世界上最为先进的晶圆工厂，并且在其包括无锡在内的后道工厂实现了安全的智能化生产，全面布局了工业4.0。

什么才是真正的工业4.0？ 英飞凌科技首席执行官Reinhard Ploss博士对中国的记者解释: “工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用（工业1.0）、规模化生产的电气时代（工业2.0）和电子信息技术（工业3.0）等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。” 所以，能称得上工业4.0的，一定是在非常高的自动化生产线上了，它是指在工业3.0的基础之上，将‘人机料法’这四个生产过程的四大要素通过大数据的管理系统实现人机、机机对话，从而提升生产效率，提升产品的质量（也是产品的一致性与良率）。 “工业4.0的精髓是，通过联网的大数据的管理，能让多种类产品的生产，像生产一种产品那样高效、经济。” Reinhard Ploss道出了工业4.0的核心，“所有的机器都联网，所有的生产规划与排期都是通过机器实现。工人再也不用拿着一个厚厚的记录本，来记录机器上的各种数据了，生产中‘人机料法’的每一个环节出问题，都可以即时找到问题所在。” 那么，让我们来看看英飞凌这个被全球示范的“工业4.0”是如何运作的。 首先对于英飞凌来讲工业4.0分为两个方面，第一方面是在水平方面的集成---也就是“智能工厂”的概念，英飞凌实现了在内部的不同工厂之间数据信息的提取、集成、跟踪和分析。 第二方面是在垂直方面的集成---也就是“智能制造”，这是大家关注的重点，‘人机料法’这四个生产过程的四大要素通过MES系统实现人机、机机对话；通过设备本身的硬件系统与英飞凌开发的软件系统在一个数据平台上进行信息共享与交流，从而实现智能生产控制。在过去分别由单一的系统进行管控，整个执行过程全部依靠纸张和人员进行人为手动进行控制（注意，英飞凌无锡工厂在上工业4.0以前，已是基于3.0的全自动化制造了），这样不仅使得系统维护成本高，同样过程管控效果很不理想，往往一个小小的人为操作失误就会引起大量的物料或产品报废和客户投诉。现在英飞凌无锡工厂通过新的生产执行系统将人机料法这四个生产要素有机地结合在一起，通过内部后台的MES系统集成取代了纸张和人为参与，系统自动记录了产品的整个生产过程并自动地生成报告，工程师只要通过报告就可以清楚地了解到在整个过程中谁在哪个机台，哪个工序，什么时间使用什么材料和工具生产了当前产品，从而实现了生产过程的可追踪性和可控制性，生产制程的自动化和智能化，以及产品质量的实时在线管控。 “无锡工厂从2013年底开始实施工业4.0，实施一年多来，产生显著的效益。比如最重要的指标生产周期，从原来的6.3天减小到3.7天；工人再减少20%；并且，产品的一致性更高了，良率从98.7%提升到99.7%，这对于高科技产品来说是很难得的。”英飞凌科技（无锡）有限公司总经理陈小龙说道。 细解“人机料法”如何工业4.0化？ 能称得上工业4.0的，一定是在非常高的自动化生产线上了，它是指在工业3.0的基础之上，将‘人机料法’这四个生产过程的四大要素通过大数据的管理系统实现人机、机机对话，从而提升生产效率，提升产品的质量（也是产品的一致性）。 首先以人为例，之前哪些人员可以操作哪些工艺，哪些机台，完全取决于纸张的记录和主管的人为控制，未经过认证的操作员违规操作，甚至导致质量事故的现象时有发生。现在英飞凌将人员所有的培训和认证信息整合进系统，并整合工艺和机器的信息，操作工只能通过扫描员工号，进入生产系统，系统会自动确认其认证信息，防止不合格操作工进入操作。如有异常，系统会锁住当前操作，同时受影响的产品会被扣留在异常点，工程师也会在同一时间收到系统的报警邮件。并由工程师在后台系统中解锁。 再以物料为例，之前产品的材料信息全部显示在由纸张组成的随件单上，物料管理员和操作员根据随件单上的信息发放和领用材料，同样对于敏感材料（如银浆）的过期时间，解冻时间，曝光时间也只能通过人工记录和确定，材料用错和过期的情况时有发生。现在所有产品的物料清单被整合进同一个生产系统，物料的信息通过系统和机器，工艺，产品的信息有机的结合在了一起，操作员只是需要扫描物料上的二维码(我们这里用二维码主要是成本考虑，技术上完全可以用RFID来代替。)系统就会自动确认当前材料是否符合当前产品的物料要求，是否达到解冻时间，是否过期。如有异常情况，系统会自动锁住当前操作并将当前产品扣留在异常点，工程师也会在同一时间收到邮件。并由工程师在后台系统中解锁。 然后再看机器这一环节，以前产品是否可以在当前机台操作完全取决于随件单和操作员自己判断，机器用错的情况只能通过在线巡检员管控，同时对于某个批次的产品在当前机台使用哪些工具更是无据可查。用错设备工具的现象也是时有发生。现在，机器，工艺，产品三者的信息通过系统有机的整合在一起并在系统中实现自动控制，一旦操作员选择了错误的机台生产，系统会报警并锁住当前操作。对于工具的使用情况，系统可以做到自动确认和实时跟踪，一款产品在什么机台应用哪些工具生产，某个工具生产了哪些批次的产品可以一目了然的呈现在工程师面前。同时，设备的预维护全部由系统提示。 最后是方法的管控，以测试工序为例，之前什么产品使用什么测试程序，需要操作员手工根据随件单信息调取，发生异常由操作员手动扣留当前产品到异常点。现在通过系统扫描批次号，系统可以自动根据产品，机器，工艺信息，自动调取和开始测试程序，如有测试异常情况发生，系统会自动扣留当前产品到异常点，工程师在收到异常邮件的同时，也可以通过系统查找测试报告进行分析处理。 同样之前对于工艺最大和最小时间的管控，依靠随件单和人工记录计算，现在根据不同产品的工艺时间，系统会自动进行计算确认，如有超时或者未达到工艺时间的情况，系统会自动报警并扣留当批次产品在异常点。 “大家所见到的，是我们展现在前台的一些改变，在后台我们会涉及自动化和智能化的数据采集、分析等工作。我们希望通过生产要素的系统集成，实现生产制程的数字化，自动化，智能化和可追溯性，为进一步全面实现工业4.0迈出坚实的一步。” 英飞凌科技（无锡）有限公司总经理陈小龙说道。 而对于新建的工厂，他表示，起点会更高。“新工厂会生产一些高端的功率器件等，新工厂就是按照工业4.0来规划的，规模会相当于目前无锡工厂的2-3倍。”他表示，“大家都知道我们前不久收购了美国IR公司，他们的很多产品也会纳入无锡工厂生产。”他透露，“我们的策略是逐渐淘汰IR已有的生产线（包括外包的），最后全部纳入英飞凌的生产体系。”他表示，收购IR，对于英飞凌进一步扩展美国市场将大有帮助。