（工商管理专业论文）基于半导体行业的MES设计与实施.pdf

论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导f 进行的研究工作及取得的研究成果。淦文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的 研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贞献均已在论文中作了明确的声明 并表示，谢意。 作者签名： 盘酪 论文使用授权声明 h 期：迎啦增 奉人完令了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存埝文，保密的论文在解密后遵守此 舰定。 作者签名：柳躲膨咯目期：芝翌丝丝 基于半导体行业的i r e s 的设计与实施 摘要 摘要 当今，半导体产业处于一个风云变幻的市场环境。企业必须第一时间对市场 变化作出反应，否则就可能面临丢失市场份额的威胁，这就要求企业生产计划的 制定周期要相当短；半导体装备成本越来越高，企业急需提高设备使用率，节省 资本支出；半导体制造的复杂性和专业性使其生产管理成为最具挑战的课题。因 此能拥有一套适应企业多变的业务需求的、可扩展的、高可用性的的m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，制造执行系统) 系统显得越来越重要。然而， 由于半导体其特殊的行业特征，如何选用适合自己的m e s 来提高公司竞争力成 为半导体制造企业思考的主要问题。 本文首先介绍了m e s a 国际协会提出的制造执行系统及其功能模型。接着 对半导体行业背景，半导体技术及发展趋势进行了阐述。然后，本文在结合半导 体行业特征的基础下，着重讨论基于半导体行业的m e s 功能设计及系统设计。 通过m e s 系统实施前后的对比及场景模拟，详细论述了i v i e s 系统如何帮助半 导体制造企业优化生产流程，提高生产质量。同时分析了m e s 系统的实施过程 及建议。 最后，总结了本文所做的工作，并对基于半导体行业的m e s 系统的发展进 行了展望。 关键词：制造执行系统，半导体行业，良品率，追溯管理 第3 页共5 3 页 基于半导体行业的g e s 的设计与实施 a b s t r a c t t o d a y , t h es e m i c o n d u c t o ri n d u s t r yi si nad r a m a t i c a l l yc h a n g i n gm a r k e t e n v i r o n m e n t e n t e r p r i s e sh a v et or e s p o n dt ot h ec h a n g i n gm a r k e tt i m e l y , o t h e r w i s e t l l e ym a yf a c et h et h r e a to fl o s i n gt h e i rm a r k e ts e g m e n ts h a r e t h i ss i t u a t i o nr e q u i r e s t h ec y c l eo fp r o d u c t i o np l a nt ob ev e r ys h o r t ；t h ec o s to fe q u i p m e n ti sh i g l l e ra n d h i g l l e r , e n t e r p r i s e sh a v et om a k eg o o du o fe q u i p m e n ts ot h a tt h e yc 锄r e d u c e e a p i t a le x p e n d i t u r e ；s e m i c o n d u c t o rm a n u f a c t u r i n gi sa m o n gt h em o s tc o m p l e x p r o d u c t i o np r o b l e m se n c o u n t e r e dt o d a y t h u s ，i ti sv e r yi m p o r t a n tf o rs e m i c o n d u c t o r m a n u f a c t u r et oh a v eam e sw h i c hi ss u i t a b l ec h a n g i n gb u s i n e s s ，s c a l a b l e ，h i g h a v a i l a b i l i t y h o w e v e r ，i nt e r m so fs p e c i a li n d u s 斜f e a t h e ro fs e m i c o n d u c t o r , h o wt o c h o o s ea n db e t t e ri n t e g r a t em e ss y s t e mt oe n h a n c ec o m p a n yc o m p e t e n c ei sm o r ea n d m o r et a k e ni n t oe n t e r p r i s ec o n s i d e r a t i o n i nt h i sp a p e r , f i r s t l y , w eh a v ea l lo v e r v i e wb a c k g r o u n do fm e s a sm e s s y s t e ma n di n t r o d u c es e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g y , i n d u s t r yf e a t h e ra n dd e v e l o p m e n t t r e n d t h e nw em a i n l yd i s c u s si v i e sf u n c t i o nd e s i g na n ds y s t e md e s i g nw h i c hi s c l o s e l yl i n k e dw i t l ls e m i c o n d u c t o ri n d u s t r yf e a t h e r t h r o t l 曲c o m p a r i s o nb m v 鲫 b e f o r ea n da f a rm e ss y s t e mi m p l e m e n t a t i o na n ds i m u l a f i o ns c e n a r i o w ec l e a r l y s h o wo u th o wi st h em e ss y s t e mt h a th e l p ss e m i c o n d u c t o rc o m p a n yo p t i m i z e p r o d u c t i o no p e r a t i o n , r e d u c ec o s ta n di m p r o v ep r o d u c t i o nq u a l i t y m e a n w h i l e ，w e a n a l y z et h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa n dr a i s es o m es u g g e s t i o n a n df i n a l l y , w e g i v e nc o n c l u s i o na n dp r o s p e c tt h e d e v e l o p m e n to f s c m i c o n d l i c t o ri n d u s t r yb a s e dm e ss y s t e m k e yw o r d s ：m e s ，s e m i c o n d u c t o r , y i e l d , t r a c e a b i l i t y , 第4 页，共5 3 页 基于半导体行业的| i e s 的设计与实施 第一章m e s 介绍 1 1企业制造系统发展历史 制造业是我国国民经济重要的支柱产业，在第二产业中占据中心地位。伴随 中国加入w t o 和经济全球化，中国正在成为世界制造业的中心。中国的制造业 企业面l 临日益激烈的国内外竞争，如何迅速提高企业的核心竞争力，很重要的一 点，就是以信息化带动工业化，加快信息化进程，走新型工业化道路，实现全社 会生产力的跨越式发展。 制造管理系统的历史并非是随着m r f i i ( 制造资源计划；m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sp l a n n i n g ) 才开始的，当电脑开始发展时，制造管理系统也因此开展了。 第一个电脑化的商业系统是用于会计方面。在二十世纪六十年代晚期以及七十年 代初期，从原本的会计系统发展成为“m r p ( m a t e r i a lr e q u i r e m e n t sp l a n n i n g ；物料 需求计划) ”一此系统用来协助工厂对物料需求做好规划。在二十世纪七十年代 晚期或八十年代初期，电脑对资料处理的能力越来越强。渐渐地，物料需求规划 逐渐发展成制造资源计划( m r p i i ) 此m r p i i 包含了现场报表系统( s h o pf l o o r r e p o r ts y s t e m ) 、采购系统( p u r c h a s i n gs y s t e m ) ，及更多相关功能的增加。在这段时 间，许多公司开始认为他们需要更多的系统去管理其他的事物，因m r p i i 不强 调预测( f o r e c a s t i n g ) 及需求分配( d i s t r i b u t i o n ) 上的管理，对现场的管理功能也较缺 乏：为了改善这些缺失，预测、配销资源计划( d i s t r i b u t e d ) 。m e s ( 强调追踪w i p 9 w o r ki np r o c e s s ：在制品) 与单一功能的系统( 如品管功能) 等相关系统就因应而生， 但这些系统却未完成整合，所以系统间资料的交换非常困难。 在二十世纪八十年代晚期或九十年代初期，产生出另一个电脑系统，提供更 广泛性的解答，试图去解决“资讯孤岛问题( i s l a n d so f i n f o r m a t i o n p r o b l e m ) 于是 制造资源计划( m r pi i ) 演变为企业资源计划( e n t e r p r i s i n gr e s o u r c ep l a n n i n g , e r p ) ，配销资源计划( d i s t r i b u t i o nr e s o u r c ep l a n n i n g 。d r p ) 演变为供应链管理 ( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e 眦s c m ) p a 及现场问题解决发展成为整合性的制造执行 系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m , me s ) 自上世纪八十年代以后，伴随着消费者对产品的需求越加多样化，制 造业的生产方式开始由大批量刚性生产转向多品种少批量的柔性生产，以计算机 网络、大型数据库等i t 技术和先进的通讯技术的发展为依托，企业的信息系统 也开始从局部的、事后处理方式转向全局指向的、实时处理方式。1 9 9 1 年1 1 月 美国的i t ( i nf o r m a t i o nt e c h n o l o g y ；信息技术) 咨询公司a m r ( 先进制造研究 a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gr e s e a r c h ) 首次提出制造执行系统( m e s ) 的概念，为解决 企业信息集成问题提供了一个被广为接受的思想。 图1 1 ，显示了m e s 的演进过程。 第5 页共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 图1 1 m e s 演进过程 1 2 为什么需要m e s 2 0 世纪9 0 年代以来，经济全球化的趋势日益增加，信息技术的发展极为迅 速，市场环境发生了根本性的变化。顾客驱动已成为市场的主要特征，市场竞争 的要素涉及到工控时间、质量、价格、服务和环境。而信息技术的广泛采用，使 得以顾客订货和市场需求为轴心的生产活动已可以不受时间和地域的限制，竞争 的高科技含量因此大大提高了。面对激烈竞争，企业界的重要对策就时采用将制 造技术与信息技术、自动化技术、现代管理技术和系统科学技术有机融合的新一 代先进制造技术。以此为契机，企业资源计划e r p 和制造执行系统m e s 从理念 发展到软件平台，再形成完整的系统，并开始了较为广泛的应用。它们或以软件 平台形式出现，或以系统形式出现，或以应用服务的形式出观，这预示着人类正 在进入电子商务和电子制造完美结合的新时代。 e r p 立足于经济全球化的环境，面向正在迅速形成的供应链，从企业全局的 角度对经营和生产进行全面计划，并实施企业资源的一体化管理。它以财务管理 为核心，将资金流、物流与信息流加以有机结合，使整体价值链管理的概念得以 实现。它集成了供应链管理功能，强调供应商、制造商与分销商之间的新型伙伴 关系，支持企业后勤管理，形成对市场快速响应的能力。它强调企业流和半制成 品的管理，通过对半制成品的管理实现企业的人员、财务、制造与销售之闻的整 第6 页共5 3 页 基于半导体行业的脏s 的设计与实施 合，支持企业业务过程重组。在典型的e r p 软件平台中，财务管理( 包括会计核 算，财务管理) 、生产控制( 包括生产计划，制造) 、物流管理( 包括采购，库存管 理，销售) 和人力资源管理等是基本功能模块。 过去的若干年来，e r p 在国内得到了较广泛的重视，一些企业花了大量资金 上e r p 。但就一般情况而言，商业企业从e r p 中获得的利益比较明显，而工业 企业却没有那么幸运，甚至受到不同程度的损害。这一现象并非我国独有，在工 业发达国家也是如此。美国a r c 公司调查结果显示，5 3 的客户反映e r p 对工 厂生产存在负面影响。怪不得有人说：不上e r p 是等死，上了e r p 找找死。这 里反映出在e r p 实施过程中确实存在一些不可忽视的问题，其中最主要的是光 有e r p 并不能帮助和指导工厂分析其生产的瓶颈，改进和控制产品的质量，以 及对具体的产品生产进行排产； 比如面对以下车间管理的典型问题，它们就难以给出完善的解决手段： 出现用户产品投诉的时候，能否根据产品号码追溯这批产品的所有生产过程 信息? 能否立即查明它的：原料供应商、操作机台、操作人员、经过的工序、生 产时间日期和关键的工艺参数? 同一条生产线需要混合组装多种型号产品的时候，能否自动校验和操作提示 以防止工人部件装配错误、产品生产流程错误、产品混装和货品交接错误? 目前仓库以及前工序、中工序、后工序线上的每种产品数量各是多少? 要分 别供应给哪些供应商? 何时能够及时交货? 生产线和加工设备有多少时间在生产，多少时间在停转和空转? 影响设备生 产潜能的最主要原因是：设备故障? 调度失误? 材料供应不及时? 工人培训不 够? 还是工艺指标不合理? 能否对产品的质量检测数据自动进行统计和分析，精确区分产品质量的随机 波动与异常波动，将质量隐患消灭于萌芽之中? 能否废除人工报表，自动统计每个过程的生产数量、合格率和缺陷代码? e r p 不但没有调动工厂管理人员的积极性，反而把他们降格为一种信息的收 集者；e r p 虽有生产控制模块，但难以真正在工厂层中使用。如果不加分析和改 进这些问题，其结果则是将r r 推离、而不是融入工厂的生产活动。 m e s 的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间 生产管理和调度执行。一个设计良好的m e s 系统可以在统一平台上集成诸如生 产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一 的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门 等提供车间管理信息服务。系统通过强调制造过程的整体优化来帮助企业实施完 整的闭环生产，协助企业建立一体化和实时化的生产信息系统体系。如图1 2 所 第7 页共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 示，说明了制造业实施m e s 前后的信息模型对比。 图l - 2 制造业实施m e s 前后的信息模型对比 当然，对于一个企业，如果仅仅从生产工厂的视角来分析其在竞争中所处的 地位，显然是短视的。即使是最好的m e s 解决方案，对于整个企业来讲，也不 过是提供一个相对狭窄的视角，缺乏在管理层为进行决策支持所需要的生产执行 数据的广度和深度。这就启示我们，完整的、能够引导一个企业保持长期的业务 利益和价值的企业信息系统，必须是控制、制造执行系统m e s 和企业规划系统 e r p 三者协同作用的整合。如图1 3 所示，演示了完整企业信息系统模型。 图1 - 3 企业信息系统模型 第8 页，共5 3 页 基于半导体行业的- 圯s 的设计与实施 1 3什么是m e s 1 3 1m e s 的定义 按照国际m e s 协会所给出的定义，m e s 提供从接受订货到制成最终产品全 过程的生产活动实现优化的信息。它采用当前的和精确的数据，对生产活动进行 初始化，及时引导、响应和报告工厂的活动，对随时可能发生变化的生产状态和 条件作出快速反应，重点削减不会产生附加值的活动，从而推动有效的工厂运行 和过程。m e s 改善运行设备的回报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现 金流通性能。m e s 通过双向通信，提供整个企业的生产活动以及供应链中以任 务作为关键因素的( m i s s i o nc r i t i c a l ) 信息。其关键词是精确的实时数据，这是以业 务为基础的( h a n s a g t i o n b a s e d ) e r p 和m r p i i 系统未曾加以考虑的。 美国a m r 研究公司对i v i e s 也有自己的定义：姬s 是一个常驻工厂层的信 息系统，介于企业领导层的计划系统与主生产过程的直接工业控制系统之间。它 以当前视角向操作人员管理人员提供生产过程的全部资源( 人员，设备，材料。 工具和客户要求) 的数据和信息。 美国的国家标准研究所( n i s d 有关m e s 定义的表述是：为使从接受订货到 制成最终产品全过程的管理活动得以优化，采集硬件嗽件的各种数据和状态信 息。 由上可知，关于m e s 的定义存在一些不同的表述。但是，以下几点共识还 是普遍被接受的： m e s 在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理活动信息沟通 的桥梁。 m e s 采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在 于优化管理活动。它强调是当前视角，即精确的实时数据。 从对实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为l ，那么，m e s 的时间系数为1 0 ，e r p 的时间系数为1 0 0 。 如图1 4 所示，演示了企业数据流程图 第9 页，共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 图1 4 m e s 企业数据流程图 1 3 2m e s 在信息系统中的位置 主要的制造信息系统有：e r p ( 企业资源计划) 、s c m ( 供应链管理) 、s s m ( 销 售和服务管理) 、p p e ( 产品和过程工程) ，以及m e s ( 铜j 造执行系统) 和控制。( 见 图1 - 6 ) 这些系统每一个都有其一定的功能，包括若干不同的模块。它们间存在 一些重叠，如调度可能出现在m e s 和s c m ；劳务管理出现在m e s 、s s m 、e r p 中的人力资源( h r ) 功能模块中；文件管理出现在m e s 和p p e ；过程管理出现 于m e s 和控制中。e r p 包括财务、订货管理、生产和材料计划，以及相关功 能；s c m 包括预测、分配和后勤、运输管理、电子商务以及高级计划系统；s s m 包括销售力自动化、产品配置、服务报价、产品返回等；p p e 包括计算机辅 助设计制造( c a d c a m ) 、过程建模以及产品数据管理( t 1 0p d m ) ： 控制包括 d c s 、p l c 、s c a d a 、d n c ( 分布式数控) ，以及其它计算机化控制装置。 第1 0 页共5 3 页 基于半导体行业的w e s 的设计与实施 j l 圣 i me sc o n l l ：e x l l ：m o c l e l 图1 - 5 m e s 在系统中的位置 1 3 3m e s 与其它系统的关系 m e s 和e r p 、s c m 、s s m 、p p e ，以及控制系统之间实施数据交换的相 互关系，主要是：m e s 作为生产制造系统的核心向其它系统提供有关生产的数 据： 口m e s 向e r p 提供实际生产数据，如成本、周期时间、产出和其它生产数 据。 口m e s 向s c m 提供实际订货状态、生产能力和容量、班次间( s h i f t - t o s h i f 0 的约束等。 口m e s 向s s m 提供在一定时间内根据生产设备和能力成功进行报价和交货 期的数据。 口m e s 向p p e 提供有关产品产出和质量的实际数据，便于c a d c a m 作 适当调整。 口m e s 向控制提供在一定时间内使整个生产设备以优化的方式进行生产的 工艺规程、配方和指令等，将其下载。 m e s 也从其它系统取得数据，以保证工厂的智能化操作运行。例如， 口e r p 的生产计划模块供给m e s 作工作调配； 口供应链向m e s 提供计划和调度是为了确定工厂生产活动的时间表； 口销售服务的配置和报价模块为m e s 提供生产信息的底线； 口p p e 向m e s 发出工作指令、配方( r e c i p e ，泛指一组相互关连的工艺数据， 也可能是一组材料的比例) 、工艺规程和运行参数： 第1 l 页供5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 口来自控制的数据用作测量实际性能和操作条件。 1 3 4m e s 的功能模型 照m e s a 的定义，m e s 共有1 1 个功能模块( 见图1 6 ) 。 图1 - 6 m e s 的功能模型 包括： ( 1 ) 资源( 包括机械设备，工具，熟练劳工，材料，其它设备及文挡等) 配置和 状态模块为了启动运行，资源必须是可供使用的。该模块提供资源的详细历史记 录，确保设备已做好加工处理的准备，并能提供实时状态。资源管理包括为满足 生产调度目标的储备和调配。 ( 2 ) 生产单元( 以任务、订单、批次、批量和工作命令等形式表达) 调度模块调 度信息以必须完成的工件的顺序予以表述，而且当工厂级有事件发生时要实时修 改。本模块具有改变工厂级规定计划的能力。还提供返工处理和废品处理，以及 在任何具有缓冲管理的点控制生产流程中工件数量的能力。 ( 3 ) 文件，文挡控制模块 按生产单元控制和保存，包括工作指令、配方、图纸、标准操作规程、零件 计划、批量记录、工程变更通知、交班记录等在内的记录文件：以及具有将上述 文件以计划形式和以完成形式进行编辑的能力。该模块还要向生产执行部门下达 指令，包括向操作人员提供数据，或向设备控制提供配方。它还包括对环境、卫 生保健和安全法规的控制和完善，以及i s o9 0 0 0 的相关信息( 如纠正动作程序) 。 存储历史数据。 ( 4 ) 数据采集获取模块 第1 2 页，共5 3 页 基于半导体行业的旺s 的设计与实施 此模块提供为采集获取生产操作的内部数据和参数的链接接口，这些数据将 分发至有关文件和记录中。数据以“分钟”为刷新单位，直接从装置自动采集，或 由人工输入。 ( 5 ) 质量管理模块 ( 6 ) 维护管理模块 ( 7 ) 性能分析( 提供不超过以“分”为计时单位的实际制造运行结果的报告，包 括s p c s q c ) 模块 ( 8 ) 运行细节计划编制与调度模块( 提供按“分钟”为时间单位编制的基于优先 级、属性、特性和或与具体特性相关的配方、工艺等的安排顺序) 为了详细计算 精确的时间或装置的负荷，该模块应识别交替操作和重叠并行操作。 ( 9 ) 劳务管理模块 ( 1 0 ) 过程管理( 监控生产，并自动校正或向操作人员提供决策支持，以校正和 改善生产流程中的活动) 模块 ( 1 1 ) 产品跟踪模块 1 4m e s 面临的挑战 m e s 面临着许多挑战，这些挑战相互有关，而且因各别环境而相互关连的权 重也存在差异。就其典型情况而言，在这些挑战中，9 0 属于企业文化的范畴， 只有2 0 才属技术范畴。这些挑战主要是： ( 1 ) 如何取得工厂和企业形成双赢局面 如果工厂人员拒绝引入m e s 和拒绝对自动化系统作相应的改造，或者如果 企业领导层不理解或不支持工厂的改造，再好的m e s 的应用也会沦为失败。 ( 2 ) 建立有效的管理改变机制 为了有效地处理m e s 的许多改变，需要把一种专门的改变管理机$ 1 j ( c m s ， c h a n g em a n a g e m e n ts y s t e m ) 和指导委员会纳入企业的组织之中。m e s 指导委员会 应进行全面的决策和在规范的基础上使改变活动得到优先处理。 ( 3 ) 正确地评估症结所在 在一个企业开始其漫长的管控一体化进程时，最艰巨的任务是在实现m e s 的第一阶段识别出效率最差的流程。一般来说，工厂人员仅以一种定性而又带有 一定的主观臆断的方式了解生产的瓶颈和浪费所在，缺少充分的数据予以验证。 为了证明m e s 项目的可行性和确定投资回报周期，必须对制造过程作定性分析 和评估，找出瓶颈和优先解决的范围。 ( 4 ) 不同行业之间的m e s 应用存在巨大差异 对不同行业的m e s 的形态结构，应该抓住对m e s 系统维护的矛盾。m e s 第1 3 页，共5 3 页 基于半导体行业的啦s 的设计与实施 是一种应用于工厂的动态的i t 解决方案，经常因产品、流程、以及新老产品的 产出比例发生变化而不断地有所改变。因此，解决维护的矛盾，要求用系统方法 通过建立公用的语言、业务过程和协议进行工厂和企业的纵向集成。为降低对工 厂侧m e s 维护所要求的i t 专业水平，可把m e s 分成两个相互依存的层次。 集中的基于w e b 的上层 它不存在与设备或系统的接1 3 问题，其功能主要包括有限的生产能力的调 度，以及工作流工作命令管理构件。 工厂生产管理优化层 其功能包括工厂效率( 设备利用率、停产时间及废品跟踪) 控制，统计过程控 制，法规符合控制，批次批量生产安排等。这样有助于m e s 在纵向和横向将数 据集结时具有明晰的界线。 由于m e s 软件正在向m i c r o s o f t n e t 的基于w e b 的结构和j a v aj 2 e e 标准 靠拢，m e s 的集中层i t 技术将变得很普通。但在工厂侧的维护仍需r r 专家的 支持。 ( 5 ) 建立一种共同语言 m e s 的整合不是轻而易举的。问题出在工厂和企业的应用软件的数据结构 不尽相同。企业和m e s 的应用程序要求共同的规格，以便于在引入新产品和新 流程时，能有效地处理业务管理的改变，从而确定标准的工厂侧流程。 ( 6 ) 建立一种共同的通信协议 随着新一代以x m l 为基础的应用软件可重用基本设计架构( a 2 f ， a p p l i c a t i o n - t o - f r a m e w o r k ) 的企业应用软件接n ( e a 0 f 司世，i t 的亚结构为建立企 业和工厂接口可减少5 0 的成本。 ( 7 ) 对事务负荷和数据模型的要求作出定量分析和配置 一旦完成制造过程评估，在选择软件之前首先要把各种要求加以确定并冻 结。在分析数据库事务和数据负载中选择软件，结果导致数据模型的确立。此分 析勾画了在最坏的情况时的数据长度、发生最坏情况的次数，以及在一个生产进 行过程中同时出现的事务类型，在此时m e s 不致造成生产周期时间变慢。一旦 确定了数据模型和事务规范，便可以选择软件的体系结构，以使这些规范达到最 佳。 1 5m e s 技术发展趋势及产品介绍 为了帮助用户认清自己的实际情况，谨慎选取产品和实施的合作伙伴，m e s a 协会在其发表的4 号白皮书中对整个m e s 项目的选型流程进行了建议性的描 述，整个流程需要对产品、供应商和需求进行详细的分析、过滤和评估等工作， 第1 4 页，共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 而其中产品的技术走向与公司发展的一致性则作为三大选择依据之一。 技术的更新永无止境，但是市场认可的大规模应用系统平台屈指可数，对于 生产管理系统而言，其核心应用建立在数据库基础上已毋庸置疑，但是生产底层 高速数据采集存储的要求与关系数据库中建模和生产分析的要求各异，只有通过 实时数据库的结合才能更好地满足高速生产过程的需求。而一些国际领先的r r 软件厂商提出的面向服务的架构( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) s o a 也开始为 自动化厂商所采用。g e 的p r o f i c y 软件平台就是较早采用面向服务的生产管理软 件平台，这样结构的一大好处就是通过系统服务来对整个网络上应用客户的安全 管理、软件许可证服务、工作流、信息发布和报警、数据采集和处理、对象模型 和操作审计等进行服务器统一管理，以此优化了系统结构，提高了系统维护的效 率。鉴于g e 和微软紧密的合作伙伴关系，上层的模型分析则建立在s q l 系列 数据库上并支持最新的s q l2 0 0 7 。同时，而在新技术的采用上，微软即将推出 的l o n g h o l l l 操作系统和新的图形引擎均在其支持之列，而n e t 技术和b i z t a l k 2 0 0 6 的应用和支持在p r o f i t 的企业集成软件和报表服务中也早已采用。 第1 5 页，共5 3 页 基于半导体行业的g e s 的设计与实施 第二章半导体行业的介绍 2 1半导体技术概述 随着传统的两大动力，p c 、通讯需求的迅猛发展，以及消费电子日益普及， 近年来半导体行业呈现出快速的增长。2 0 0 6 年，手机进入3 g 、多媒体及智能化， p c 从3 2 位时代进入6 4 位以及双核心c p u 时代，数字家庭设备进入高速增长期， l c d t v 、d v d 录放机、数字s t b 等需求大幅增长，多点开花的应用领域更是推 动半导体行业稳步增长。半导体产品包括微处理器，存储器，微控制器，i c ，晶 体管，二极管等等 几十年来半导体技术一直以极高的速度发展。著名的摩尔( m o o r e ) 定则指出， 芯片的集成度( 每个芯片上集成的器件数) ，每3 年左右为一代，每代翻两番。对 应于半导体制作工艺中的特征线宽则每代缩小3 0 。根据按比例缩小原理 ( s c a l i n gd o w np r i n c i p l e ) ，特征线条越窄，工作速度越快，单元功能消耗的功率 越低。所以，芯片的每一代发展不仅使集成度提高，同时也使其性能( 速度、功 耗、可靠性等) 大大改善。与芯片加工精度提高的同时，加工的硅园片的尺寸却 在不断增大( 现在直径已达到8 英寸，已有企业达到1 2 英寸) ，生产硅片的批量 也不断提高。以上这些导致了半导体产品发展的一种奇妙景观：在集成度一代代 提高的同时，芯片的性能、功能不断增强，而价格却不断下跌。 2 2 半导体行业的背景介绍 受投资及世界经济的影响，全球半导体行业的发展呈现周期性的变化。从1 9 8 0 年至今，半导体市场共经历了五次景气循环( 未计入1 9 9 8 年因亚洲金融风暴所 致的半导体市场衰退) ，其中三次是由于全球性经济衰退造成的( 1 9 8 1 年、1 9 9 0 年及2 0 0 1 年) ，两次是由于明显产能供过于求导致的( 1 9 8 5 年及1 9 9 6 年) 。 人们容易看到半导体芯片一代代发展所推动的计算机、通信和消费电子产品 的快速更新换代，而忽视了正是这些电子信息产品的发展需要推动着i c 技术的 高速进展。当前，要建立一条8 英寸硅园片、o 9 0 6 5 微米的生产工艺线需要 约1 0 亿美元以上的投资，这一投资必须在3 5 年内收回，因为3 5 年后将用 新一代技术。新一代的投资将不是l o 亿，而或许是2 0 亿美元。不仅如此，在这 3 5 年内还必须投入更大( 几十倍) 的研究、开发资金，才能保持技术领先。很显 然，如果没有蓬勃发展的市场需求，这种几乎是无止境的连续投入是不可设想的， 而一旦投入减缓或终止。技术进步也就停止了。技术进步促进市场需求，市场需 求推动技术进步，这是当今社会技术发展的明显规律。 当前半导体产品世界市场约为2 5 0 0 亿美元，预计2 0 1 0 年可达到1 0 0 0 0 亿美 第1 6 页共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 元以上，更重要的是，正是半导体技术支撑着近7 倍左右的电子工业市场和数十 倍乃至百倍的信息产业市场。而又正是这些市场的驱动，使人们有意愿不断地向 半导体技术进行高额的科技和工业设施投入，从而促成了半导体行业的良性循 环。容易看出，经济和信息产业市场的发展是半导体行业增长的关键因素。而半 导体行业具有投资大，产品周期短，系统复杂性高的特点。 目前半导体行业的形势正在发生着变化，具体体现在：半导体行业日趋成熟， 市场力量推动行业缓慢增长；技术和产品开发成本剧增；系统复杂性不断增加； 产业周期日益缩短；新行业形势需要新的模式。 2 3 我国半导体行业的现状及发展 据调查统计，2 0 0 6 年中国半导体市场规模突破5 8 0 0 亿，其中集成电路市场 实现销售额4 8 6 3 亿元，继续保持了快速增长的发展势头，同比增长2 7 8 。中 国集成电路产业规模首次突破千亿元大关，达到1 0 0 6 3 亿元，同比增长达到 4 3 3 ：中国集成电路产业规模从上个世纪9 0 年代初的1 0 亿元发展到2 0 0 0 年突 破百亿元用了近1 0 年的时间，而从百亿元扩大到千亿元，则用了仅仅6 年时间。 在市场需求方面，2 0 0 6 年中国半导体市场跃居世界首位，在全球市场中的 份额已经达到四分之一强。数据表明，从应用结构来看，计算机、消费电子和通 信是中国半导体市场位居前三位的市场领域，合计占据7 8 的市场份额。 长期以来，中国半导体产业一直是芯片封测业占据绝对统治地位，芯片制造 业和设计业的发展相对滞后，影响了中国半导体产业链的完善。但是，这种局面 在近几年有所改变，呈现出三业并举的良好局面，芯片设计业和制造业的水平大 幅提升。2 0 0 6 年中国半导体产业i c 设计、制造和封测三业同步快速发展，其中 设计业的比重不断增加，i c 设计业在产业整体销售额中所占份额已经由2 0 0 1 年 的8 提高到2 0 0 6 年的1 8 5 。国内集成电路企业规模逐步扩大，2 0 0 6 年首次 出现销售收入过百亿元的集成电路制造企业。 相比芯片设计和制造业，封测业的发展毫不逊色。2 0 0 6 年中国半导体封测业 的加速发展，产能的提升、多个大型项目投产直接拉升了产业规模，行业销售收 入的年度增幅由2 0 0 5 年的2 2 1 大幅提高到4 8 3 。可以看到，全球电子信息 产品制造业中心正持续向中国内地转移。许多业内跨国巨头显然看到了我国的市 场潜力和低廉的人力成本，竞相转向中国内地寻找机会。未来我国半导体行业必 将面临更大的发展。 半导体产业作为尖端技术及高附加价值产业对其他产业的影响极大，是在整 个国民经济中具有巨大战略意义的关键性技术产业，因此世界各国政府都将其视 为国家的骨干产业。一国想走在世界经济的前列或是为了保卫国家安全，都必须 第1 7 页，共5 3 页 基于半导体行业的l i e s 的设计与实施 要进入这个耗资巨大而又发展极为迅速的技术领域。在其中，政府干预的影子在 世界各国的半导体产业发展中随处可见。无论是美国、欧洲还是日本，没有一个 国家的政府对半导体产业的发展采取放任政策，而是通过一系列政策手段进行扶 植。即使是同一国家，政府在半导体工业发展的各个时期都制订了不同的策略。 我国的半导体产业总体水平与这些发达国家比较，在生产能力、设备水平、 开发手段、工艺水平、产品技术指标、市场开拓等方面均存在很大差距。中国本 土芯片制造企业目前只能满足芯片市场大约2 0 的需求量，而其他近8 0 * 4 的需 求都不得不通过进口产品来补充。与此同时，中国所有半导体企业的总销售额仅 占世界半导体总销售的1 5 。因而我国应通过发达国家的发展经验，并结合中 国半导体业现阶段发展现状，明确在半导体领域的定位和战略，并相应的改进或 调整该产业的政府管理模式和政策体系，以更好的促进中国半导体产业的发展， 提升我国半导体产业的国际竞争力。 2 4 目前半导体行业现状和发展方向 集成电路产业链是半导体产业链的典型代表，主要包括设计、制造、封装测 试三大部分。在半导体生产的各个环节中均需要支撑产业的存在，产业链上按技 术要求的高低排序，依次是设计制造封装测试( 如图2 1 ) ，在半导体行业 全球分工的大背景下，产能的转移是从低档次开始的，因此形成了当前封装测试、 芯片制造到设计的产业规模依次递减的局面。 图2 - 1i c 产业链简图 半导体行业本身有着复杂的价值链，而且市场波动性大，一般公司很难在一 个季度内做出调整。表现为昂贵的和不够弹性的成本架构；客户对产品价值和购 买经验的漠视；对整个行业的垂直整合。目前还在面临市场的变化及压力，包括， 激烈的竞争：市场越来越透明，现有玩家和新进入着竟相为客户提供增值服务， 竞争越来越激烈。 一持续的变革：客户需求，技术创新和政府法规的变化越来越突然和戏剧性。 强大的财务压力：经济环境越来越不确定，投资者要求越来越高，收入和利润 的成长和可预测性越来越不确定。 第1 8 页，共5 3 页 基于半导体行业的l ! s 的设计与实施 一无法预测的威胁：全球性企业越来越多地暴露在自然灾害，不稳定的政治和外 交环境以及其他市场震荡中，大范围的危机变得越来越真实和普遍。 对于市场这些新的趋势，传统业务模式需改变但同时又面临着非常大的困难。 我们来逐一分析一下。 一激烈的竞争：企业企图成为整个行业价值链的最佳实践，并对附属活动保持很 强的控制力，以满足各种类型的终端购买者的各种需求。但是副作用在于削弱了 竞争优势，使资源分配不够优化，非差异化的客户价值定位以及缺乏清晰地组织 集中力 一持续的变革：企业根据预测到的机会和感知到的威胁建立相应的运作模型，同 时引导客户去接受这种价值定位。不足之处在于提供了客户权力不接受引导的业 务模式，激烈的竞争不断挑战行业模型，无法对市场需求和产品定位变化作出迅 速反映。 强大的财务压力：企业需要围绕一个稳定的模型巩固运作和组织结构，通过固 定资产投入企图在整个业务中建立规模。但是这个造成不灵活的价值链和流程， 不可预测的成本导致运作风险增加及过高的固定成本和资产。 一无法预测的威胁：公司需要对所能预测的风险做一些可能的防范及风险管理。 但是往往并不能对全部的威胁进行预测，而影响业务，未知因素大。 因此，对于这些困难，半导体企业需要做出大的改变，以应对行业变化，而 核心则在于对新的现实环境做出实时响应，专注自己的核心能力，以可变的成本 和坚决的态度面对机会。具体的建议有， 1 ) 加速产品开发，制造产能提升，缩短生产周期， 2 ) 减少制造成本的比例 3 ) 改进资产管理特别是半导体特有的高端制造设备 4 ) 按市场需求保持更准确的库存，减少库存周转 5 ) 对于o e m 厂商一具备管理由合同制造商生产的产品的能力 6 ) 减少由生产错误，瓶颈生产周期与供应链不匹配引起的成 太 可以看到，大部分的建议与生产有关，这也是与半导体行业自身资本密集型 特点相对应的，优化生产，合理控制，降低成本将更好的帮助半导体行业在新的 趋势中领先一步。 第1 9 页，共5 3 页 基于半导体行业的m e s 的设计与实施 第三章基于半导体行业的m e s 的功能及系统设计 3 1半导体制造业务流程概述 半导体制造厂是公认生产管理最为复杂的工厂之一，因为其生产过程有许多 异于传统的工艺特性，例如工件再回流的现象、成批加工、作业等候时限、高良 率要求、机台高当机率等，以至于一般都将交期不准、在制品( w o r k i n p r o c e s s w i p ) 过高、周期时间过长等问题归咎于其生产管理的复杂度高及系统的不稳定。 同时，晶圆制造属于资本密集型产业，其设备投资庞大，运作成本高昂，使得投 资者极为重视投资效益，不愿任何一台设备闲置而浪费产能，于是不断追求所有 设备的完全利用，其绩效指标的追求除了交期、w i p 及周期时间外，还要求机台 的使用率。 半导体制造横向来说，一个半导体制造工厂在制造w a f b r ( 晶圆) 的过程中，一 般都要经过几十到几百步的复杂制造工序，大致包括硅提纯，切割晶圆，影印 ( p h o t o l i t h o g r a p h y ) 及蚀刻( e t c i l i n g ) ，重复、分层，封装和多次测试。纵向来说， 每一步都涉及到长期生产能力的安排和分配，到产品工艺流程的确定和生产计划 的细化和实现，然后到物料的适时分发以及机器设备的直接控制。 总的来说，从m e s 的层面看，所操作的主要对象就是晶圆，l o t ( a b a t c h o f u n i t s ，一批产品) 。在一批半导体产品被制造前，我们总是要根据产品为其定义 生产工艺流程，每个工艺流程可能包括一连串的处理步骤，每一佃处理步骤会由 指定的机器或机器组来做处理。由于半导