尚品本色智能家居工業(yè)4.0創(chuàng)新應(yīng)用

近日，在TEConnectivity舉辦的工業(yè)4.0活動中，中國工業(yè)報記者采訪到了專注于大數(shù)據(jù)和工業(yè)4.0研究的美國辛辛那提大學(xué)講座教授李杰，以及連接領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)TEConnectivity公司副總裁兼工業(yè)事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理StefanRustler。作為工業(yè)領(lǐng)域的杰出學(xué)者和企業(yè)高管，他們在與中國工業(yè)報記者的對話中闡釋了對工業(yè)4.0發(fā)展的觀點。

工業(yè)大數(shù)據(jù)亟待關(guān)注

德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。在李杰教授看來，工業(yè)4.0時代要生產(chǎn)的產(chǎn)品，不光要有功能，還要有價值，而價值是通過處理數(shù)據(jù)得來的。當(dāng)下，大數(shù)據(jù)是非常熱門的話題，但是工業(yè)大數(shù)據(jù)受到的關(guān)注度卻較為有限。工業(yè)大數(shù)據(jù)是指在一個產(chǎn)品制造流程或者一個工業(yè)體系中涉及到的數(shù)據(jù)信息，就如健康管理、地震救治、銀行運營等設(shè)計到的數(shù)據(jù)信息一樣。但事實上，工業(yè)大數(shù)據(jù)對整個工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的意義非凡。

李杰認(rèn)為，德國的核心是制造，所以德國提出的工業(yè)4.0的定義，實際完全是在定義制造生產(chǎn)。而現(xiàn)有的制造系統(tǒng)亟須要對制造設(shè)備本身，以及制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入的分析。對此，李杰提出了工業(yè)4.0的5C理論，這其中包含的五個C：第一個是Connection，即指連接，這其中涉及傳感器和網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備相連，作為采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)；第二個C是Conversion，即指轉(zhuǎn)化，在Connection過程中采集的數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)化為信息。第三個C是Cyber，即內(nèi)容；第三個C是Cognition，即認(rèn)知；第五個C是Configuration，即配置。舉例來說，從手機(jī)到微信，再到微信上面分享動畫、視頻、做互動，未來，我們甚至可以用微信管理家電、管燈、看家庭安全以及照顧。這個過程就是從Connection、Conversion、Cyber、Cognition到Con鄄figuration的轉(zhuǎn)化。并且在這五個C當(dāng)中，大數(shù)據(jù)會貫穿始終。

工業(yè)4.0帶來更多機(jī)會

在李杰看來，業(yè)務(wù)涉及上述5C范疇的公司，在未來都有良好的發(fā)展機(jī)會。比如TEConnectivity，李杰認(rèn)為它將是能夠影響工業(yè)4.0未來的核心企業(yè)。因為TE就是做第一個C，即做Con鄄nection的企業(yè)。如果TE能夠持續(xù)創(chuàng)造出專利技術(shù)和產(chǎn)品，并成為支撐到未來4.0轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)之一，加之其在全球的官方布局，TE在未來的發(fā)展前景是非?？捎^的。

TEConnectivity公司副總裁兼工業(yè)事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理StefanRustler說到：“我非常認(rèn)同TE有很大的發(fā)展空間。首先，TE每年會推出很多新產(chǎn)品，以保證一定的年度增長空間。據(jù)統(tǒng)計，公司三年內(nèi)研發(fā)的產(chǎn)品銷售約占公司銷售額的25%。同時，TE也關(guān)注并購的機(jī)會，希望能夠得到更好的企業(yè)和產(chǎn)品發(fā)展的平臺。其次，TE非常重視市場策略和市場開發(fā)。再其次，TE在全球的網(wǎng)絡(luò)覆蓋非常廣，并且也一直在如中國、印度、非洲、南非這樣的快速增長國家和市場上加大投入，從而也獲得TE自身的快速增長。”

據(jù)了解，TEConnectivity目前在全球有將近1.8萬個專利技術(shù)。對于工業(yè)4.0對連接行業(yè)的影響，StefanRustler補(bǔ)充道：“首先從連接器和傳感器發(fā)展的趨勢來看，我們看到了以后的工業(yè)發(fā)展需要的是越來越高速的連接技術(shù)，同時，在應(yīng)用環(huán)境方面也有更多的要求。我們認(rèn)為以后的連接器會越做越小，傳輸速度越來越快，連接也將越來越可靠。”

中國制造經(jīng)歷三大階段

李杰提出，中國制造正在面臨從內(nèi)需增長到外需增長的一個轉(zhuǎn)換。在這個過程中，對于中國制造要向工業(yè)4.0邁進(jìn)，還將經(jīng)歷三個階段：

第一階段，回顧。即反思和研究中國20年來制造的弱點在哪里，并相應(yīng)地去改進(jìn)、避免它。

第二階段，制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。“中國制造”的產(chǎn)品將不僅是MadeinChina，還將MadeinUSA、MadeinSpain。擁有在世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)能力，這也是制造強(qiáng)國的體現(xiàn)。

第三階段：提升用戶體驗。中國制造的產(chǎn)品要遠(yuǎn)銷國外，靠的不僅是產(chǎn)品質(zhì)量和價格，還有價值。李杰還強(qiáng)調(diào)到，產(chǎn)品的價值高低與否，跟創(chuàng)新相關(guān)性非常高。

中國制造正在經(jīng)歷翻天覆地的變化，這其中涉及的連接器和傳感器等基層零部件也在加速升級。StefanRustler說到：“TE希望幫助本地客戶創(chuàng)造價值，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。整個TE在中國已經(jīng)投入了20家工廠。在這個基礎(chǔ)上，還在進(jìn)一步在增加這個投入。TE目前面臨客戶的需求最主要的就是多品種、小批量，而TE提供的是解決方案式的服務(wù)，所以能夠按照客戶不同的行業(yè)來適應(yīng)這個市場的生產(chǎn)管理的要求。此外，不同于一般的公司，TE的研發(fā)部門有一個任務(wù)是專門考慮未來市場的發(fā)展趨勢，并做一定的技術(shù)儲備。比如TE最近兩年一直在推廣ARISO的無線連接技術(shù)。對于中國市場而言，它也是一個很重要的技術(shù)儲備，其最主要的變化就是將來可能會有無線連接技術(shù)在行業(yè)中得到應(yīng)用。這些都是TE助力中國公司邁向4.0的重要體現(xiàn)。”

李杰最后還說到，中國工業(yè)4.0里面最缺乏的并不是物聯(lián)網(wǎng)，缺乏的是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集之后怎么做分析。這是同樣也是全世界邁向工業(yè)4.0的工作重點。

為滿足消費者對功能更豐富和性能更高的設(shè)備需求，半導(dǎo)體制造業(yè)需在資本設(shè)備方面進(jìn)行大量投資，因而也導(dǎo)致競爭變得日趨激烈。為提高競爭力，芯片制造商正在采用工業(yè) 4.0 制造技術(shù)來實現(xiàn)更高水平的卓越運營。在本文中，我會闡述工業(yè) 4.0 的含義，提供工業(yè) 4.0 在半導(dǎo)體晶圓廠環(huán)境下的應(yīng)用示例，并說明應(yīng)用材料公司如何驅(qū)動這一發(fā)展?！　≡谏钊爰?xì)節(jié)之前，讓我們先了解一下什么是工業(yè) 4.0。工業(yè) 4.0 的概念由德國政府首次提出，用以描述人工智能 (AI) 、大數(shù)據(jù)、云計算和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等新技術(shù)所帶來的第四次工業(yè)革命。、第一、第二、第三次工業(yè)革命的驅(qū)動因素分別是蒸汽和水力發(fā)電，電力使用，計算機(jī)技術(shù)(圖1)。

　　圖 1.(來源：由 Christoph Roser 在 AllAboutLean.com 上提供)　　工業(yè) 4.0 概念的實現(xiàn)通常稱為“智能制造”，我們經(jīng)常稱之為“智能工廠”。工業(yè) 4.0 的主要特點包括：　　· 制造系統(tǒng)的垂直整合　　o 在工廠中，具有網(wǎng)絡(luò)連接的生產(chǎn)系統(tǒng)稱為信息物理生產(chǎn)系統(tǒng) (CPPS)。在工業(yè) 4.0 中，CPPS將被垂直整合和連接，以便使環(huán)境和價值鏈中的任何變化都能反映到制造過程中?！　　?跨企業(yè)和價值鏈實現(xiàn)水平整合　　o 將制造設(shè)備與合作伙伴、供應(yīng)商、分包商等一起水平整合到價值鏈中　　通過云、大數(shù)據(jù)、移動和 AI/分析等新一代技術(shù)實現(xiàn)并加速整合　　首先，讓我們看一下半導(dǎo)體晶圓廠的垂直整合。如下面的圖 2 所示，這涉及整合所有 ISA-95 層級。

　　圖 2.(來源：應(yīng)用材料公司)　　ISA-95 層級包括第 0 級(適用于包含所有傳感器和執(zhí)行器的物理設(shè)備)到第 4 級，涵蓋各種企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。每個層級的垂直整合需要對接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。在半導(dǎo)體行業(yè)中，很久以前設(shè)備整合便在 SECS/GEM 接口上進(jìn)行過標(biāo)準(zhǔn)化。高速 SECS 消息服務(wù) (HSMS) 的建立是為了通過更高速的以太網(wǎng)來支持 SECS/GEM 通信。隨著傳感器的使用量增多，半導(dǎo)體設(shè)備現(xiàn)在已能夠傳輸大量工程數(shù)據(jù)?！　榱酥С指咚僭\斷數(shù)據(jù)采集，工程數(shù)據(jù)接口(現(xiàn)在稱為接口 A)已經(jīng)與控制接口分開，僅用于采集設(shè)備數(shù)據(jù)。這滿足行業(yè)的需求，可將所有數(shù)據(jù)放在一個通用平臺上以實現(xiàn)一致性和便捷整合/分析。其結(jié)果是提高了批次 (R2R) 控制和故障檢測以及分類 (FDC) 分析等各種分析解決方案的效率，而這些分析可作為應(yīng)用材料公司的 SmartFactory? 制造解決方案的一部分?！　∠乱粋€整合層級是生產(chǎn)執(zhí)行/控制、WIP(在制品)管理和物流。根據(jù)工業(yè) 4.0，產(chǎn)品(在晶圓廠中被視為晶圓批次)即為 CPS(信息物理系統(tǒng))，其智能程度足以知道自己是什么、將成為何種產(chǎn)品以及需要去往何處。它們可以直接與同樣智能的 CPPS 通信。不過，在目前的半導(dǎo)體晶圓廠環(huán)境中，產(chǎn)品和設(shè)備的智能程度還不夠?！　〈送?，在制造過程中，邏輯目前尚處于包含路徑、操作等信息的 MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))中。在特定操作中處理完批次后，下一個操作的名稱將保留在 MES 中。通過智能分析解決方案來優(yōu)化調(diào)度和分派(實時分派和調(diào)度解決方案)。當(dāng)產(chǎn)品/批次 (CPS) 和設(shè)備 (CPPS) 通過 AI 實現(xiàn)智能化時，MES、分派和調(diào)度解決方案將在邏輯上變得更為分散。MES、調(diào)度和分派解決方案是應(yīng)用材料公司的 SmartFactory? 產(chǎn)品組合的核心部分?！　‖F(xiàn)在讓我們來看一下半導(dǎo)體制造網(wǎng)絡(luò)中的水平整合。　　目前，半導(dǎo)體價值鏈在一定程度上遵循某種順序。晶圓廠的批次/晶圓進(jìn)入晶圓庫進(jìn)行組裝、測試和包裝，隨后在運送至原始設(shè)備制造商之前進(jìn)入倉庫。這種情況正在改變：制造業(yè)越來越像網(wǎng)絡(luò)，晶圓廠和封裝設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(如圖 3 所示)。

　　圖 3.(來源：應(yīng)用材料公司)　　根據(jù)工業(yè) 4.0 的原則，我們需要有一個可協(xié)作化和智能化的網(wǎng)絡(luò)。以消費者為中心、以需求為導(dǎo)向的制造業(yè)正在推動制造網(wǎng)絡(luò)向分布式和協(xié)作化方向發(fā)展。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是建立一個稱之為“虛擬工廠”的制造企業(yè)平臺，我們可以在這里將不同的工廠、合作伙伴和供應(yīng)商整合到同一平臺上。而這個可以通過云計算、IIoT 和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)來實現(xiàn)和推進(jìn)?！　?yīng)用材料公司已取得諸多進(jìn)展助力半導(dǎo)體晶圓廠邁向工業(yè) 4.0，特別是從垂直整合的角度來說。憑借我們多樣化的制造解決方案，諸如智能 MES 和規(guī)劃/調(diào)度/分派解決方案等，晶圓廠的敏捷性和靈活性正在不斷提高?！　∥磥?，晶圓廠的工藝操作可通過AI得到進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。通過直接的智能通信，晶圓廠將變成更加適合 CPPS 設(shè)備滿足 CPS 批次需求的環(huán)境。MES 等制造軟件將在邏輯上變得分散，以確保操作符合規(guī)則/規(guī)定。在以后的博客文章里，我將繼續(xù)分享和探討工業(yè) 4.0 在半導(dǎo)體行業(yè)中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)以及適用于工業(yè) 4.0 的 MES (MES 4.0)?！　∫私庥糜谥С中乱淮圃斓?Applied SmartFactory? 制造產(chǎn)品和解決方案套件，請查看應(yīng)用材料公司的網(wǎng)站、博客和視頻?！　∽髡撸篏anesh Hegde　　Ganesh Hegde 是應(yīng)用材料公司的高級產(chǎn)品和營銷經(jīng)理，在北美和亞洲高科技/半導(dǎo)體行業(yè)制造領(lǐng)域擁有超過 20 年的豐富經(jīng)驗。他擁有亞利桑那州立大學(xué)計算機(jī)工程碩士學(xué)位。

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