台積電生產良率快速拉升的祕密

面對全球氣候變遷的挑戰,世界各國和跨國企業紛紛宣布2050 年內淨零碳排(Net Zero)的中長期目標和推動時程,綠色製造和永續發展已成為企業社會責任與環境、社會和公司治理(Environment-Social-Governance, ESG)的重要目標,台灣必須超前部署。

先進智慧控制實現綠色製造與智慧節能

聯合國 2016 年具體推動 17 項永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs),包括:(1)無貧窮、(2)零飢餓、(3)好健康和福祉、(4)高品質的教育、(5)性別平等、(6)潔淨水與衛生、(7)負擔得起的綠色能源、(8)適合的工作與經濟成長、(9)創新與產業基礎建設、(10)減少不平等、(11)永續城市與社區、(12)負責任的消費與生產、(13)氣候行動、(14)水下的生命與海洋資源、(15)陸上的生態、(16)和平與正義、(17)實現目標的夥伴關係。台灣缺乏天然資源而高度依賴進口,更應善用先進控制技術和智慧科技發展循環經濟,在邁向工業 3.5 至工業 4.0 的轉型中,提供重新塑造全球經濟模式的典範 。

工業 3.5 綠色製造與循環經濟包括五個推動方向:數位決策最佳化物料使用效率、智慧綠色供應鏈、聰明生產節能減碳、全面資源管理,以及循環經濟的綠色智慧工廠等。例如,高科技製造得維持製造環境溫度、濕度和潔淨度,冰水系統是半導體、面板廠的廠務系統最耗能的設備之一。

智慧精準製造 整合先進製程控制與聰明生產

隨著物聯網、大數據、人工智慧、雲端、高效能運算和邊緣運算等技術快速發展,各種設備和工廠相關系統已建置大量的感測器以自動蒐集生產過程中大量產生的各種數據。德國工業4.0 的參考架構強調製造系統應具備自癒力,能夠動態因應各種異常狀況進行避免、預警、管理或補償,以即時重新調整製程,避免因設備和製程的異常造成的產能及良率損失。

半導體智慧製造技術藍圖提出設備工程能力、製造執行系統與設備整合能力,以及自動物料搬運系統等三個方向,如圖8.1 所示。製造執行系統與設備整合能力則從設備機聯網、在製品管理、配方管理,先進規劃與排程、生產排程與派工等生產管理系統,並提升個別機台、設備群組、生產線擴大到整廠作業管理,以增加管理範圍和應用複雜度。

例如,台積電整合人工智慧、大數據分析與機器學習技術發展先進、敏捷與智慧化的生產系統,包括智慧化自動物料搬運系統,整合智慧化行動裝置、物聯網和移動式機器人,以強化晶圓生產資料收集與分析,達成即時資訊分析和增進預測能力,並將智慧製造技術應用在生產排程與派工,建立整合製造管理平台(Super Manufacturing Platform, SMP),讓客戶得到相同的品質與可靠度,加速學習曲線,縮短良率爬坡到量產的時間,並提供高度的產能彈性,精實重新認證所需的流程,以快速支援客戶的緊急需求,提升先進製程/設備/品質控制,以提供客戶最大化效益。

此外,基於等候線理論,架構各個工作站在製品水位和線上等候時間等因子的影響關係,分析生產大數據以推導實證關係,找出每個可控因子的理想水位和敏感度,透過宏觀調控機制以維持整廠各個產品的生產排列組合和虛擬流水線的平衡,以維持加工流程的順暢,有效降低生產週期時間,並根據設備健康狀況和預測保養的需求,配合生產系統的宏觀調控,來決定最佳的維修保養時間,同時降低保養維護成本,並減少因為生產狀態變異造成在製品的波動而增加的生產週期時間。

自動化執行邁向智慧化決策

製造執行系統是高科技工廠製造自動化和智慧製造的基礎,協助製造工程師的作業管理包括生產排程及派工、製造流程與配方之執行、監控與紀錄工廠各種狀況變數,以下達適切的指令和因應對策,並能提供即時而精準的生產資訊,提高生產效益和產出。

高科技製造業的製造執行系統已從自動化執行邁向「智慧化決策」,在不同機台間引入「即時決策系統」,建立共同的標準溝通介面,進行整合以自動協調分配各機台資源。

良率是智慧製造的根本目標之一,高良率同時提升產品品質和可靠度,也減少產品回流再製時間,降低重工等成本,提高客戶滿意度和市場占有率,更能提升公司在產業價值鏈的地位和獲利。

例如,台積電整合人工智慧、大數據分析與機器學習技術發展先進、敏捷與智慧化的生產系統,包括智慧化自動物料搬運系統,整合智慧化行動裝置、物聯網和移動式機器人,以強化晶圓生產資料收集與分析,達成即時資訊分析和增進預測能力,並將智慧製造技術應用在生產排程與派工,建立整合製造管理平台(Super Manufacturing Platform, SMP),讓客戶得到相同的品質與可靠度,加速學習曲線,縮短良率爬坡到量產的時間,並提供高度的產能彈性,精實重新認證所需的流程,以快速支援客戶的緊急需求,提升先進製程/設備/品質控制,以提供客戶最大化效益。

此外,基於等候線理論,架構各個工作站在製品水位和線上等候時間等因子的影響關係,分析生產大數據以推導實證關係,找出每個可控因子的理想水位和敏感度,透過宏觀調控機制以維持整廠各個產品的生產排列組合和虛擬流水線的平衡,以維持加工流程的順暢,有效降低生產週期時間,並根據設備健康狀況和預測保養的需求,配合生產系統的宏觀調控,來決定最佳的維修保養時間,同時降低保養維護成本,並減少因為生產狀態變異造成在製品的波動而增加的生產週期時間。

自動化執行邁向智慧化決策

製造執行系統是高科技工廠製造自動化和智慧製造的基礎,協助製造工程師的作業管理包括生產排程及派工、製造流程與配方之執行、監控與紀錄工廠各種狀況變數,以下達適切的指令和因應對策,並能提供即時而精準的生產資訊,提高生產效益和產出。MES 能收集並提供即時的生產資訊並進行資料分析,記錄並追蹤原物料與工件在廠內的流動、監控製程、選擇製造處方、控制生產排程及派工等,可提供供應鏈管理系統(Supply Chain Management, SCM)及企業資源計劃系統(Enterprise Resource Planning, ERP)所需的即時且關鍵的資訊。

高科技製造業的製造執行系統已從自動化執行邁向「智慧化決策」,在不同機台間引入「即時決策系統」,建立共同的標準溝通介面,進行整合以自動協調分配各機台資源。

良率是智慧製造的根本目標之一,高良率同時提升產品品質和可靠度,也減少產品回流再製時間,降低重工等成本,提高客戶滿意度和市場占有率,更能提升公司在產業價值鏈的地位和獲利。因此,必須提升並整合企業規劃層的決策力和製造執行層的應變力,藉由結合現有製造管理機制與先進生產規劃和決策系統的混合策略,考慮不同產業的特性和彈性需求,發展先進品質控制、先進製程控制、先進設備控制的完整解決方案,以有效提升彈性決策的韌性和即時決策的品質。

藍湖策略:發展智慧化管理科技與數位決策,超越藍海紅海循環宿命

( 本文摘自簡禎富著《藍湖策略:發展智慧化管理科技與數位決策,超越藍海紅海循環宿命》,天下雜誌提供)


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