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活用IoT、大數據與AI 半導體工廠穩步實現智慧轉型

創始於1980年的聯華電子(以下簡稱「聯電」),為半導體晶圓專工業界的領導廠商,主要提供先進製程與晶圓製造服務,針對IC產業各種主要應用產品生產晶片。值得一提的,半導體製造屬於兼具技術密集、資本密集等多重特性的產業,聯電不僅身在此一特殊產業,加上本身又是世界級的晶圓大廠,所以更需要持續著力於產能擴展與技術開發。

源起於2012年的工業4.0浪潮,對於整個半導體產業無異是揭開了下一個新時代的革命序曲,迫使每家半導體業者必須認真思考自我在未來智慧製造的戰術地位、戰略方向,而非一味靠著舊有方法來擴充產能、研發技術,才能不被浪潮淹沒,甚至有機會乘著這股大潮再創成長高峰;毋庸置疑,聯電當然不能自外於工業4.0趨勢。

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聯電智慧製造處結構佈建四部經理林志明表示,針對現今熱門的智慧分析(AI)議題,該公司已有一定的發展成果,例如在廠內導入機器視覺,針對瑕疵檢測、製程影像辨識等面向產生顯著的輔助效果。

「談工業4.0,不是裝裝感測器就好,還需要換腦袋,」聯電智慧製造處結構佈建四部經理林志明進一步說明。所謂「換腦袋」,即是懂得透過大數據分析來增加製程中自動化比例,就是賦予機器「智慧」,透過在機器上裝設感測器收集數據,達到提高整體效率的目的。聯電深知,任何半導體製造業者若不順勢而為換腦袋,哪怕過往建立再多的尖端製程,終究會淪為「傳產」,在物種淘汰的殘酷競爭時代中失勢。

以智慧工廠為載體,實現工業4.0轉型目標

著眼於此,聯電在2017年正式成立智慧製造處並整合全公司智慧製造平台,以邁向工業4.0為終極目標。聯電非常清楚,智慧製造是達成最終工業4.0轉型的Output目標,至於智慧工廠則是達成智慧製造的中間過程載體;對比傳統工廠、智慧工廠,最大的不同之處,在於後者大量運用各類感測器、機器人資料,透過資訊網路傳輸管理(IoT),並基於大數據(Big Data)、雲端平台的智慧分析(AI)能量,幫助企業實現較以往更加科學的決策,換言之,舉凡IoT、Big Data與AI,都是智慧工廠的重要Input因子。

聯電副總經理洪錫興於SEMICON TAIWAN提到智慧製造的願景,便是透過智慧工廠的建置來解決以前看不到的問題,甚至預防看不到的問題,這就是智慧製造的趨勢。讓以前看得到的資料,可被轉換出更大的應用價值,更有甚者,以前看不到的資訊,還可進一步拿來做為改善分析的依據,繼而在現有架構下提升工廠產能、降低工程師的Manpower Loading,也就是致力提升工廠內的人均產值。在此前提下,智慧製造處的功能建置便與IoT、Big Data、AI等三大因子息息相關,包括Extra Sensor的技術開發、評估建置大數據的軟硬體架構、智慧製造相關AI演算法開發、智慧製造平台建置、資料科學家與大數據分析工程師的培育與工業4.0專案的推廣。

林志明經理指出,不論是IoT、Big Data或AI等技術開發成果,最終都必須被實際運用在生產相關的機台、製程,才能真正協助工廠落實產能最大化、提升人均產值等目標;但不可諱言,單憑智慧製造處內部研發能量,或許仍有些許不足與落差,也或許曠日費時,需要整合來自外界(大學、產業與新創公司)的力量,透過彼此相輔相成,才能大幅加快上線步伐,因此其間的產官學合作便顯得相當重要,迄今聯電智慧製造處已與國內外知名大學締結產學合作關係,針對AI、Big Data等議題啟動諸多的共同研發項目。

藉由資料展現應用價值,全力提升人均產值

林志明經理不忘強調,如前所述智慧工廠的建置,有助於降低Manpower Loading,但這並不適合流於負面解釋,事實上是讓目前工廠的日常運作管理,可以藉助自動化與智慧化系統來取代,使工程師能夠減少參與庶務性工作,從而利用更充裕的時間與心力來推動高階的製程開發、系統精進等高值化事務,確保工程師人力資源獲得更有效地運用。此外更重要的,聯電期許隨著全力推動工業4.0的大戰略下,可在「現有架構下提升產能」,說穿了即是不再倚靠購置新機台來衝高產能,藉此降低資本支出,基於這一目標欲拉高現有設備的生產力,必須深入剖析每一台既有設備的流程、步驟,從中找出差異點,著手進行機會點的改善,意指任何設備都可能藉由某一道或某幾道步驟的調整獲得顯著的產能優化與縮短生產週期。

另外半導體廠設備耗材相當昂貴,但若未定期保養更換耗材而導致生產設備當機進而影響工廠產能與產品交期,對於半導體廠而言也是極大的損失。智慧工廠可透過設備參數資料進行PHM(Prognostic Healthy Management)模型建立,就可預測設備系統健康指標(Healthy index)與剩餘可用壽命(RUL),進而延長耗材使用壽命節省支出,並避免非預期性當機造成的產能損失。

總括而論,聯電在智慧製造主要著重在六大面向,機台自動化、傳送自動化、生產自動化、遠端自動調機、製程品管監控、IAI專家決策系統來協助聯電走向數位轉型,而聯電是半導體大廠擁有8吋及12吋多間工廠的產能,跨世代製程多樣化與生產設備也差異極大,要推動智慧工廠建置與現有工廠場域共生共榮是一大難題,這也是聯電成立智慧製造處以持續開發IAI技術與整合不同廠區資源來推動全公司一起走向智慧製造的目的。