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引言：深圳市益普科技有限公司，專注于半導體封裝測試行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網應用及解決方案研發(fā)，是廣東省工業(yè)互聯(lián)網供給資源池A類供應商，是廣東省第一批“上云上平臺”供應商，廣東省智能制造生態(tài)合作伙伴，獲得數博會工業(yè)APP大賽全國20強，公司致力于解決半導體細分行業(yè)的數字化車間的需求。目前在半導體封裝測試細分領域服務客戶逾200家，全國占有率第一。被國內多家半導體及數字化知名行業(yè)媒體評選為“中國半導體行業(yè)優(yōu)秀服務商”及“半導體數字化轉型年度品牌獎”。

公司以“數據驅動決策Data Driving Decision”為宗旨，致力于在數字化服務的基礎上，打造“半導體行業(yè)運營商 Industy Operator”，總部位于深圳市，主要針對半導體封測及相關產業(yè)鏈行業(yè)，提供MES、CIM、EAP數字化工業(yè)軟件及設備集成方案，提供半導體智能制造咨詢、數字化轉型顧問服務。

一、項目概況

半導體制造工業(yè)軟件一直由國外公司及臺灣公司提供，國內懂行業(yè)know-how又能結合新一代信息技術實現商用產品的公司屈指可數，益普屬于最早一批在行業(yè)探索的公司。益普成立時，用基于互聯(lián)網技術實現工業(yè)軟件的思路，屢次遭到同行的嘲笑和不解，但是還沒有MES的概念，益普艱難探索，在工業(yè)軟件的道路上，一直堅持新一代信息技術，堅持工業(yè)互聯(lián)網的技術路徑迭代產品，堅持采用時序數據庫、微服務架構、數據機器人等產品方向，最終在客戶占有率上戰(zhàn)勝了國外及臺灣的軟件提供商。為國內半導體封裝測試行業(yè)提供了高性價比的數字轉型服務，得到了很多客戶的認可，為國內半導體封測行業(yè)的數字化轉型做出了自己的貢獻。

1. 項目背景

1）半導體行業(yè)數字化轉型需求迫切。國內以華為中興事件為代表的“半導體卡脖子”事件，引起了全國上下的高度關注，半導體國產替代勢在必行，幾年來國內半導體制造業(yè)雨后春筍，急需與之匹配的數字化服務商，半導體生產數字化賦能勢在必行。

2）國外半導體軟件價格昂貴。國外的半導體封測MES工業(yè)軟件以應用材料AM的FactoryWorks和西門子的Camstar為代表，價格動輒數百上千萬，國內民營企業(yè)負擔不起。

3）工業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展為企業(yè)轉型提供了技術積淀。當前，以 5G、人工智能、大數據、云計算等為代表的新一代信息通信技術多點群發(fā)、加速演進，與制造業(yè)深度交叉、耦合共生勢不可擋。新技術可以彎道超車，利用工業(yè)互聯(lián)網平臺+工業(yè)APP的技術方案，替代國外傳統(tǒng)的IT軟件。

4）國產半導體工業(yè)軟件是發(fā)展趨勢。半導體工業(yè)軟件實現自主可控成為共識，棱鏡門事件之后，我國政府已經意識到政府數據安全的重要性，也加強了政府數據安全方面的工作。“去IOE”與設備采購國產化、自主研發(fā)等逐步成共識。

5）益普具備十年半導體行業(yè)Know-how積淀

益普旗幟鮮明地從半導體封裝測試行業(yè)數字化車間服務出發(fā)，經過10年積淀，打通了很多關鍵技術：SECS/GEM 通信協(xié)議、LOE批次作業(yè)引擎、STDF數據分析等，并隨著近幾年半導體封測企業(yè)數量的迅速增加，也獲得了大量的應用場景進行產品迭代。

2. 項目簡介

本項目基于精益化、知識化、模型化、可視化、數字化的理念及半導體行業(yè)Know-how等方面的優(yōu)勢，構建“面向半導體封測及相關產業(yè)鏈企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網數字化車間平臺”，采用新一代信息技術，打通SECS/GEM半導體專用通信協(xié)議，基于工業(yè)物聯(lián)網及微服務架構，研發(fā)半導體智能制造執(zhí)行系統(tǒng)—“SiFactroy半導體數字化工廠”。

“SiFactroy主要服務于半導體上下游產業(yè)鏈的大型企業(yè)，半導體智能制造執(zhí)行解決方案主要包括：智能控制（SFA Semiconductor Facotry Automation）、智能生產（SFM Semiconductor Factory MES）、智能分析（SIA Semiconductor Intelligent Analysis）三個核心部分。

SFA智能控制部分，針對半導體封測設備，采用半導體SECS/GEM通訊協(xié)議，通過IoT物聯(lián)網架構，實現設備的設備的數據采集與控制，實現RMS配方管理、AMS報警管理、UMS稼動率管理、RCM遠程控制、EAP設備自動化接口等功能。

SFM智能生產部分，系統(tǒng)以半導體制造運營邏輯為核心，通過建立半導體工藝路線模型Process Plan、工藝控制參數模型，針對半導體特殊的多工序、流程化作業(yè)模式，研發(fā)自主可控的半導體批次作業(yè)流程引擎LOE（Lot Operation Engine），高可適配半導體產線運行邏輯，實現了半導體流程追溯、在制品WIP管理、產量分析、良率分析、生產進度跟進、質量數據分析、設備數據采集、芯片CP及FT測試數據管理等功能。

SIA智能分析部分，通過對前兩部分數據積累，針對半導體工藝的特點，實現數據模型的建立，實現基于數據分析的數據分析應用，比如：YMS低良率分析系統(tǒng)、STDF測試數據分析BI系統(tǒng)（針對FT測試結果數據的數據分析可視化系統(tǒng)）、智能決策系統(tǒng)等。

3. 項目目標

本項目擬在構建“面向半導體封測及相關產業(yè)鏈企業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網數字化車間應用解決方案”，針對國內半導體工廠特點：先進封裝制造剛剛興起，仍以傳統(tǒng)封裝為主，規(guī)模以中小制造企業(yè)為主，以代工制造為主的現狀，擬采用新一代信息技術，利用工業(yè)互聯(lián)網平臺+工業(yè)APP的方式，對行業(yè)know-how進行知識化、模型化封裝，可以實現低成本、快交付、高可復用的行業(yè)解決方案。在半導體封測及相關產業(yè)鏈行業(yè)通用性強、推廣價值高，在半導體封測行業(yè)之外，可快速復用到LED燈珠封裝測試、元器件（電阻、電容、電感）制造、光伏新能源等行業(yè)。

通過本項目的立項和開發(fā)以及商用實踐，從理論上證明基于新一代信息技術，基于工業(yè)互聯(lián)網平臺+工業(yè)APP的模式，可以滿足半導體先進制造的要求。對比國外傳統(tǒng)成熟的工業(yè)軟件，我們可以用新技術實現數字化的彎道超車。可以實現成本、產品體驗、功能滿足度以及行業(yè)應用適配性的統(tǒng)一。

二、項目實施概況

1. 項目總體架構和主要內容

（1）技術路線：

1）系統(tǒng)架構

針對半導體行業(yè)特點，底層基于工業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)架構，上層應用支持私有云與SaaS化部署兩種方式；在全面感知層、產線層、工業(yè)控制層、系統(tǒng)集成層、數據存儲層、數據應用層、數據展現層，后續(xù)可通過工業(yè)互聯(lián)網實現產業(yè)協(xié)同。

2）技術實現路徑

項目以工業(yè)物聯(lián)網IIoT數據采集技術為基礎，結合以半導體封裝測試行業(yè)的工藝特性，益普提出了EIPDF的數字化工廠物聯(lián)網架構模型。建設高效的信息集成系統(tǒng)，構建實時高效的工業(yè)通信網絡結構。系統(tǒng)集成了數據采集感知、邊緣計算、基于SECS/GEM協(xié)議的數據解析、MQTT數據傳輸、工業(yè)時序數據庫、數據建模、實時數據流式計算、數據挖掘、治理、數據智能化、可視化等技術。所采用的系統(tǒng)集成與通信網絡架構方案如下圖所示：

美國AMR組織層面給出了典型的企業(yè)數字化的三層架構模型，如下圖：包括計劃層ERP、執(zhí)行層MES、采集層PCS。本項目重點涉及執(zhí)行層MES、采集層PCS，同時與企業(yè)現有或未來的計劃層ERP深度融合:

在執(zhí)行層MES層和基于半導體設備互聯(lián)技術的PCS層，是本案例的重點內容，以人機互聯(lián)、人人互聯(lián)、機機互聯(lián)、機物互聯(lián)的理念，基于PCS采集層數據，實施工廠建模、生產執(zhí)行、質量管理、設備管理、報表與看板等生產功能。工廠建模主要實現半導體產品建模、工藝路線、產品LINK、生產BOM、設備建模和標準工程設定；生產執(zhí)行主要實現訂單下發(fā)、數據采集、效能分析、生產執(zhí)行、過程監(jiān)控、完工確認，與現場調度相協(xié)調；質量管理實現產品檔案、制程SPC、IPQC巡檢、物料追溯、不良分析、質量預警等；設備管理實現設備綜合效率OEE、設備控制和數據采集；報表與看板實現WIP在制品/OP產品/YLD良率/CT周期/CST成本、測試數據、標簽與條碼、追溯管理、數據導出和移動表表等。最后MES層與ERP的生產排程、生產投料、產品入庫、計件工資等相互聯(lián)動。

通過對制造現場數字化，對客戶工單的生產進度也做了詳細跟進，對客戶開放遠程查詢端口，客戶可主動查詢自身訂單進度，做到延遲自動預警。該功能實現了初步的客戶層面的外部協(xié)同。下一步，公司正在研發(fā)基于工業(yè)互聯(lián)網協(xié)同平臺的矽云SiCloud工業(yè)互聯(lián)網平臺，搭建深圳IC設計之都和全國半導體封測制造的平臺，為IC設計公司尋源工廠，為半導體封測工廠尋找客戶。

（2）技術方案：

系統(tǒng)采用工業(yè)互聯(lián)網APP的模式進行開發(fā)和部署，基于應用工具箱，各個工業(yè)APP子模塊可以獨立運行也可以相互依賴。 針對半導體行業(yè)工藝特點，比如：工序多、設備多、訂單量大，如下圖所示：

典型的半導體行業(yè)的工藝節(jié)點如下圖：

擬解決企業(yè)關鍵痛點：

半導體企業(yè)由于生產車間設備多、工序長，工藝雜，成本高，多存在以下痛點：

協(xié)同：生產制造過程不透明，協(xié)同差，浪費嚴重；

效率：設備無實時狀態(tài)監(jiān)測，稼動率OEE低；

質量：質量可追溯性差，生產異常無法及時預警；

庫存：WIP庫存管理亂，在制成本高，堆料嚴重，

成本：人力成本高，績效KPI缺失，劣幣驅逐良幣；

客戶：要求越來越高，審核標準逐年提高。

通過對上述問題的解決，實現“數字化車間精益管理”，從“制造協(xié)同”入手，逐漸過渡到“協(xié)同制造”，幫助企業(yè)客戶實現明顯效率及收益的提升。

基于上述特點，本方案“硅芯似箭”SiFactory工業(yè)APP，主要實現的半導體數字化車間解決方案的功能框架圖如下圖所示：

產品打通SECS/GEM半導體專用通信協(xié)議，基于工業(yè)物聯(lián)網及微服務架構，研發(fā)半導體智能制造執(zhí)行系統(tǒng)—“SiFactroy半導體數字化工廠”。

“SiFactroy主要服務于半導體封測及其上下游產業(yè)鏈企業(yè)，半導體智能制造執(zhí)行解決方案主要包括：智能控制（SFA Semiconductor Facotry Automation）、智能生產（SFM Semiconductor Factory MES）、智能分析（SIA Semiconductor Intelligent Analysis）三個核心部分。

SFA智能控制部分，針對半導體封測設備，采用半導體SECS/GEM通訊協(xié)議，通過IoT物聯(lián)網架構，實現設備的設備的數據采集與控制，實現RMS配方管理、AMS報警管理、UMS稼動率管理、RCM遠程控制、EAP設備自動化接口等功能。

SFM智能生產部分，系統(tǒng)以半導體制造運營邏輯為核心，通過建立半導體工藝路線模型Process Plan、工藝控制參數模型，針對半導體特殊的多工序、流程化作業(yè)模式，研發(fā)自主可控的半導體批次作業(yè)流程引擎LOE（Lot Operation Engine），高可適配半導體產線運行邏輯，實現了半導體流程追溯、在制品WIP管理、產量分析、良率分析、生產進度跟進、質量數據分析、設備數據采集、芯片CP及FT測試數據管理等功能。

SIA智能分析部分，通過對前兩部分數據積累，針對半導體工藝的特點，實現數據模型的建立，實現基于數據分析的數據分析應用，比如：YMS低良率分析系統(tǒng)、STDF測試數據分析BI系統(tǒng)（針對FT測試結果數據的數據分析可視化系統(tǒng)）、智能決策系統(tǒng)等。

工業(yè)APP的應用模塊如下：

1）產品界面舉例：

2）現場應用情況（舉例）：

3）功能特點及工業(yè)APP模塊規(guī)劃

2. 網絡、平臺或安全互聯(lián)架構（一個或多個均可）

網絡部署架構圖

3. 具體應用場景和應用情況

應用場景

由于半導體制造工藝復雜，工序多，設備密集，管理要求高，客戶質量要求嚴格，其生產制造大多有如下痛點：

（1）人工成本高，且插單、急單無法實時同步，PMC跟單效率低；

（2）現場工序多，在制品WIP管理亂，堆料、丟料嚴重；

（3）生產設備技術員，工資高，工作量不好量化，無績效KPI指標，劣幣驅逐良幣；

（4）其主要客戶為國內一線IC設計公司，要求實現全流程質量追溯保障。且希望實時查看訂單進度，完成高效的供應鏈協(xié)同。

（5）生產設備幾百臺，設備綜合利用率OEE低，浪費嚴重；

（6）工藝參數依靠人工，希望打通設備，通過自動采集與監(jiān)測，實現產品數據的實時質量控制。

應用情況

（1）高效性：

輔助排產優(yōu)化：通過對生產制品WIP物料實時情況、設備實時狀態(tài)、人員情況等生產資料的智能化分析，優(yōu)化現場排產作業(yè)，提高設備利用效率及訂單周轉效率。

（2）協(xié)同性：

生產流程優(yōu)化：生產產品的原物料連同作業(yè)指令一起送達相應的加工單元，以指令開始一個工序或工步的操作，極大地提高了生產流程的協(xié)同性，減少了“工作中心”的待料時間，提高了“工作中心”的利用效率。

生產人員優(yōu)化：系統(tǒng)自動跟單，減少PMC跟單人力；現場運維人員績效數字化管理，提高員工積極性；運營分析報表自動輸出，減少管理類文員工作量。

（3）完整性：

可追溯性保障：通過生產過程數字化，實現人機料法環(huán)的可追溯性，提高質量保障。

軟件防呆：通過軟件防呆，實現自動打印標簽、物料防呆確認，線邊庫智能管理等，杜絕質量事故。

（4）及時性：

安燈精益管理：設備停機、在制品堆料、CycleTime超期等生產異常自動預警，移動APP逐級提醒，實現協(xié)同管理，精益化運營。

設備效率提升：通過設備數據分析，快速找到效率黑洞，異常原因，柏拉圖定律重點解決核心問題。提升設備稼動率、訂單周轉率等管理指標。

4. 安全及可靠性

項目組織管理上，公司通過了ISO9001質量管理體系認證及ISO27001信息安全管理體系認證。

（1）過程控制：ISO9000族標準，特別強調過程控制，即質量是在產品形成過程中形成的，體現了預防為主的質量管理思想。公司每一項工業(yè)APP的開發(fā)公司都有“立項報告”、階段評審Review點、驗收交付都有明確的流程管理,對產品開發(fā)及交付的過程管理

（2）建立文件化的質量體系。質量體系要求各項開發(fā)活動都做出詳細的規(guī)定，作到工作有章可循，有章必循，違章必糾。實現從“人治”到“法制”的轉變。

（3）風險管理意識：項目開發(fā)及交付都會有很多風險，ISO9000讓團隊養(yǎng)成基于風險的思維，確保組織能夠持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。

5. 其他亮點

（1）技術創(chuàng)新：

團隊立足自主研發(fā)，挑戰(zhàn)行業(yè)空白，開發(fā)針對于半導體封裝測試行業(yè)的“硅芯似箭”SiFactory半導體數字化工廠解決方案。技術創(chuàng)新包括半導體SECS/GEM協(xié)議解析，半導體工藝流程PRE建模器，晶圓地圖Maping與SubMaping映射，半導體STDF 數據解析及挖掘以及DieLevel 的Traceability 系統(tǒng)構建等。

集成數據采集感知、邊緣計算、MQTT傳輸、時序數據庫、實時數據流式計算、數據挖掘治理等技術。基于精益化、知識化、模型化的理念，采用新一代信息技術，采用微服務架構，研發(fā)高可復用的系列工業(yè)APP應用。

行業(yè)深耕：深耕半導體封測行業(yè)及上下游產業(yè)鏈，典型客戶包括：深圳盛元半導體、佛山國星光電、廣東風華芯電、華大基因芯片等。

（3）產品優(yōu)勢：

1）易實施：產品基于工業(yè)APP開發(fā)，功能解耦，分步上線，通用性較強易于部署實施；

2）適配性：產品自主可控，半導體封測數字化長期由國外公司（應用材料的FactoryWorks及西門子的Camstar系統(tǒng)）提供，價格高昂，益普經過10年積淀，實現全面本土化、國產化，并適配國內企業(yè)，有獨特的優(yōu)勢。

三、下一步實施計劃

1. 產品計劃

（1）持續(xù)完善“硅芯似箭”SiFactory系統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網APP應用的開發(fā)。半導體客戶群也不斷升級，先進封裝以及自有品牌的半導體工廠持續(xù)建設中（比如理想汽車等企業(yè)紛紛開設自己的芯片工廠），需要對先進封裝IPM、SIP、FCBGA等行業(yè)特性進行APP封裝，豐富完善APP庫。

（2）持續(xù)在DataRobot數據機器人投入，堅持“數據驅動決策”的理念，通過數據+算法的模式，結合制造管理及工業(yè)機理模型，開發(fā)更多能分析數據、治理數據、輔助生產決策的行業(yè)通用高可復用的工業(yè)APP應用。

（3）探索矽云SiCloud半導體產業(yè)鏈行業(yè)協(xié)同新制造生態(tài)，針對半導體行業(yè)所面臨的結構性問題和整體發(fā)展瓶頸，以半導體終端產品市場需求的供應協(xié)同生態(tài)進行資源調配，實施數字化轉型所構建的高效協(xié)同和智能柔性的新型制造體系。

2. 資金計劃

（1）企業(yè)盈利資金的研發(fā)再投入。益普堅持研發(fā)主導，持續(xù)高強度的研發(fā)投入。

（2）銀行貸款。深圳市及龍華區(qū)有很多關于高新技術企業(yè)貸款貼息政策，今年公司也拿到了貼息貸款，感謝深圳市優(yōu)良的營商和科創(chuàng)環(huán)境，低成本的資金，給公司研發(fā)的持續(xù)投入帶來很大的便利。

（3）風險投資。準備引進新一輪風險投資，引進高端人才及擴展市場渠道。

四、項目創(chuàng)新點和實施效果

1. 項目先進性及創(chuàng)新點

（1）技術創(chuàng)新

項目關鍵技術的創(chuàng)新：

（2）相關知識產權

關鍵技術知識產權：

（3）模式創(chuàng)新

基于半導體封測行業(yè)服務的特點，根據我們現有的客戶群體及技術能力，益普提出“數據驅動決策Data Driving Decision”的口號，從軟件廠商到數字化廠商，除了軟件授權的收費方式外，真正挖掘軟件產生的數據價值，切實為企業(yè)降本增效，通過提供數據服務數據機器人DataRobot的方式，源源不斷給企業(yè)提供運營建議及經營分析報告，助力企業(yè)持續(xù)發(fā)展。通過數據服務的收費模式，產生持續(xù)的收入來源。做客戶運營商Customer Operator。

并積極探索SiCloud矽云新制造生態(tài)運營，針對半導體行業(yè)所面臨的結構性問題和整體發(fā)展瓶頸，以半導體終端產品市場需求的供應協(xié)同生態(tài)進行資源調配，實施數字化轉型所構建的高效協(xié)同和智能柔性的新型制造體系。

2. 實施效果

該項目在半導體封裝測試行業(yè)進行了市場推廣，目前商用客戶逾百家，典型客戶包括：深圳盛元半導體、深圳龍晶微電子、江蘇捷捷半導體、佛山國星光電、佛山藍箭電子、浙江益中智能電氣（吉利汽車芯片封裝測試廠）、深圳三聯(lián)盛科技、深圳電通緯創(chuàng)半導體、廣州風華芯電、廣州芯聚能IGBT封裝、上海功成半導體、天水華天科技、華大基因芯片、江門華凱電子、江門中陽光電等企業(yè)。

典型案例深圳盛元半導體，與益普建立合作關系后，全面開展半導體封測車間的數字化轉型工作，項目實施后,根據客戶反饋經濟收益如下：

1）通過士蘭微、華潤微等高端審廠要求，并每年能為公司節(jié)省成本約300 萬元

2）實現全流程管理，生產過程防呆，質量預警，產品生產效率提高35%左右

3）交期管理效率顯著提升，生產過程進度透明化，生產線產品不良率由原的3%降低為1.5%

4）設備稼動率提升8.8%，并且大數據智能分析，降低人員數據統(tǒng)計時間，提高部門協(xié)同效率

5） 本項目的實施，為公司承接高端客戶訂單打下很好的基礎，為公司增加3000 萬元以上的營業(yè)收入，公司增加納稅約200萬元，促進公司年經濟增長率達25%以上。