尚品本色智能家居工业4.0创新应用

近日，在TEConnectivity举办的工业4.0活动中，中国工业报记者采访到了专注于大数据和工业4.0研究的美国辛辛那提大学讲座教授李杰，以及连接领域的领军企业TEConnectivity公司副总裁兼工业事业部中国区总经理StefanRustler。作为工业领域的杰出学者和企业高管，他们在与中国工业报记者的对话中阐释了对工业4.0发展的观点。

工业大数据亟待关注

德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。在李杰教授看来，工业4.0时代要生产的产品，不光要有功能，还要有价值，而价值是通过处理数据得来的。当下，大数据是非常热门的话题，但是工业大数据受到的关注度却较为有限。工业大数据是指在一个产品制造流程或者一个工业体系中涉及到的数据信息，就如健康管理、地震救治、银行运营等设计到的数据信息一样。但事实上，工业大数据对整个工业产业升级的意义非凡。

李杰认为，德国的核心是制造，所以德国提出的工业4.0的定义，实际完全是在定义制造生产。而现有的制造系统亟须要对制造设备本身，以及制造过程中产生的数据进行更深入的分析。对此，李杰提出了工业4.0的5C理论，这其中包含的五个C：第一个是Connection，即指连接，这其中涉及传感器和网络，将设备相连，作为采集数据的基础；第二个C是Conversion，即指转化，在Connection过程中采集的数据要转化为信息。第三个C是Cyber，即内容；第三个C是Cognition，即认知；第五个C是Configuration，即配置。举例来说，从手机到微信，再到微信上面分享动画、视频、做互动，未来，我们甚至可以用微信管理家电、管灯、看家庭安全以及照顾。这个过程就是从Connection、Conversion、Cyber、Cognition到Con鄄figuration的转化。并且在这五个C当中，大数据会贯穿始终。

工业4.0带来更多机会

在李杰看来，业务涉及上述5C范畴的公司，在未来都有良好的发展机会。比如TEConnectivity，李杰认为它将是能够影响工业4.0未来的核心企业。因为TE就是做第一个C，即做Con鄄nection的企业。如果TE能够持续创造出专利技术和产品，并成为支撑到未来4.0转型的核心技术之一，加之其在全球的官方布局，TE在未来的发展前景是非常可观的。

TEConnectivity公司副总裁兼工业事业部中国区总经理StefanRustler说到：“我非常认同TE有很大的发展空间。首先，TE每年会推出很多新产品，以保证一定的年度增长空间。据统计，公司三年内研发的产品销售约占公司销售额的25%。同时，TE也关注并购的机会，希望能够得到更好的企业和产品发展的平台。其次，TE非常重视市场策略和市场开发。再其次，TE在全球的网络覆盖非常广，并且也一直在如中国、印度、非洲、南非这样的快速增长国家和市场上加大投入，从而也获得TE自身的快速增长。”

据了解，TEConnectivity目前在全球有将近1.8万个专利技术。对于工业4.0对连接行业的影响，StefanRustler补充道：“首先从连接器和传感器发展的趋势来看，我们看到了以后的工业发展需要的是越来越高速的连接技术，同时，在应用环境方面也有更多的要求。我们认为以后的连接器会越做越小，传输速度越来越快，连接也将越来越可靠。”

中国制造经历三大阶段

李杰提出，中国制造正在面临从内需增长到外需增长的一个转换。在这个过程中，对于中国制造要向工业4.0迈进，还将经历三个阶段：

第一阶段，回顾。即反思和研究中国20年来制造的弱点在哪里，并相应地去改进、避免它。

第二阶段，制造大国向制造强国的转变。“中国制造”的产品将不仅是MadeinChina，还将MadeinUSA、MadeinSpain。拥有在世界范围内的生产能力，这也是制造强国的体现。

第三阶段：提升用户体验。中国制造的产品要远销国外，靠的不仅是产品质量和价格，还有价值。李杰还强调到，产品的价值高低与否，跟创新相关性非常高。

中国制造正在经历翻天覆地的变化，这其中涉及的连接器和传感器等基层零部件也在加速升级。StefanRustler说到：“TE希望帮助本地客户创造价值，实现产业升级。整个TE在中国已经投入了20家工厂。在这个基础上，还在进一步在增加这个投入。TE目前面临客户的需求最主要的就是多品种、小批量，而TE提供的是解决方案式的服务，所以能够按照客户不同的行业来适应这个市场的生产管理的要求。此外，不同于一般的公司，TE的研发部门有一个任务是专门考虑未来市场的发展趋势，并做一定的技术储备。比如TE最近两年一直在推广ARISO的无线连接技术。对于中国市场而言，它也是一个很重要的技术储备，其最主要的变化就是将来可能会有无线连接技术在行业中得到应用。这些都是TE助力中国公司迈向4.0的重要体现。”

李杰最后还说到，中国工业4.0里面最缺乏的并不是物联网，缺乏的是物联网数据采集之后怎么做分析。这是同样也是全世界迈向工业4.0的工作重点。

为满足消费者对功能更丰富和性能更高的设备需求，半导体制造业需在资本设备方面进行大量投资，因而也导致竞争变得日趋激烈。为提高竞争力，芯片制造商正在采用工业 4.0 制造技术来实现更高水平的卓越运营。在本文中，我会阐述工业 4.0 的含义，提供工业 4.0 在半导体晶圆厂环境下的应用示例，并说明应用材料公司如何驱动这一发展。　　在深入细节之前，让我们先了解一下什么是工业 4.0。工业 4.0 的概念由德国政府首次提出，用以描述人工智能 (AI) 、大数据、云计算和工业物联网 (IIoT) 等新技术所带来的第四次工业革命。、第一、第二、第三次工业革命的驱动因素分别是蒸汽和水力发电，电力使用，计算机技术(图1)。

　　图 1.(来源：由 Christoph Roser 在 AllAboutLean.com 上提供)　　工业 4.0 概念的实现通常称为“智能制造”，我们经常称之为“智能工厂”。工业 4.0 的主要特点包括：　　· 制造系统的垂直整合　　o 在工厂中，具有网络连接的生产系统称为信息物理生产系统 (CPPS)。在工业 4.0 中，CPPS将被垂直整合和连接，以便使环境和价值链中的任何变化都能反映到制造过程中。　　· 跨企业和价值链实现水平整合　　o 将制造设备与合作伙伴、供应商、分包商等一起水平整合到价值链中　　通过云、大数据、移动和 AI/分析等新一代技术实现并加速整合　　首先，让我们看一下半导体晶圆厂的垂直整合。如下面的图 2 所示，这涉及整合所有 ISA-95 层级。

　　图 2.(来源：应用材料公司)　　ISA-95 层级包括第 0 级(适用于包含所有传感器和执行器的物理设备)到第 4 级，涵盖各种企业业务系统。每个层级的垂直整合需要对接口进行标准化。在半导体行业中，很久以前设备整合便在 SECS/GEM 接口上进行过标准化。高速 SECS 消息服务 (HSMS) 的建立是为了通过更高速的以太网来支持 SECS/GEM 通信。随着传感器的使用量增多，半导体设备现在已能够传输大量工程数据。　　为了支持高速诊断数据采集，工程数据接口(现在称为接口 A)已经与控制接口分开，仅用于采集设备数据。这满足行业的需求，可将所有数据放在一个通用平台上以实现一致性和便捷整合/分析。其结果是提高了批次 (R2R) 控制和故障检测以及分类 (FDC) 分析等各种分析解决方案的效率，而这些分析可作为应用材料公司的 SmartFactory® 制造解决方案的一部分。　　下一个整合层级是生产执行/控制、WIP(在制品)管理和物流。根据工业 4.0，产品(在晶圆厂中被视为晶圆批次)即为 CPS(信息物理系统)，其智能程度足以知道自己是什么、将成为何种产品以及需要去往何处。它们可以直接与同样智能的 CPPS 通信。不过，在目前的半导体晶圆厂环境中，产品和设备的智能程度还不够。　　此外，在制造过程中，逻辑目前尚处于包含路径、操作等信息的 MES(制造执行系统)中。在特定操作中处理完批次后，下一个操作的名称将保留在 MES 中。通过智能分析解决方案来优化调度和分派(实时分派和调度解决方案)。当产品/批次 (CPS) 和设备 (CPPS) 通过 AI 实现智能化时，MES、分派和调度解决方案将在逻辑上变得更为分散。MES、调度和分派解决方案是应用材料公司的 SmartFactory® 产品组合的核心部分。　　现在让我们来看一下半导体制造网络中的水平整合。　　目前，半导体价值链在一定程度上遵循某种顺序。晶圆厂的批次/晶圆进入晶圆库进行组装、测试和包装，随后在运送至原始设备制造商之前进入仓库。这种情况正在改变：制造业越来越像网络，晶圆厂和封装设备成为网络中的节点(如图 3 所示)。

　　图 3.(来源：应用材料公司)　　根据工业 4.0 的原则，我们需要有一个可协作化和智能化的网络。以消费者为中心、以需求为导向的制造业正在推动制造网络向分布式和协作化方向发展。实现这一目标的一种方法是建立一个称之为“虚拟工厂”的制造企业平台，我们可以在这里将不同的工厂、合作伙伴和供应商整合到同一平台上。而这个可以通过云计算、IIoT 和大数据等新兴技术来实现和推进。　　应用材料公司已取得诸多进展助力半导体晶圆厂迈向工业 4.0，特别是从垂直整合的角度来说。凭借我们多样化的制造解决方案，诸如智能 MES 和规划/调度/分派解决方案等，晶圆厂的敏捷性和灵活性正在不断提高。　　未来，晶圆厂的工艺操作可通过AI得到进一步转变。通过直接的智能通信，晶圆厂将变成更加适合 CPPS 设备满足 CPS 批次需求的环境。MES 等制造软件将在逻辑上变得分散，以确保操作符合规则/规定。在以后的博客文章里，我将继续分享和探讨工业 4.0 在半导体行业中的优势和挑战以及适用于工业 4.0 的 MES (MES 4.0)。　　要了解用于支持新一代制造的 Applied SmartFactory® 制造产品和解决方案套件，请查看应用材料公司的网站、博客和视频。　　作者：Ganesh Hegde　　Ganesh Hegde 是应用材料公司的高级产品和营销经理，在北美和亚洲高科技/半导体行业制造领域拥有超过 20 年的丰富经验。他拥有亚利桑那州立大学计算机工程硕士学位。

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