智能制造需要新的管理思維與方法　

作者 / 王瑩 《電子產(chǎn)品世界》編輯

摘要：不久前，英飛凌科技公司全球半導體后道工廠(chǎng)整合高級總監、西安交通大學(xué)教授張永政博士介紹了“工業(yè)4.0”的實(shí)踐，指出最重要的是知道智能制造的本質(zhì);其次，智能制造并不難，難的是思維方式的改變;半導體的智能制造管理方法可以推廣到其他制造業(yè)，服務(wù)“中國制造2025”。

1 為什么要智能制造?

　　如果把制造變異控制好，可以提升工廠(chǎng)的競爭優(yōu)勢。

2 如何進(jìn)行智能制造?

　　每個(gè)人看的角度不一樣，得出的結論也不同(如圖1)。

　　張永政博士曾在一個(gè)半導體會(huì )議上用手機現場(chǎng)作了一個(gè)調查：智能制造的挑戰是什么?發(fā)現“人”會(huì )是個(gè)挑戰，找不到會(huì )設計與實(shí)踐智能制造的人在哪里(如圖2)。很多公司認為如果想買(mǎi)智能制造設備與軟件，都可以買(mǎi)到，但最大的問(wèn)題是到底怎么用它來(lái)改變傳統制造管理的方法與技能，進(jìn)而改變制造績(jì)效?企業(yè)缺乏這方面的集成知識。

　　理論上，只要有錢(qián)，從事制造的人都可以實(shí)施制造。但是真正做出來(lái)之后，你的交期、準交率、生產(chǎn)率、質(zhì)量等也許都會(huì )比真正的智能制造差一截，而且成本還比別人高了10%~20%。

　　眾所周知，制造講究的是成本低，而制造的低成本來(lái)自于整體制造績(jì)效的整合集成，因此你要從內部的交期、良率、生產(chǎn)率等方面去提升，這是做智能制造的本質(zhì)。如圖3和4。

3 智能制造如何提高效率?

　　因為在制造的過(guò)程中，每次在人、機、物、料、法有變異的時(shí)候，人員及生產(chǎn)就會(huì )停頓下來(lái)，會(huì )損失機臺的利用率、準交率、質(zhì)量。

　　圖5是制造性能的標準公式(注：這個(gè)公式適用于所有制造產(chǎn)業(yè)，但其他產(chǎn)業(yè)的制造性能模式并不像半導體產(chǎn)業(yè)這么明顯，因為其他產(chǎn)業(yè)沒(méi)有半導體制造這么復雜)。這公式反映了你需要準備的“在制品”的數量。假設你要生產(chǎn)10輛車(chē)，但是你的生產(chǎn)線(xiàn)很不穩定(高變異)，此時(shí)你會(huì )做很多車(chē)。制造理論顯示，如果你的變異很大，你要準備的“在制品”就要很多，相對成本就高，交期就變長(cháng)。如果產(chǎn)生了一個(gè)變異，需要很長(cháng)時(shí)間才發(fā)現，變異造成的損失會(huì )很大;但是如果及時(shí)發(fā)現，并把它實(shí)時(shí)控制回來(lái)，生產(chǎn)效率就會(huì )提高。

4 智能制造就是對變異的控制

　　圖6是控制理論，要控制任何變異的方法就是讓每個(gè)產(chǎn)品每完成一道工序就實(shí)施一次檢測、評估與程序調整回饋。在少量生產(chǎn)、慢工出細活、生產(chǎn)周期不長(cháng)的理想狀況下，這是有可能的。但是半導體制造從開(kāi)始生產(chǎn)晶圓，到前道制程、后道制程，一直到最后賣(mài)給系統公司，會(huì )經(jīng)過(guò)上千道過(guò)程，期間會(huì )有很多變異(諸如人、設備、材料的變異等)，而且這一兩千道工序可能要持續六個(gè)月左右的時(shí)間，如何把這些生產(chǎn)步驟的所有變動(dòng)因素和步驟都控制住，以保證交期和生產(chǎn)力?這就是智能制造要做、而以人為主的傳統生產(chǎn)做不到的事情。

　　在交期長(cháng)、工序多的半導體制造產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)無(wú)法靠人來(lái)控制一整套的智能化制造。圖7橘色線(xiàn)外框表示半導體的各種控制。半導體為什么會(huì )這么有挑戰性?因為它一直有新的工藝和產(chǎn)品，會(huì )持續不斷引發(fā)新的異常出現。當新的異常變異出現而沒(méi)有實(shí)時(shí)的控制，或只能靠人為控制，制造績(jì)效就會(huì )下降。

5 半導體智能制造方法可以沿用到其他制造業(yè)

　　如果把半導體的控制方法套用到其他產(chǎn)業(yè)，像電子整機制造業(yè)，由于這些產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)周期較短、變異較小，會(huì )發(fā)現控制非常容易實(shí)現且效果明顯。

　　那么，其他的哪些行業(yè)需要智能制造?第一個(gè)考量是復雜度。各個(gè)產(chǎn)業(yè)的復雜度不同，控制能力如圖7中的紅色框，一些產(chǎn)業(yè)諸如食品工業(yè)，用人控制即可，不需要太多的自動(dòng)化控制，因為變異不大。

　　第二件事情，你要怎么做?就像給你很好的汽車(chē)，但如果你不會(huì )開(kāi)車(chē)，也沒(méi)有用。因此，怎樣用很重要。中國的智能制造需要未來(lái)從事制造的人去學(xué)習、了解、設計、應用新的制造管理方法。例如以前每一批貨的生產(chǎn)交期都不同，有的是8天、10天、20天……，如果你的交期都不穩定，客戶(hù)向你訂一批貨，你要用哪一個(gè)生產(chǎn)周期交貨?因此通常會(huì )希望交期穩定。

　　如何讓工廠(chǎng)交期穩定?以往的方法是收集資料，然后開(kāi)會(huì )討論大家的問(wèn)題出在哪里，是在處理時(shí)間、搬運時(shí)間，還是在等待時(shí)間?

　　新的智能制造方法是用自動(dòng)的SPC(統計過(guò)程控制)來(lái)顯示哪個(gè)慢、哪個(gè)快，并能自動(dòng)調整排期。這就像人們開(kāi)車(chē)一樣，慢的加速，而且是自動(dòng)地在系統里加速。

　　那么工廠(chǎng)如何定交期?例如我的工廠(chǎng)一個(gè)月有4萬(wàn)片產(chǎn)能，假設你急需1萬(wàn)片，對不起，我沒(méi)法一天內同時(shí)產(chǎn)出給你。但是可以用批次的方法給你，每25片一個(gè)批次(注：共四百個(gè)批次)。但是問(wèn)題是： 1萬(wàn)片中批量的生產(chǎn)周期時(shí)間(CT)長(cháng)短都不一定，我怎么跟客戶(hù)說(shuō)，我到底用哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)全部順序交貨。

　　因此我們希望生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)周期時(shí)間是可以預測的。在1萬(wàn)片訂單的所有批量，有些是慢的，有些是快的，我希望在每一步工序都能實(shí)時(shí)看到所有批量的真正生產(chǎn)時(shí)間與計劃時(shí)間的變異。這是人做不到，完全靠SPC系統。當某個(gè)批次的流程慢了，SPC與自動(dòng)派工系統就在那個(gè)流程給當批次提高派工優(yōu)先次序派工，以把那個(gè)批量的產(chǎn)出速度提高，即派工系統自動(dòng)地把慢的派到前面去，這個(gè)控制過(guò)程完全沒(méi)有人員介入。

　　為何一些流程可以通過(guò)派工來(lái)提速?因為半導體生產(chǎn)不是流水線(xiàn)式的，而是分布式的，例如有拋光、刻蝕，一直到CMP(化學(xué)機械拋光)等。所以在前面工序生產(chǎn)完成之后，到下一臺機臺時(shí)，會(huì )有很多批次在排隊等候，每一個(gè)站點(diǎn)都是一次優(yōu)化派工的機會(huì )，如果能善加利用就可以達到最佳生產(chǎn)的目標。

　　此外，每一個(gè)節點(diǎn)都可以調節，主要依據優(yōu)先次序。例如假設一家工廠(chǎng)每個(gè)月有4萬(wàn)片產(chǎn)出，“在制品”會(huì )有約15萬(wàn)~20萬(wàn)片。這15萬(wàn)~20萬(wàn)片中，實(shí)時(shí)在生產(chǎn)機臺(例如清洗機臺)里生產(chǎn)的約有25%，其余75%在外面等待和排隊，所以在外面排隊的時(shí)候，慢的可以變快。需要說(shuō)明的是，半導體業(yè)的75%排隊率算是好工廠(chǎng)，還有更糟糕的是80%~90%是在等待的。這80%~90%是制造管理可以做的事情，快慢主要靠調節。

　　但這種調節不用人，而是用系統自動(dòng)派工。不過(guò)，目前工廠(chǎng)里主要還是用人在做派工。因此如何使用自動(dòng)調節的想法是一種思維方式的轉變。

6 智能制造的關(guān)鍵是思維的改變

　　這種調節難做嗎?答案是很容易做的。難在接受這種思維觀(guān)念。就像5年前，如果有人說(shuō)可以用手機租自行車(chē)，也許你很難想象;但今天很多人都在使用這種共享單車(chē)。所以問(wèn)題不在于好不好做，而是在于大家知不知道用它、怎么用它。

　　目前國內很多工廠(chǎng)因為沒(méi)有這樣的思維，即使買(mǎi)了很多軟件，還是無(wú)法真正達到智能制造的生產(chǎn)績(jì)效?！爸袊圃?025”與半導體的無(wú)人全自動(dòng)化生產(chǎn)可以教中國的工廠(chǎng)怎么做集成。

　　例如“智能圖像識別(AIR)”案例，如圖8，AIR用于智能機器檢測，以前是用一批人，現在是用機器識別，可以減少很多人工，而且質(zhì)量又提升了。

　　如果你不知道自己的智能制造程度如何，有一個(gè)簡(jiǎn)單的指標，就是動(dòng)作都會(huì )由人去做決策，還是自動(dòng)化的系統決策得多。英飛凌在全世界的十幾個(gè)后道生產(chǎn)車(chē)間里，真正靠自動(dòng)化決策的量目前是27%，大部分還是靠人。

7 英飛凌與智能制造

　　英飛凌科技有限公司是世界重要的半導體公司之一，2017年全球營(yíng)收額達到70.63億歐元，同比增長(cháng)9%，利潤率達17.1%。公司有四大核心業(yè)務(wù)：汽車(chē)電子、電源管理及多元化市場(chǎng)、工業(yè)功率控制、智能卡與安全。其中汽車(chē)半導體位居世界第二(注：Strategy Analytics公司2017年4月報告)，功率器件(power)第一(注：IHS Markit公司技術(shù)部2017年8月報告)，智能卡芯片第一(注：IHS Markit公司技術(shù)部2017年6月報告)。

　　英飛凌半導體業(yè)務(wù)的強大，離不開(kāi)其制造工廠(chǎng)的支撐，例如英飛凌有前道工廠(chǎng)，也有部分后道工廠(chǎng)，這些工廠(chǎng)進(jìn)行了智能制造的實(shí)踐，并證明是行之有效的。

　　英飛凌(中國)公司的戰略之一是“與中國共贏(yíng)”，公司非常支持“中國制造2025”，而且是無(wú)償地在推動(dòng)。目前英飛凌是中德智能制造聯(lián)盟的副理事長(cháng)單位，也與西安交通大學(xué)合辦了“西安交通大學(xué)-英飛凌智能制造管理聯(lián)合實(shí)驗室”。英飛凌的無(wú)錫后道智能制造工廠(chǎng)2017年被工信部選為“中德智能制造合作試點(diǎn)示范項目”，2015年被無(wú)錫國家傳感網(wǎng)創(chuàng )新示范區選為“第三屆物聯(lián)網(wǎng)十大應用案例”。

　　張永政教授持續協(xié)助推動(dòng)中國智能制造的推進(jìn)，除了領(lǐng)導以上中國英飛凌相關(guān)的項目，在不同國際場(chǎng)合發(fā)表中國智能制造的設計與實(shí)踐演說(shuō)，協(xié)助中國電子技術(shù)標準所推進(jìn)智能制造評估方法，亦協(xié)助領(lǐng)導與國際標準(IEEE)接軌的智能制造相關(guān)標準制定(P2671 - 在線(xiàn)智能自動(dòng)視覺(jué)檢測標準)。

8 結論

　　智能制造并不難，首先一定要懂得智能制造是什么;其次，一定要用新的思維方法。這不只是針對半導體，而是針對中國的所有制造業(yè)。英飛凌愿意把自己的制造經(jīng)驗傳授給中國企業(yè)。

　　中國很多領(lǐng)域在短短幾年內已經(jīng)達到世界第一，例如中國高鐵鐵路在2008以后已是世界第一，滴滴出行一天有300萬(wàn)訂單，中國網(wǎng)購的雙十一也是世界第一，2015年之后，相信在智能制造方面，中國也將是世界第一!

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第6期第24頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。