Sản xuất thông minh đang đạt được những tiến bộ đáng kể trong ngành công nghiệp chip
Sản xuất không cần sự can thiệp con người (lights out manufacturing) đang phát triển mạnh mẽ trong ngành công nghiệp bán dẫn, giúp tăng cường năng suất, cải thiện chất lượng, giảm chi phí và tác động đến môi trường. Sản xuất thông minh đang đạt được những tiến bộ đáng kể trong ngành công nghiệp chip như thế nào? Cùng COMIT tìm hiểu nhé!
Những lợi ích này là kết quả của nhiều năm đầu tư chiến lược vào các công nghệ như giao tiếp máy-máy, phân tích dữ liệu và robot để đạt được mức độ tự động hóa cao hơn. Các nhà máy sản xuất bán dẫn đã lâu đã phụ thuộc vào tự động hóa hoạt động để duy trì sự sản xuất đúng thời gian và đáp ứng các mục tiêu về sản lượng và chất lượng, nhưng kể từ khi giới thiệu Công nghiệp 4.0 (còn được gọi là Sản xuất thông minh), các nhà sản xuất bán dẫn lớn đã tăng cường đầu tư của họ vào cơ sở hạ tầng CNTT, phân tích dữ liệu, cảm biến IoT, số hóa và robot.
Bằng cách giới hạn sự can thiệp của con người, một nhà máy không cần sự can thiệp con người (còn được gọi là nhà máy hoàn toàn tự động) có thể hoạt động một cách trơn tru và giải quyết các vấn đề một cách không gây gián đoạn. Mục tiêu là đảm bảo thời gian hoạt động của công cụ tối đa, không có thời gian gián đoạn không được lên kế hoạch cho việc bảo trì và phân chuyển lô thời gian thực. Nhà máy bán dẫn và các đơn vị đóng gói đã liên tục cải thiện hoạt động của họ suốt nhiều năm, nhưng với sự sẵn có của các công nghệ mới (ví dụ: cảm biến IoT, máy tính đám mây), họ có thể triển khai mức độ tự động hóa cao hơn và đạt được lợi nhuận lớn hơn cho sự cố gắng của họ.
Định nghĩa về sản xuất thông minh cũng đã phát triển
“Tự động hóa nhà máy trong quá khứ đã tự động hóa tất cả các quy trình sản xuất lặp lại, bao gồm vận chuyển vật liệu và tự động hóa thiết bị. Ngày nay, sản xuất thông minh trong các nhà máy bán dẫn đề cập đến việc tương tác giữa các công nghệ IoT, dựa trên dữ liệu và dựa trên trí tuệ nhân tạo để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động,” James Lin, phó giám đốc phân khúc về sản xuất thông minh tại UMC, nói. “Các nhà máy bán dẫn đang đối mặt với những thách thức sản xuất ngày càng khó khăn và phức tạp. Bằng cách giới thiệu các dự án sản xuất thông minh, họ có thể đạt được mục tiêu tối ưu hóa quy trình, sản xuất linh hoạt, rút ngắn thời gian giao hàng, cải thiện chất lượng lao động và tăng cường hiệu suất.”
Tự động hóa là gì? Tự động hóa là quá trình sử dụng công nghệ và các hệ thống tự động để thực hiện các công việc hoặc quy trình mà trước đây được thực hiện bởi con người. Mục tiêu của tự động hóa là tăng cường hiệu suất, giảm thiểu sai sót, tăng tính đồng nhất và đạt được sự hiệu quả trong quản lý và thực hiện các nhiệm vụ.
Các dự án sản xuất thông minh ngày càng sẽ được triển khai và các nhiệm vụ của công nhân nhà máy sẽ thay đổi cùng với những triển khai đó.
“Lợi ích của một nhà máy hoàn toàn tự động hóa bao gồm tăng cường hiệu quả, năng suất và độ chính xác, cũng như tỷ lệ lỗi thấp hơn. Tuy nhiên, việc triển khai một nhà máy không cần sự can thiệp con người đòi hỏi đầu tư đáng kể vào công nghệ tự động hóa và có thể không thực hiện được cho tất cả quy trình sản xuất,” Won Lee, phó chủ tịch kỹ thuật nhà máy thông minh tại Amkor Technology, nói. “Hơn nữa, quan trọng là nhớ rằng một nhà máy hoàn toàn tự động hóa không nhất thiết có nghĩa là không có công nhân tham gia vào quy trình sản xuất. Mặc dù sàn sản xuất có thể không có công nhân, vẫn có thể có những người vận hành giám sát các hệ thống điều khiển và bảo trì thiết bị, cũng như thực hiện các chức năng khác như kiểm soát chất lượng và quản lý tồn kho.”
“Một ‘nhà máy không cần sự can thiệp con người’ truyền thống ám chỉ một nhà máy nơi hoạt động của con người ít nhất có thể, có thể hoạt động trong bóng tối. Tuy nhiên, đây không phải là một mục tiêu thực tế, và một định nghĩa ‘nhà máy hoàn toàn tự động hóa’ có thể được thực hiện hơn là một cơ sở có thể hoạt động mà không cần sự can thiệp trong một khoảng thời gian,” Mark da Silva, giám đốc cao cấp của chương trình sáng tạo sản xuất thông minh tại SEMI, nói. “Việc có sự tham gia của con người ngày càng được coi là cần thiết. Công nghiệp 5.0, nằm bên ngoài Công nghiệp 4.0, đặt sự phát triển của người lao động ở trung tâm quá trình sản xuất để có một ngành công nghiệp bền vững, tập trung vào con người.”
Chiến lược và công nghệ tự động hóa
Như một số chuyên gia trong ngành đã lưu ý, một hoạt động nhà máy hoàn toàn tự động yêu cầu một đầu tư để kích hoạt cơ sở hạ tầng CNTT, phân tích dữ liệu và tự động hóa. Nó cũng đòi hỏi một khung đánh giá các mục tiêu và nhu cầu như Mô hình Đánh giá Sẵn sàng Công nghiệp 4.0 của SEMI. Lee của Amkor tóm tắt chiến lược của công ty mình bằng ba bước:
- Thu thập dữ liệu: Để kích hoạt việc lựa chọn và thu thập các bộ dữ liệu khác nhau hữu ích trên toàn doanh nghiệp, chuỗi cung ứng và trên toàn cầu. IoT cho phép các máy kết nối thu thập dữ liệu vào hệ thống.
- Phân tích dữ liệu: Sử dụng phân tích tiên tiến và các giải pháp quản lý dữ liệu hiện đại để hiểu được tất cả các bộ dữ liệu khác nhau được thu thập thông qua học máy và các hệ thống kinh doanh thông minh.
- Tự động hóa nhà máy thông minh: Sau khi việc thu thập và phân tích dữ liệu đã diễn ra, các quy trình được thiết lập và các hướng dẫn được gửi đến các máy móc và thiết bị trong hệ thống.
Khi các công nghệ này được triển khai để hỗ trợ các sáng kiến sản xuất thông minh, tiến trình có thể được đo lường dựa trên mức độ đạt được trong tự động hóa. “Hiện nay, UMC đang tập trung vào việc tối ưu hóa mô hình sản xuất và tái thiết kỹ thuật số. Vào năm 2022, Đề án Sản xuất Thông minh của SEMI GEC (Ban Thực hiện Toàn cầu) đã đề xuất mô hình kim tự tháp của Nhà máy Tự động Thông minh,” Lin lưu ý. “Dựa trên mô hình này, chúng tôi hiện đang ở giai đoạn Smart 2.0, nơi chúng tôi đang tận dụng các dữ liệu khác nhau trên nhiều hệ thống điểm và bản đồ số, và sử dụng trí tuệ nhân tạo/máy học để tự động tạo ra các hiểu biết, như cải thiện chất lượng, tận dụng tài sản, hiệu suất lao động, tiết kiệm năng lượng và chuỗi cung ứng tích hợp.”
Các thành công và thách thức trong việc triển khai
Khi các công ty sản xuất bán dẫn, nhà máy wafer và các đơn vị đóng gói và kiểm tra chất lượng thực hiện Công nghiệp 4.0, các đội kỹ thuật thu được những lợi ích về hiệu quả và chi phí, được đo bằng sự giảm thiểu các lỗi xử lý, chuyển đổi từ hành động phản ứng sang hành động dự đoán, cải thiện tính năng theo dõi, hiệu suất sản xuất và chất lượng, cũng như việc xác định nhanh chóng các vấn đề trong quá trình sản xuất.
Tuy nhiên, con đường đến thành công không hoàn toàn trôi chảy. Việc sử dụng và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu, triển khai một chuỗi kỹ thuật số, tính tương thích trong giao tiếp, và tính độc đáo của một số hoạt động nhà máy đã được đề cập.
“Thách thức lớn nhất lhà dữ liệu sạch, chính xác và nhất quán,” Park của Tignis cho biết. “Thiếu nó, bạn sẽ có tình trạng rác bên trong/rác bên ngoài. Khách hàng cần phải có một cơ sở hạ tầng dữ liệu vững chắc để tận dụng đầy đủ Trí tuệ Nhân tạo/Máy học.”
Ngoài ra, có thách thức trong tính tương thích giữa các giao thức giao tiếp máy móc để truy cập dữ liệu và nhiễu trong việc đo lường dữ liệu cảm biến. “Do có nhiều giao thức giao tiếp khác nhau được sử dụng giữa các máy móc, đảm bảo tính tương thích không dễ dàng,” Lee của Amkor cho biết. Ngoài ra, dữ liệu IoT thường đòi hỏi công sức trong việc thu thập và phân tích như dữ liệu lớn, và có một lượng lớn nhiễu trong dữ liệu cảm biến đòi hỏi việc lọc dữ liệu hiệu quả. Để vượt qua những thách thức này, chúng tôi đang tạo ra các giao thức giao tiếp tiêu chuẩn hoặc tạo ra các chương trình giao diện giữa các mẫu khác nhau, giới thiệu cơ sở dữ liệu đám mây để đảm bảo tính mở rộng mượt mà, và sử dụng công nghệ Trí tuệ Nhân tạo để tự động lọc dữ liệu nhiễu.”
Đối với các đội kỹ thuật để tiếp tục tăng cường các phương pháp sản xuất thông minh một cách hiệu quả, họ cần thiết kế hệ thống của họ với mục đích cụ thể. “Sản xuất thông minh tập trung vào việc tăng cường năng suất bằng cách sử dụng dữ liệu, mạng lưới, học máy và hệ thống kỹ thuật số, điều này vượt xa việc “đơn giản” tự động hóa quy trình hoặc sử dụng dữ liệu sản xuất trực tuyến cho kiểm soát quy trình,” Russell Dover, giám đốc chung, Dòng sản phẩm Dịch vụ, Lam Research cho biết. “Nó đòi hỏi một tầm nhìn kỹ thuật số toàn diện để tạo ra một “chuỗi kỹ thuật số” trong toàn bộ hoạt động của bạn. Một chuỗi kỹ thuật số là cơ cấu của việc sử dụng một phương pháp kỹ thuật số nhất quán từ thiết kế, sản xuất, bán hàng, hỗ trợ, và thậm chí đến cuối vòng đời của sản phẩm.”
Quy trình lắp ráp đặt ra thách thức do sự đa dạng của tài liệu sản xuất được sử dụng. “Trong quá trình lắp ráp, hình dạng của người mang tài liệu thay đổi liên tục khi quá trình diễn ra,” Lee của Amkor nói. “Do đó, cần phải xem xét thêm các biến số và tự động hóa tùy chỉnh hơn so với một nhà máy.”
