半导体制造业的可持续性与数字化转型:专家访谈系列，Manish Sharma

半导体制造面临着可持续发展的挑战，包括使用大量的水和电进行精确的制造工艺;幸运的是，数字化转型(Dx)可以帮助半导体制造商。艾默生机器自动化解决方案全球行业营销领导者Manish Sharma在接受视频采访时解释说，数字化转型还有助于半导体制造业以外的制造商的可持续发展控制工程．

以下是教程视频中没有的一些见解，大约34分钟。

Manish Sharma是艾默生半导体、能源和水行业的行业营销部门的负责人，自2011年以来一直在艾默生工作。他在市场营销、产品管理和控制系统研发方面拥有20年的经验，并拥有三项控制系统解决方案的美国专利。

1.请分享一些你的背景对你现在做的事情有帮助。

我很幸运曾在艾默生、通用电气和霍尼韦尔等工业自动化领域的顶级机构工作过。在我的职业生涯中，我身兼数职，包括软件开发人员、产品架构师、产品管理和全球营销。这种混合的经验使我能够与终端客户合作，并解决他们最紧迫的问题。

我喜欢这样思考:“对客户来说什么最重要?我怎样才能帮助他们解决最紧迫的问题?”虽然客户知道日常运营问题以及技术部署的下一步方向，但我认为，有一个咨询性的解决方案概念化方法并进行有意义的对话，而不仅仅是产品采购，是很重要的。

2.您如何看待数字化转型?数字化转型对半导体制造业有何帮助?

数字化转型已成为一个流行词。简单地说，它是利用各种可用技术(如自动化和数据科学)的合流力量来实现业务关键绩效指标(kpi)。我们越了解什么是可能的，我们就能实现更多的数字化转型。提高Dx成熟度是一个渐进的过程(参见图1)，每个制造商都必须在适当的阶段开始。这不是简单的买一个控制系统，然后你有一个自动转换。除了过程控制设备，还必须有一种Dx思维，从高管到车间工人都必须接受。

业界公认的路线图包括通过智能传感器将数据输入智能可编程逻辑控制器(plc)进行更好的数字化和数据收集。收集的数据可以存储在云中，也可以使用企业级数据管理软件(如Emerson Plantweb data Lake)或快速访问历史记录，这取决于应用程序的规模。这些数据可以由不同的定制或现成的机器学习(ML)算法处理，并有助于获得工艺和设备见解。边缘技术在受控plc(边缘控制)或工业pc(边缘计算)上执行算法过程，直接在机器边缘提供控制干预和洞察，接近过程。这些见解可以是关于流程效率、设备故障，甚至是通过所谓的“数字双胞胎”更好的工厂设计，在部署流程之前就可以对其进行模拟。

数字化转型帮助高管解决的典型业务kpi是提高产量以提高资本支出利用率，减少浪费以降低运营费用，以及不间断运营以提高整体设备效率(OEE)。工厂经理更感兴趣的是预测故障，根据情况安排机器的维护，而不是基于计划的维护，对每班的产量、库存控制和其他制造参数进行更确定的控制。

数字化转型允许制造系统与企业资源计划(ERP)集成，从而拥有一个整体集成的转换系统，包括订购、库存管理、生产计划和机器级洞察。这使得工厂的所有区域都能持续全面改进，并能够更好地监控和协调生产，以及工厂系统的平衡，以确保最佳的铸造性能。

数字化转型有助于可持续发展

Dx的一个重要元素是它的对可持续性的影响。这一点非常重要，尤其是对半导体行业而言。晶圆代工厂正变得越来越大，以变得更具竞争力。市场需求似乎永不满足，代工厂承受着巨大的压力，必须履行合同义务，满足新的需求，获得市场份额。半导体行业的资本支出非常密集。芯片的尺寸在纳米尺度上变得非常密集。为了生产新一代芯片，机器变得越来越复杂。

这些过程使用了大量的各种腐蚀性气体和超纯水的混合物，并且必须满足制造过程中洁净室的极高标准。对电力和水的需求非常高。优化电力消耗和再循环超纯水的需求是至关重要的。洁净室大气的HVAC系统必须非常可靠，以确保环境清洁，并且不会因颗粒进入和温度波动而对在制品库存造成损坏。集成监控和数据采集(SCADA)系统连接不同的子系统，并支持广泛的协议，以提供晶圆代工厂的集中视图也是非常重要的。

任何规模的代工数字化转型都可以帮助应对这些挑战和业务kpi。艾默生为半导体行业数字化转型提供了一系列出色的解决方案，包括传感器、阀门、执行器、调节器、边缘控制器和运行艾默生PACEdge和艾默生Plantweb数据湖的工业pc。爱默生Movicon。NExT™SCADA支持广泛的协议和用户开发的第三方驱动程序，以提供完全集成的中央监控和控制。

3.半导体工厂的可持续发展包括哪些内容?与其他行业相比，半导体行业的表现如何?

制造一平方英寸的微芯片大约需要46升超纯水。每平方英寸微芯片的功耗足迹约为7.5千瓦时。除了水和电，在这个过程中还使用了大量的腐蚀性气体。半导体制造对电力和水的需求如此之高，以至于季节性干旱都可能危及工厂产量。半导体工厂(制造工厂，晶圆厂，铸造厂)通常每天消耗的水相当于一个中型城市的用水量。

半导体晶圆代工厂的可持续发展举措不仅涉及成本降低，还涉及运营连续性。随着技术变得越来越复杂，这一过程中的电力、水和天然气消耗也在增加。

由于这种运营连续性因素，我认为，与汽车制造或农业等其他消耗资源的传统行业相比，半导体行业在可持续发展方面更加积极主动。在跟踪机器层面的能源消耗指标、减少原材料浪费和其他运营效率参数方面可以做得更多。一家代工厂的数字化转型程度越高，他们对效率的了解就越多。

4.半导体制造工厂如何跟踪和减少能源消耗?如果与其他行业有区别，它们是什么?

晶圆厂的能源管理是一个越来越受关注的领域。一些制造商真正采用了能源管理原则，而另一些则有一个特定的资源消耗范围，使他们感到舒适。这在很大程度上与市场竞争的强迫有关。虽然整个行业竞争激烈，但部分产品线呈现出寡头垄断模式(少数市场参与者主导市场动态)。有些公司可能在存储芯片领域拥有强大的市场份额;其他厂商可能在核心处理器领域占有一席之地，等等。细分领域内竞争的减少抑制了变革的速度。

作为一个资本密集型行业，半导体制造商往往不会“太具有破坏性”，因为担心破坏已经有效的东西并遭受损失可能是严重的。这样的行业有一个非常谨慎的技术采用曲线，各种因素都有助于发展。演进驱动因素包括政府政策、提高竞争力和盈利能力的压力，以及机器原始设备制造商(oem)在机器层面采用新技术。

半导体行业，由于其消耗的资源的巨大规模，除了接受变化和发展之外，实际上没有太多的选择。市场领导者正在指明道路。

5.提高生产正常运行时间和可用性的策略是什么?这与全厂OEE有什么关系?

在制造设施中，所有因素都会影响工厂正常运行时间，包括原材料库存可用性、设备级别可用性和内置系统冗余。

机器层面的冗余，每一次都要花费数百万美元，这不是一个实际的策略。最好的办法是提高工厂各个流程和机器的累积可用性。从控制系统的角度来看，这意味着:

1. 高可用的plc，如艾默生PACSystems，即使在固件和硬件升级期间也能提供过程连续性
2. 边缘计算能力，如边缘支持的PACSystems plc和ipc
3. 网络安全plc是行业金标准，如PACSystems plc (Archilles level 2认证，具有加密通信)
4. 能源管理解决方案，如Emerson Movicon Pro。帮助监控资源利用的能源
5. Movicon Pro。精益工厂分析，精益生产，减少浪费
6. Movicon SCADA系统，帮助提供中央监控和警报调度，以及先进的报告生成。

当这些控制策略在单个机器和流程级别上被采用时，作为数字化转型的一部分，它有助于提高工厂利用率和OEE。可以开发自定义边缘分析应用程序，如设备洞察、能源消耗、频繁故障、浪费和资源利用趋势。获得的见解可以进一步微调。如前所述，数字化转型是一个过程。

6.什么样的客户会对这些产品最感兴趣?

半导体机器原始设备制造商会发现，使用艾默生PACEdge的ipc在运行核心专用流程和在机器之间实现边缘连接方面非常有利。这使得单个机器可以连接到云，并与其他机器和进程交互，以获得更好的结果。此外，为代工厂提供解决方案的电力、燃气和水oem将对PACSystems的边缘解决方案感兴趣，以提高生产力、设备和工艺洞察力。水橇整车厂可以使用边缘控制器和Movicon WebHMI远程管理他们广泛的防滑车队。系统集成商可以在他们提供的系统中包括PACSystems控制解决方案。此外，代工业主将找到一系列全面的控制系统选择，包括pac、边缘计算、变频驱动器(vfd)、能源监测和SCADA解决方案，以实现其数字化转型之旅。这些产品对于数字化转型是不可或缺的，并提供性能、可用性、网络安全、向后集成和跨解决方案的配置工具包，以实现更快的切换。

7.你还有什么想讨论或推荐的吗?

这是一段旅程。从设置基础设施开始。

清楚kpi。应用程序将根据您需要的业务洞察力开发。

明智地选择你的平台。您不希望最终得到一个不向后或不与未来兼容的系统，并负担昂贵的升级。

选择易于配置和学习的控制系统。随着事情的进展，您的工程师将开发自定义应用程序。您不希望系统使用不同的软件套件来配置不同的组件。艾默生为所有产品提供了单一的工具链，PAC Machine版。

系统应该具有高可用性，并有助于在不停机的情况下轻松实现硬件或软件迁移。

关注网络安全。随着事物之间的联系越来越紧密，控制系统应该更加强大，以挫败任何网络攻击。

与您的OEM合作，以获得更好的见解和咨询解决方案开发。通过OEM对产品利用率的洞察增强您的指挥流程。

Manish沙玛是全球行业营销的领导者，艾默生机械自动化．由内容经理马克·霍斯克编辑，控制工程、《媒体，mhoske@cfemedia.com．

关键词:半导体制造控制，数字双胞胎，边缘控制，SCADA软件，OEE，可持续性，能源消耗，PLC/PAC

学习目标

探索数字化转型有助于半导体制造业和其他行业的可持续发展。

了解半导体发展趋势正在推动技术选择以及它与其他行业的关系。

回顾哪些技术类型帮助运营优化，数字双胞胎和监测水和能源。

确定关键特征和数字化转型所必需的过程控制技术组件。

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