一、項目簡介
廈門某半導體企業是具有國際影響力的全色系超高亮度發光二極管外延及芯片生產廠商，總部坐落于美麗的廈門，產業化基地分布在廈門、天津、蕪湖、泉州等多個地區，是國家發改委批準的“國家高技術產業化示范工程”企業、國家科技部認定的“半導體照明工程龍頭企業”，承擔國家“863”、“973”計劃等多項重大課題，并擁有國家級博士后科研工作站及國家級企業技術中心。
該企業主要從事全色系超高亮度LED外延片、芯片、化合物太陽能電池及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體等的研發、生產與銷售，產品性能指標居國際先進水平。目前擁有10000級到100級的現代化潔凈廠房，上萬臺（套）國際最先進的外延生長和芯片制造等設備。公司憑借強大的企業實力，實現了年產外延片2400萬片、芯片3000億粒的生產規模，占到國內總產能的58%以上。2014年，公司進一步擴大和延伸LED產業鏈建設，在廈門投資新建的LED產業基地和通訊微電子器件項目，使公司的生產規模直接邁入國際頂尖行列，并成為國際上具備規模化生產、研發化合物半導體芯片能力的企業。
為適應公司快速發展和打造LED芯片產業龍頭和智能化標桿，公司啟動了數字化工廠戰略，并選擇了北京天拓四方科技有限公司作為數字化工廠整體解決方案戰略合作伙伴，共同推進戰略落地，以數字化工廠業務咨詢為基礎，以產品研發和芯片制造業務主線，以信息集成為技術手段，建設支撐產品生命周期全過程的數字化統一平臺，實現研發過程中管理信息、需求信息、研發信息、制程信息、資源信息、制造信息、質量信息等基于標準化的有效整合和管理，在數字化統一平臺上，建立全球研發協同體系、實現產品全球研發和制造的高效運行模式，有效提升企業的管理能力、研發能力、制程能力、制造能力、協同效率和快速反應能力，增強企業的核心競爭力。
二、項目實施方案：
在客戶現行信息技術應用的基礎上，以業務發展需求為導向，遵循基本原則：“統一規劃、統一組織、統一標準、統一平臺、統一管理”，簡稱“五統一原則”，針對客戶戰略，此項目遵循如下實施原則：
? 業務牽引，需求驅動：數字化工廠建設將以工廠業務需求為發啟，通過工程化的推進管理模式，分階段推進數字化工廠建設。在推進過程中，特別要重視需求調研和需求分析，只有完整準確的需求調研才能做好數字化工廠建設。
? 統籌規劃，突出重點：數字化工廠建設涉及的業務面廣而復雜，而資源是有限的。在推進數字化工廠建設過程中，需要在一定時期內以有限的資源，根據統籌規劃和數字化工廠規劃，確保以科研生產管理平臺為重點的管理信息化建設落實。
? 注重協同，加強集成：在建設數字化工廠前應該充分考慮各系統之間的集成，統一數據源。同時在數據共享的情況下注重各部門各業務的協同。
? 完善基礎，深化應用：在完善網絡與硬件基礎的同時，通過數據規范、標準配合、制度約束的方式構建扎實的數字化工廠數據基礎，并在此基礎上開展深化應用工作，分析評估基于數字化工廠的科研生產管理，從而解決瓶頸問題、優化流程。
該數字化工廠項目實施方案包括數字化頂層設計、數字化研發、數字化制造管理和EAP機臺自動化及落地實施。
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圖1 項目實施方案及框架
? 數字化頂層設計：天拓四方對客戶當前業務模式、業務流程、管理瓶頸及信息化現狀進行綜合診斷和優化，同時結合行業內標桿企業智能制造最佳實踐經驗，采取頂層設計與咨詢?分模塊詳細設計?分階段實現?持續性變革管理，這一標準化路線圖，實現客戶數字化工廠的頂層咨詢規劃與落地。
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圖2 數字化工廠項目咨詢方法
?數字化核心解決方案：客戶數字化解決方案由數字化研發、數字化制造運營管理和EAP組成。首先通過PLM建立全球協同研發平臺，實現LED芯片研發創新，然后MES構建企業級的芯片制造管理平臺，通過這一層的MES系統實現的自動/柔性化生產線和的PLM和ERP連接和貫通，最后通過機臺連線自動化（EAP）建立工業網絡，實現設備監控與數據采集及生產線自動化。
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圖3 數字化實施方案
三、技術路線：
基于客戶構建智能工廠的長遠愿景，參考國際標準ISA-95對企業架構層級定義，客戶數字化工廠項目將全面構建各個層級的能力，分層次打造全新的數字化工廠。客戶數字化工廠將通過制造評估和工藝設計、生產運營管理、全集成自動化控制以及生產線的構造，開展業務活動并協同工作。
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圖4 數字化技術架構
（1）企業層 & 管理層：主要是產品研發PLM和企業管理ERP層面。尤其是應用PLM中的數字化制造技術，實現工廠的數字化建模和仿真分析，并基于虛擬工廠展現和操控生產。為數字化工廠奠定基礎，通過產品全生命周期的數字制造和虛擬制造實現工程信息化，通過ERP和綜合管理平臺打造管理信息數字化。車間層的技術與生產管控方面，通過工藝評估、工藝設計及仿真實現工廠的指導思想的數字化，通過工廠規劃建立支撐車間優化和產線優化，通過生產運營管理，達到實現生產訂單、在制品、質量、設備利用率、物料等全方位管控。
（2）操作層：主要是執行和發布各種生產指令；實現產品、工藝、設備、測量儀器等各種數據的傳遞和采集。
（3）控制層 & 現場層：主要是接收操作層的指令，來實現現場層的各種硬件的自動化控制和驅動，確保其準確執行。現場部分主要是生產線現場的各種設備、工裝、工具、測量儀器和物流設施等各方面的內容。
四、項目成果：
此項目取得了以下八大成果：
序號 | 八大能力 | 成果描述 |
1 | PLM | 運用PLM解決方案來驅動企業價值鏈的縱向及橫向集成 |
2 | R&D Trailblazer | R&D的設計過程中，通過對工廠所有的設備、在制品的狀態，都有全面的了解及分析及模擬，對潛在有問題的步驟進行預判，減少等待及維護步驟的發生頻率來縮短產品研發時間 |
3 | Ecosystem Modeling Simulation | 通過在系統里進行虛擬建模來優化工廠布局 |
4 | Decision Tree | 對工廠所有運營及成本數據進行跟蹤及分析，找出節約成本的機會，提升工廠運營效率 |
5 | Forward-look Process Management System | 對Wafer的每個生產步驟及工業流程進行全方位跟蹤，通過預防式維護及Decision Tree等方法去主動發現潛在的風險，規避問題的發生 |
6 | Yield Management | 通過自我完善體系，對生產流程及不同可選方案進行分析及學習，不斷完善自我判斷能力，是系統在某個生產環節發生故障時能給出相應的備用方案 |
7 | Big Data Based Architecture Design | 通過打造一個以大數據及云計算為架構的智能制造生態體系來實現企業在其價值鏈上端到端的集成及協同 |
8 | Equipment Automation Program | EAP作為設備的底層接口負責生產設備之間的連接以及設備中各數據包括生產數據的運行 通過設備自動化?(EAP)?提升生產效率 |
五、幫助企業實現了：
（1）優化業務流程，提升業務效率：實現研發和制造業務一體化、生產過程透明化，具有全球協同研發、制程設計結構化、車間排產動態化、生產反饋實時化的支撐能力，實現知識管理，累積產品設計訣竅，提高知識重用率，支撐形成精益文化。
（2）通過全球協同研發平臺，提升產品創新管理能力：對以項目計劃為主線、產品為核心，建立可視化的數字化協同研發環境。實現對產品設計、器件采購、工藝準備、生產技術準備和生產執行進行管理，包括多項目計劃的管理、產品設計進度、物資采購進度、工藝準備進度、生產準備進度和生產進度的可視化監控，實現實時管理、集中反饋、統一決策的科研管理信息流處理機制，為企業決策支持服務，有效處理多項目管理能力。
（3）通過精細化的車間現場管理環境，提升數字化車間執行能力：建立數字化制造現場管理平臺，構建車間資源、計劃、執行、控制全面管理和控制的精細化和可視化的車間現場管理和監控環境。實現包括車間生產計劃、生產過程監控、質量管理、設備運行狀態分析、工具工裝管理、車間數據采集、生產過程管理、看板管理、統計分析、產品追溯管理、生產經營與績效管理、報表管理等內容管理。實現生產過程實時監控與優化、完善制造資源分配、提高資源利用率、優化配置以及與其他系統之間的數據傳遞，達到生產前規劃、生產中監控、生產后追蹤的全方位支撐，提升研究所的數字化制造能力。
六、實施成效及經驗總結：
項目為企業帶來了如下具體指標的優化。
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七、數字化工廠項目經驗總結：
（1）重視數字化工廠頂層設計與規劃：由專業的方案顧問梳理與規劃頂層架構。
（2）夯實數字化企業平臺：一方面進行端到端價值鏈整合（整合PLM、ERP、MES和CRM系統，厘清產業價值鏈實施PLM系統，實現虛擬設計和開發；另一方面實現網路化的縱向集成，打造數字化工廠（實施MES/WMS系統，建立工業4.0的核心系統與框架，打通SCADA、EAP、WCS與MES、WMS的整合，提升工廠的自動化運作程度）。
（3）完善決策與計劃平臺：監控/報表/看板體系完善與移動化應用、大數據平臺建立與整合、先進產能計劃與線上排程規劃等。
（4）項目持續升級及優化：智能工廠不是目的，其目的為提升產品競爭力與質量智能工廠，無法一蹴而就，需要企業長期的努力與變革。