自從全球工業4.0浪潮以來，製造業無不期盼透過資通訊科技，協助實現產線數位化，以提升產品品質與生產效率。而近年AI等創新科技湧現、以及疫情與戰爭帶來的衝擊，也都驅動了製造業加速邁向智慧製造，藉由可快速靈活調整的生產機制，快速回應來自四面八方的挑戰。
製造業轉型過程中，以半導體產業推動智慧製造的速度最快。這其中除了來自於市場與產業龍頭的驅動，背後功臣還有SEMI國際半導體產業協會所制定的 SECS/GEM標準，讓半導體廠中的各種生產設備，能在此標準通信協定上以自動化方式相互傳輸資料，扮演整個智慧製造藍圖的關鍵。
Table of Content
- SECS/GEM標準定義
- SECS/GEM標準的通訊協定架構：SECS‐I 與 HSMS
- SECS/GEM標準的優異控制機制：SECS-II 與 GEM
- SECS/GEM標準的應用情境
- SECS/GEM標準的導入與企業人才培訓
SECS/GEM標準定義
SECS標準的完整名稱是SEMI Equipment Communications Standard，而GEM 的英文全名是 Generic Equipment Model。SECS/GEM標準是由SECS I、HSMS、SECS II和GEM等標準組成，涵蓋完整通訊協定、多元控制、實施方法等三大部分。在1980年代以前，半導體生產環境中的各品牌設備，都是各自採用自家通訊標準，以至於設備之間資料交換難度高、且仰賴人工處理。SEMI 透過陸續制定相關標準，推動半導體產業朝向自動化發展。
SECS/GEM標準的通訊協定架構：SECS‐I 與 HSMS
在SECS/GEM標準中包含兩種通訊協定，首先是以RS232介面為主的「串列通訊標準 SECS‐I (E4)」 ，這是半導體製造設備與主機之間的通信標準，涵蓋物理層、資料傳輸層，如：傳輸速度、資料格式、訊息結構等等，方便進行監視和控制。SECS‐I 採用半雙工訊設計， 設備和主機可發送和接收消息，當生產過程中發生異常時，設備能立即向主機通報，方便現場人員在第一時間進行處理。
隨著傳輸速度快、部署容易的乙太網路普及後，SEMI也推出以TCP/IP協定為主的HSMS (High-Speed SECS Message Services，E37)，則是用來取代速度較慢的SECS I
SECS/GEM標準的優異控制機制：SECS-II 與 GEM
相較於SECS I、HSMS等標準，主要制定底層的通訊協定，SECS/GEM標準的SECS II則是規範應用服務在前述應用協定上的資料結構，如設備狀狀態、配方管理、資料收集方式等等，確保在超過上千個生產流程的複雜環境中，也能達成資料交換與設備控制的目的。
至於SECS/GEM標準中的GEM，則是定義設備或應用程式的設備運作模式，並依照制定命令 (Command)、事件 (Event)、資料 (Data)等三種控制模式，滿足不同應用情境的運作需求。前面提到SECS I、HSMS提供進行雙向傳輸的通訊標準，所以可由主機、或操作員發送命令，要求設備執行特定的操作；而設備也能在發生特定事件時，主動通知主機或現場管理員，分享設備運作過程中發生的變化。至於設備和主機之間交換的資料，則涵蓋參數或狀態訊息等，這正是實施智慧製造的重要關鍵。
除此之外，GEM標準也針對通訊狀態模型（Communication State Model）、控制狀態模型（Control State Model）、處理狀態模型（Processing State Model）等，制定詳細的標準與執行模式，確保處於不同生產環節的設備都能提供一致性的報告、並具備可管理性，方便半導體業者進行工廠監控和設備設備管理。
SECS/GEM標準的應用情境
在完整定義應用程式與設備的運作之後，SECS/GEM標準能適用於多元應用情境，且隨著相關內容持續修正與增加，可預期未來會有更豐富的應用情境出現。在資料收集的部分，支援生產過程參數、事件日誌、警報訊息等即時資訊收集，若業者搭配後台AI主機進行分析，可即時掌握整體生產品質、設備健康狀況，進而在生產異常或生產品質下滑之前，即時採取相對應行動，有助提高整體生產效率與維持品質。
在遠端控制部分，則允許主機系統發送命令以控制設備的運行，包括啟動、停止、暫停、恢復等操作。在設備參數設定部分，亦提供主機透過遠端機制調整設備參數的功能。此兩項功能，可大幅降低現場管理員的工作負擔，並且提高產線的稼動率。至於在事件報告部分，設備能在生產完成、警報觸發等事件發生時，自動向主機報告重要事件，有助於降低異常狀況的處理時間、提高產線利用率。
由於SECS/GEM標準為半導體產業帶來的效益非常可觀，所以也在電子產業、太陽能等產業被廣泛採用，並依產業特性進行修改，成為邁向智慧製造的重要關鍵。
SECS/GEM標準的導入與企業人才培訓
對於導入 SECS/GEM 標準的企業而言，不僅需要擁有完整的標準規範文件，更需要第一線研發人員對標準內容深入理解、融會貫通，若經營管理階層能夠提升相關技術概念，則能增進與工程人員的溝通效率。
SEMI 作為制定SECS/GEM標準的機構，不僅擁有與標準相關的豐富資源，同時也有標準的培訓課程機制，期盼在半導體產業實施、導入SECS/GEM標準的過程中，提供完整顧問服務與技術支援。
如欲進一步了解 SECS/GEM 標準企業教育訓練，請與 SEMI 標準部門聯繫：
Cher Wu [email protected]、Cheryl Chuang [email protected]
*特別感謝喜士俊科技-楊辰隆Andy Yang擔任本文技術顧問
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