Smart Manufacturing

製造業如何面對數位轉型之下的衝擊與改變？SEMICON Taiwan 2020「高科技智慧製造論壇」，由 SEMI 智慧製造委員會共同主席暨台積電部經理游志源，以及聯華電子副處長林京沛率先開場，分享SEMICON會展已邁入50週年，製造業的技術進步也可說是一日千里，然在當今面臨更嚴峻的環境與挑戰之下，如何導入工業4.0 讓工廠變得更加智慧，成為業界人士現階段最關切的話題。 在現今工業4.0 時代，各種技術讓世界的運作也變得複雜起來。而當今製造業也正面臨要如何即時處理來自四面八方的巨量資料，以分析出有用資訊來提升生產效率等問題，因此電腦的系統頻寬與反應速度就變成非常關鍵。台灣美光董事長徐國晉演講時則提到身為半導體業者的美光，已建構了智慧 IoT 生態系，能協助合作夥伴在數位轉型時期，將製造、品質、良率獲得整體升級。從製造面與營運面導入，讓企業輕鬆駕馭工業4.0時代的各式新技術。 Lam Research副總裁 Jason Shields 更表示，由於半導體製程進展、設備複雜度與日俱增，使得當今製造業正面臨各種技術整合上的挑戰。而該公司推出的 Equipment Intelligence 技術平台，便是從 Digital Twin / Digital Thread、虛擬製程開發、智慧工具、數位服務等管道，提供製造業在數位轉型時代下，能透過運用各種新知識、新工具，來降低生產錯誤、提升良率。此外，導入其平台可讓生產機器擁有自我警示、自我維護、可適配與自我校正等能力，讓企業競爭力更向上一層樓。 除了上述的論點之外，讓各種設備擁有更具智慧的能力，也是智慧製造領域的重要一環。因此凌華科技與友達光電便以 Edge AI 強化智慧製造為主題，來介紹其邊緣智慧裝置的平台與應用。首先由凌華科技楊家瑋協理起頭，說明當今智慧工廠已是「必要」、而非「想要」而已，因為唯有發展智慧生產，才能達到減少人工勞力與錯誤，來提升整體生產的良率與品質。而為協助製造業建構智慧工廠，其推出之 Edge AI 運算平台，以在生產線設備前端就「超前」部署為訴求，讓重要站點能優先分析出有用的資訊，進而協助讓站點減少人力的部署，讓打造無人工廠成為可能。以技術來說，由於當今製造業所產生的資料量龐大，且是串流類型，因此必須結合各場域的專業知識，從分析資料，再搭配近年來當紅的AI與機器學習等技術，以便提升製造業在智慧製造時代的整體競爭力。 友達光電洪春長資深協理也加以說明，該公司透過價值轉型、科技創新、智慧製造等三大主要業務，來幫助企業加值。他表示，智慧製造有三個主要步驟：資料、可視化、運用。以前端資料蒐集來說，就必須部署 IoT 感測器、設備控制器、管理系統，再搭配其 Edge AI 平台，就可以運用在前線設備上的 AI 檢視系統，在產線的第一站點時，就能揀選出有瑕疵的產品。如此一來，除可提升產品良率，亦可降低人力資源，節省企業整體運作成本。 至於 Edge AI 平台的建構，凌華和友達皆表示適合小、中、大型工廠，然而要導入新的智慧工廠，則建議業者必須導入SDP (軟體定義平台)，並定義工廠導向的中介資料（metadata），以建構出一個可延伸性、可維持、可服務的架構，讓工廠管理與監控變得更智慧、更有競爭力，同時亦能因應未來的改變來即時調整。簡單來說，建構智慧工廠的有利應用，就是先從邊緣智慧開始，從單一站點就先部署AI級的分析系統，再搭配後台的分析與管控，以讓工廠在產線一開始就能揪出問題，以便讓工廠生產出高品質、無瑕疵的產品。 近幾年數位轉型議題火熱，但可能沒注意到駭客的攻擊方式也在轉型，瞄準一些大型企業來做攻擊與勒索。奧義智慧科技資深研究員陳仲寬則開啟資訊安全議題，近一年來，有多起知名企業被不肖駭客鎖定（包括竹科大廠、IT大廠與政府機關等等）並進行一連串 APT 攻擊的事件，甚至還有遭到勒索病毒的箝制，造成企業的不便與營業重大損失，打擊到台灣產業供應鏈與基礎建設。因此，為防止駭客的持續入侵，機敏資料被綁架或竊取，該公司透過介紹駭客常用攻擊的手法，以及各種攻擊行為，來建議各供應鏈內的大廠們盡速提升企業的資安層級，並建立好縝密的資安管理工具，來防堵各種資安漏洞。總之，建構智慧製造業的資安堡壘，絕對是每個企業必須審慎重視的議題。

新冠肺炎疫情改變企業營運模式，許多應變不及的企業營收受到嚴重衝擊甚而退出市場。而向來是台灣經濟命脈的半導體產業，在面對來勢洶洶的疫情如何因應？看待未來混沌不明的景氣，這些業者又該如何思考並佈局？產業龍頭的危機應變思維值得所有製造業及相關產業借鏡。 智慧製造遠端應用方案，成防疫得力助手 半導體業者相當重視風險控管與永續經營，因此都有準備一套企業永續經營的營運不中斷計畫（BCP）。為了做好防疫，業者在既有製造營運流程中也採取落實社交距離，對重要員工也會採取檢測，並要求穿戴個人防護設備等措施，因此晶圓廠普遍來說防疫做得不錯。 SEMI 國際半導體產業協會副總經理(Vice President, Collaborative Technology Platforms Executive Director, Fab Owners Alliance (FOA)) Tom Salmon 指出「疫情的蔓延更強化許多晶圓廠持續投入智慧製造計畫的決定，透過部署更多感測器、搜集更多資料以獲得更有效率的產出，而這也需要制定產業相關標準與通訊機制才能協助業者達成目標。」 智慧製造的解決方案包羅萬象，從良率改善、瑕疵檢測到預測維修等，這些解決方案運用許多感測器、影像辨識及機器學習等先進技術。以遠端診斷為例，透過在機器設備上安裝感測器，當機器某些數值出現異常，系統就能自動發出告警，設備工程師或設備廠商能在機器完全停擺之前立即應變處置，避免產線中斷。 另一個例子則是將擴增實境/虛擬實境（AR/VR）技術應用在遠距技術人員的培訓方面，尤其防疫時刻需要避免人員接觸，而技術專家就能透過此類 AR/VR 遠距系統觀察診斷產線設備問題，協助現場技術人員解決。Tom 表示，上述智慧製造應用目前 SEMI 國際半導體產業協會正透過成立專案、會議討論的方式與業者研擬案例分析、ROI 等最佳實務資料以協助業者評估導入。 另一項比較急迫的專案則是協助那些仍採用較多人力的產線進行自動化，如 SMTP（表面黏著技術）製程及 PCB 組裝產線。藉由SEMI 正在制定 Surface Mount Technology – Equipment Link Standards(SMT-ELS) 標準（或稱 SEMI A Series）企業不僅能串接相關機台設備以進行遠端診斷及監控，也能預先透過程式來運行某產線，過程中完全擺脫人力介入。甚至是操作人員也只需掃瞄條碼，產線就能自動切換流程繼續製作電路板，即使切換不同廠牌的設備，也無需人力幫忙，企業可以繼續使用既有設備，透過撰寫 PLC 程式來接收 SMT-ELS 的指令。由此可知，為迎接下一波景氣復甦，微電子產業生態圈無不朝向智慧製造轉型的腳步，加速投入產線自動化與智慧化的部署，以提升生產效率與品質。 賣進半導體廠，機台設備須符合資安標準四大重點 然而一旦企業投入智慧製造，所有機台設備都連網與自動化，資安的重要性不言可喻。事實上，在許多半導體業者工廠的產線上，存有新機台也有動輒 30 年以上的舊機台，舊機台使用老舊的作業系統，早已不在原廠支援保固中，卻礙於害怕升級更新後影響產線運作因此持續使用舊版本，一旦連網這些舊系統所存在的漏洞很輕易可被舊病毒攻陷。為了解決此一困境，SEMI資安標準工作小組負責著手制定產業資安標準，未來能符合此標準的設備才能進到半導體廠產線運作。 工研院資通所，同時也是SEMI資安標準工作小組共同主席卓傳育博士指出，此資安標準涵蓋四大重點，第一、設備的作業系統需用最新版開發，該作業系統不得為近期內將停止支援的版本。第二、須揭露設備的網路設定資訊，讓 IT 人員得以關閉不使用的服務。第三、設備需有自我保護機制，如內建應用程式白名單功能。第四、設備需能支援資安監控功能，可匯出設備的重開機時間、登入等訊息，以作為事件處理的分析使用。卓傳育強調，此四大重點是設備廠商賣進半導體廠的低標，各家業者仍會訂有自己的需求要求設備廠符合。更重要的是透過此資安標準，不僅確保晶圓廠的機台設備安全，更能帶動上游產業對設備安全品質的重視。 在不確定的時代，投資自己是最好的投資。SEMI 也將偕同智慧製造委員會持續地暢通跨界交流與溝通橋梁，藉由展會、標準制定服務與資安、大數據等各種技術會議，協調產業鏈上、下游一同朝著智慧製造實現數位轉型之目標邁進。 高科技智慧製造特展 (Smart Manufacturing Taiwan)」將與SEMICON Taiwan國際半導體展同期展出，即將於台北南港展覽館一館盛大登場，更全新開闢資安專區，現場將聚集橫跨高科技製造業智慧製造解決方案業者、系統整合、軟硬體廠商及智慧製造需求端業者。另外今年展覽更規劃智慧製造國際論壇，期待全球專家匯集，分享智慧製造實務推動經驗，予您掌握邁向數位轉型的技術關鍵，期能協助台灣半導體業在未來搶得先機、提升核心競爭力。

全球製造業發展受到新型冠狀病毒(COVID-19)影響而放緩腳步，半導體產業經濟運作也因為這波全球疫情危機，迎來更多新考驗。市場運作脫離常軌，客戶臨時砍單、改變交期、或原先小眾的晶片，變得炙手可熱等，皆為半導體製造業者的產能調度及供應鏈管理帶來影響。面對詭譎多變的供應鏈局勢變化，若能善用資料科學、大數據分析等工具，製造業者將可更靈巧、彈性地應對各種風吹草動。 黑天鵝事件考驗企業應變能力 力晶積成電子製造8吋晶圓製造中心副處長林為銘指出，COVID-19徹底改變無論是個人或企業的生活、營運模式。許多企業開始實施遠端工作，供應鏈更因此，營運偏離原有計畫，面臨更多挑戰。 對半導體高科技製造業來說，最具挑戰的環節為與客戶的協同作業，以及內部供應鏈規畫；其次則是供應鏈規畫和晶圓廠執行的正確接軌。為了應對COVID-19這類黑天鵝事件所造成的衝擊，大多數企業都會成立戰情室，對所有生產指標、配銷狀況等進行控管，而戰情室資料的整合性跟即時性，就會是疫情之下所關注的重點。 在這波疫情期間，產業更出現幾種現象：客戶擔心庫存堆積而砍單、臨時要求拉長交期，或是擔心斷鏈而追加訂單；原先小眾、低調的成熟產品，也受疫情影響而出現明顯的需求波動；耳溫槍、額溫槍、檢測儀器所使用的晶片也因應防疫需求量爆增，導致許多晶圓代工廠的醫療用晶片，必須用Super Hot Run來生產。 總結來說，這次的疫情考驗著企業的應變能力，企業的產能、供應鏈調度、產品組合都必須要很快地做出調整，才能應對市場的劇烈變動。這些調度跟調整，都是在供應鏈規畫裡面完成的。 疫情考驗晶圓廠彈性生產能力 用大數據分析實現超前部署 晶圓廠彈性的生產能力，在此次疫情中嶄露頭角。由於產品的變化比過往激烈，晶圓廠很可能會遇到臨時換線的要求，由此衍生的派工邏輯改變、生產週期控管、品質控管等細節，都考驗著晶圓廠彈性生產的能力。 在必須快速因應局勢變化而進行生產調度的情況下，大數據分析與資料科學，是幫助企業提高應變速度的有力工具。從市場資訊的蒐集、預判，以爭取反應時間，將複雜的數據轉化為一目了然的資訊儀表板，乃至預估未來的局勢演變，機器學習、深度學習等資料科學，都能幫得上忙。 打破資料孤島　系統解構再重構是關鍵 台灣洛克威爾智慧製造應用發展資深顧問何輔仁表示，COVID-19除了帶來健康風險，也為企業的運維帶來更多挑戰，尤其是設備密集的製造業。在疫情之前，製造業在生產、運維、人才團隊等環節，壓力就已與日俱增；疫情的爆發致使人員安全、維護保障、供應鏈維持、產品轉型、計畫重構以及勞動力優化等各方面，面臨更深層次的挑戰。智慧運維的觀念跟需求，也將由此而生。 製造業在進行企業系統整合，實現智慧運維時，會面臨五大挑戰，分別為系統複雜度高、多重設備供應商、產線設備新舊不一、剛性組織不易調整以及系統缺乏互通性。為了落實智慧運維，必須設法打通資料流動的障礙，才得以能進一步分析。因此，資料流的解構與重構(De- Re-Construction)，將會是實踐智慧運維中不可避免的工程。 以資料中台(Data Hub)落實智慧維運 許多製造業都已經有相當完整的資訊系統，包含最底層的可編程邏輯控制器(PLC)、人機介面/數據採集監控系統(HMI/SCADA)、生產執行系統(MES)到最上層的ERP、SCM、PLM等企業系統。這些系統以往都有自己的資料流，很難實現資料整合。資料中台(Data Hub)的概念，就是為了快速打通資料流動的阻礙，讓企業能為了特定應用需求，迅速取得完整資料。 COVID-19為企業所帶來最主要的考驗，期望能在更短的時間內進行資源調度與緊急應變，以滿足客戶跟市場的需求。因此，企業的資訊系統必須採用更靈活、更彈性的架構，才能達成目標。 以即時與整合的資料流提高製造彈性 總體而言，為因應突發事件所引起的劇烈供需變動，除了企業必須設法爭取更多反應時間外，也需要提高資源調度的執行速度。善用大數據分析等資料科學方法，爭取更多預警時間，讓企業得以超前佈署。 資料科學的運作，建立在即時、融合的資料基礎上，在導入資料科學工具的同時，企業內部的各種資訊系統架構也必須隨之調整，以打破資料孤島，實現資料融合為目標，進行解構與重構。 想了解更多與智慧製造最新技術與資訊，邀請您參與和SEMICON Taiwan國際半導體展同期展出之「高科技智慧製造特展 (Smart Manufacturing Taiwan)」，現場將聚集橫跨高科技製造業智慧製造解決方案業者、系統整合、軟硬體廠商及智慧製造需求端業者。另外更規劃智慧製造國際論壇，期待全球頂尖專家集聚一堂再掀高潮。

5G不僅能帶來更大的傳輸頻寬，更具備低網路延遲與支援大量節點裝置連線的特性，因此在智慧製造領域有相當大的應用潛力。許多半導體製造業者都已經開始評估該如何在自家產線中導入5G，以及可能會遇到哪些問題，例如基地台該如何布建？訊號品質與涵蓋範圍是否符合需求？以及成本是否負擔得起？在5G被普遍導入半導體產業鏈的過程中，這些問題都有待思考與釐清。 國際半導體產業協會(SEMI)日前在一場以5G智慧製造為主題的閉門會議中，便邀請了中華電信、台積電、聯電、日月光等重要業者，一同探討5G應該如何應用在半導體製造場域中，並針對上述製造業者關心的問題，進行非常深入的討論。 中華電信行動通信分公司協理賈仲雍開門見山地指出，5G應用發展的關鍵不在連接人與人，而是能否實現串聯萬物的願景。因此，智慧製造無疑是5G應用發展的重頭戲。在智慧製造應用的場景中，跟有線通訊或使用免授權頻段的其他無線通訊技術相比，5G最大的優勢在於兼顧移動性跟有保障的網路服務品質，但網路建置的成本跟需要投入的資源也比較高。 對有意建置5G專網，發展智慧製造應用的業者來說，如果真的要做到專頻專網，其成本將非常驚人。由國家通訊傳播委員會(NCC)已宣告的企業專用頻段(4.8GHz~4.9GHz)申請規則來看，如果企業要申請自己的專用頻段，預計每年頻率使用費將會以商用頻段的得標金額為計算基礎，依使用之廠區面積級距核算，總體持有成本是非常高昂的。 不過，企業不一定非得走專頻專網路線，才能在智慧製造應用中導入5G技術。由於5G規格在制定時，設計了許多彈性的網路組建方式，因此企業也可跟電信業者合作，採用商頻搭配獨立多接取邊緣運算(MEC)、商頻共享MEC，或商頻加上網路切片(Network Slicing)來實現虛擬專網等其他三種5G企業專網建置方式，成本都會比專頻專網來得低廉許多。畢竟，企業光是申請自己的專屬頻段，保守估計就需花費新台幣數百萬元，再加上網路設備採購、後續網路維運等，無疑是相當大的負擔。 事實上，目前國外大型製造業者，如汽車大廠賓士(Mercedes Benz)、飛雅特(FIAT)集團旗下的工業自動化大廠柯馬(COMAU)等，在建置5G企業專網時，都選擇與當地的電信業者合作，以節省資源，專注在發展自己的智慧製造應用上。智慧製造應用的開發，必須結合個別業者獨特的領域專業知識，電信業者能提供的專業協助則是網路建置與維運，並提供實驗場域、設備入網認證等支援服務，讓企業能發展其智慧製造的應用。 SEMI智慧製造委員會共同主席游志源則從整體製造業者的角度分析指出，各種生產線上會使用到的移動式設備，例如搬運機器人、自主引導車(AGV)等，會是對5G需求最強的設備類別，因為這類設備必須在廠區內到處移動，先天上就得使用無線技術來連接，但現有的無線技術在廠內應用，存在不少問題。 以Wi-Fi為例，因為半導體廠的廠區面積通常遠比一個Wi-Fi基地台的訊號涵蓋範圍來得大，因此在廠區內到處移動的搬運機器人若使用Wi-Fi，很容易就會遇到訊號死角，或跑到另一個基地台涵蓋區，基地台必須換手的問題。改用5G來連接這類設備，則有機會解決使用Wi-Fi時遇到的諸多問題。 除了移動設備之外，5G還可支撐許多目前還在發展中的智慧製造應用。舉例來說，由於半導體業者的廠區多半分散各地，設備維護團隊經常需要從遠端連上機台，進行機台診斷跟維護，如果能將5G跟擴增實境(AR)結合，對提高設備維護作業的效率，將帶來明顯助益。 此外，半導體廠務系統使用5G連線的需求也相當明確，因為5G可以提供更大的傳輸頻寬、更低的網路延遲與容納更多節點設備連線上網，而廠務系統中，有許多應用都可從這些特性受惠。例如生產現場的影像監控、遍布廠區各地的感測器節點等，就需要大頻寬、低延遲與容量更大的網路系統來作為資料傳輸的骨幹。 在工業應用領域，5G具備許多現有無線技術所缺乏的特性，使其非常適合運用在移動式機台設備跟節點數量眾多的廠務系統中。但5G專頻專網的建置成本不低，且5G網路的維運是一門相對複雜的專業，因此對製造業者而言，與電信業者分工合作，將5G網路的建置跟維護交給電信業者，自己則專注於發展自家產線所需要的智慧製造應用，不僅能減少所需投入的資源，更能加快智慧製造應用落實的時程。 整體來說，對製造業者而言，最關心的還是5G究竟能否在自家的場域中正常運作。雖然5G網路可以直接在無塵室內建置基地台，理論上室內的訊號涵蓋狀況會比現有的行動通訊網路更優異，但考量到無塵室內有大量半導體設備，且半導體設備通常都有金屬外殼包覆，會造成訊號屏蔽，故5G網路能否在無塵室內正常運作，還是需要經過實地測試。事實上，不管是電信業者或設備商，都建議應該要在廠區布建實驗網路，一方面實地測試訊號狀況，同時也可以對智慧製造應用進行概念驗證(Prove of Concept, PoC)。 另一方面，許多業者也指出，5G雖然承諾會提供更大頻寬、更低延遲與支援大量設備接入，但目前只有針對大頻寬的eMBB標準已經確立，超低延遲(URLLC)與支援大量設備接入(mMTC)的標準則還未定義完成，因此各家業者目前在評估5G智慧製造時，還是要面對標準的不確定性。 在智慧製造逐步落實的過程中，SEMI正持續扮演凝聚共識，推動各方同步向前的產業平台角色。SEMI數年來持續推動產業智慧製造發展，並成立智慧製造委員會。藉由展會、標準制定服務與資安、大數據等各種技術會議，讓相關業者得以互相交流，協調產業鏈上下游一同朝智慧製造的目標邁進。本次閉門會議中，由SEMI帶領設備商、電信業者與半導體業者的互動與討論，相信對產業未來的5G布局，將產生極大的啟發意義。