本文为“2024年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2024年度，为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程，全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等，分享建设过程中的经验，供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
无锡华润上华科技有限公司（以下简称“华润上华”）成立于2002年7月16日，主要从事8英寸0.25微米以下模拟集成电路芯片生产和加工，经营范围为研究、开发、设计和制造集成电路、电路模块、微处理机、微处理器及半导体记忆体等。公司规划建设一条6万片/月生产规模的8英寸集成电路生产线，目前一期工程生产线能力已达到4.5万片/月，该线是国内第一条完全依靠自有资金、技术、市场投资建设的8英寸晶圆生产线。生产线关键设备主要有单片式外延炉、DUV（深紫外线曝光机）、步进光刻机、CMP、HDP等先进的生产设备，设备工艺能力可以达到0.11µm，具有与国际8英寸生产线同等的设备能力，并拥有FIB、SEM、SRP等先进的失效分析试验设备，具备一流的失效分析能力。
公司的核心技术包括自有独特的CMOS/ANALOG, BICMOS, RF/Mixed-Signal, BCD,功率器件和Memory 工艺平台以及一系列客制化工艺平台，整体技术居国内同行业先进水平。主要生产工艺有0.18-0.13µm logic，0.18-0.13µm Mixed Signa，0.18-0.13µm RF CMOS，0.18-0.5µm Mix-Mode，0.18-0.5µm BCD，0.18-0.35µm Flat-cell/EEPROM/EPROM/NVM， 0.2-0.45µm DMOS工艺等。
二、企业在智能制造方面的现状
企业围绕着“生产全流程管控能力”的打造，PDM、SAP、MES平台为核心，管控着与生产息息相关的订单、物料、质量、产品等数据，从而保障生产全流程的管控、数据可视化。最终以OPAS数据平台作为汇总，形成数据分析、展示。
根据集团规划，华润上华以黑灯工厂、无人工厂为构建目标，截至目前为止，企业已实现智能化生产设备、智能化检验设备100%覆盖，其中设备联网率超过92%，后期将围绕产能提升改造、车间物流及自动上下料改造，实现无人化黑灯工厂。上华还搭建了数字孪生系统。关键工序设备具有数据管理、模拟加工、图形化编程等人机交互功能，产线设备可以自动调用数据库中工艺参数进行自适应生产。从而实现生产过程精细化管控。
图1 公司总体系统架构图
HR部门依托组织人事、考勤、薪资、招聘、培训、考核六大模块，提高公司人力资源管理水平，从而保证公司内部工作开展的高效，实现员工个人价值最大化。该系统于13年1月份上线并实现与集团对接，同时，与OA系统实现组织架构和人员编码集成，主要实现了人事档案、组织架构、培训管理、考勤管理、薪资福利、绩效管理、电子签核、招聘管理、报表分析等功能模块，上线以来已形成各种信息8000+万多条。
图2 HR系统主界面截图
通过SAP ERP系统整合公司物流、资金流、信息流，进行公司资源全面一体化管理，进而提升公司核心竞争力。该系统于2008年7月上线，实现了生产计划管理、采购管理、生产批管理、质量管理、库存管理、财务管理等功能，是公司核心系统，以销售订单为主线，生产计划为驱动，负责公司经营管理层面的全过程管理，至上线以来完成生产订单管理7600多万条。
图3 SAP系统主界面
MES系统主要实现公司内部生产排产管理、生产执行过程管理、质量过程管理、生产电子看板、质量电子看板、库存管理、物流过程管理，该系统于2008年9月上线，并实现与SAP系统集成，根据SAP中的生产任务进行生产排程、自动化生产、过程质量管控，生产批次数据累计5T。
图4 MES系统主界面
PDM系统主要实现公司产品研发数据管理和文档管理，缩短产品生产周期，提升生产管理效率。该系统于2018年1月上线，并实现与SAP系统集成，将产品物料信息传送至ERP系统生产物料管理模块，同时将产品信息通过MES系统下发至各生产岗位。自上线以来，系统汇总累计约300GB。
图5 PDM系统主界面
通过需求核算系统实现主料需求的核算，基于SAP订单信息、库存信息、MES生产信息自动核算物料采购需求，同步至SAP进行采购，该系统于2022年10月上线，与ERP系统实现集成，自上线以来形成各种数据流2万多条。
图6 SCM系统主界面
一站式数据分析平台(OPAS)汇总SAP订单数据、MES生产数据、YMS质检数据及其他相关数据，实现数据关联、建模分析，如：缺陷数据管理、良品率分析、成本数据分析等，该平台于2018年4月上线，当前总计数据量已达到50TB。
图7 一站式数据分析平台(OPAS)
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
国家政策要求大力加强自动化设备与生产线的数字化建设，以此提升生产过程的智能化水平。要积极引入先进的传感器、自动化控制系统以及人工智能等前沿技术，全方位实现生产过程的自动化运行、智能化管控和数据化管理模式。通过这种方式，不仅能够有效提高生产效率，使生产流程更加高效顺畅，还可以显著提升产品质量，增强产品在市场中的竞争力，推动产业朝着高质量、现代化方向蓬勃发展，为经济增长注入新动力。
本项目所处的业务环节为智能工厂建设中的老旧半导体设备自动化改造。在智能工厂建设的业务链条中，半导体设备作为生产核心，其老旧设备的性能与效率问题严重制约了整体数字化进程。
•行业趋势：
1)半导体8 吋、12 吋工厂设备已具备自动化通讯协议，可实现产品加工自动化作业
2)在 半导体6 吋工厂领域，因设备改造成本高或无法改造，未有全厂实现自动化的案例
•业务痛点难点：
1)华润微电子6吋工厂半导体生产大多采用手工作业，生产效率低且容易发生“操作失误”。其中因输入设备菜单错误占总误操作数量的70%，每年报废金额近百万。目前采用“双人三核对”的方式防范，但造成了生产效率的降低。
2)产线设备自动化升级改造费用高，平均约20万/台，某些设备无厂商支持无法改造。
3)6吋工厂非自动化作业操作步骤多，新员工培训周期长，产线对员工技能要求高，培训时间周期较长。
•此环节的自动化改造具意义：
从数字化转型视角来看，它是实现智能工厂全面数字化转型的关键驱动因素。通过对老旧设备的改造，引入先进自动化技术，可实现设备间的互联互通和数据交互，打破信息孤岛，为整个生产系统的数字化协同提供基础支撑。
在提高关键业务数字化覆盖比率方面，该改造项目针对老旧设备在关键生产环节的功能升级，优化关键业务流程，使数字化覆盖范围从新设备扩展至老旧设备，提升整个工厂的数字化运营水平。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
自主研发设备智慧作业平台，以AI+OCR、RPA、KVM Over IP、5G WIFI等技术为底座与MES系统整合，形成创新型设备自动化改造与自动化作业解决方案。
（1）通过智能作业终端扫描二维码方式替代手工输入作业模式，降低作业人员操作复杂度，避免发生误操作事故。
（2）RPA与KVM结合替代传统机台自动化通讯模式，解决老旧设备改造费用高或无法改造的问题，实现加工工序自动执行给设备自动化提升提供一条新途径。
（3）平台实现操作与MES一体化整合减少了加工工序，由5步优化至2步，不仅提高工序效率同时减轻员工培训复杂度，缩短员工培训周期。
（4）AI加持下的OCR模块，通过机器学习精准识别机台菜单、核对输入参数确保输入正确无误，极大的保障平台稳定及高效。
技术方案
自主创新解决方案：自主研发设备智慧作业平台，应用 AI + OCR + RPA + KVM等技术，实现生产作业自动化
平台适用性较广：机台具备图形化操作系统并提供键鼠输入即可接入
信创化适配符合集团非关基系统信创要求
获取软著 登记号2023SR0782471
管理模式
项目管理亮点：将前沿技术与数字化转型痛点结合，通过学习新技术、开展技术和业务访谈挖掘痛点，经多次研讨设计方案，推动数字化转型。
简化工序作业模式：录入方式由手动变为自动，加工步骤由5步优化至2步，通过技术手段避免误操作。
组织方式
跨部门协同团队：建立由智数部、制造、模组等多部门人员组成的项目组，包括技术、生产、工艺、设备等相关部门代表，明确职责，制定沟通机制和实施流程。
培养创新文化：鼓励员工创新，组织各阶段研讨，促进知识共享和学习，突破固有思维，形成创新应用模式。
资源投入
设备与平台支持：投入 20 余名工程师，选择一线品牌设备，使用集团数字化平台（凌云），缩短实施周期，提高效率。
资金支持：公司为数字化转型提供了充足的资金支持，确保转型过程中各个环节的资源供给，助力企业在数字化浪潮中顺利升级。
3. 效益分析
项目实施前情况：
华润微电子6B工厂的“注入”工序作业模式举例。
加工步骤如下：①MES系统进行批次过账并匹配加工菜单 ②作业人员需根据加工流程单上的信息把加工厂产品放到机台上 ③在机台上输入加工菜单和放置的载片台号 ④班长对输入信息和生产系统、流程单进行“三核对” ⑤执行加工。
此模式是通过手工作业+双人核对方式进行，生产效率低且容易发生质量问题。且新人到岗后还需要大量的培训、容错成本。部分机台无法实现自动化作业。
项目实施后情况：
加工步骤如下：①作业人员需根据加工流程单上的信息把加工厂产品放到机台上 ②用PAD扫描产品批次及设备载片台号条码即可完成加工作业。
实施后加工步骤由5步优化至2步，作业准备时间减少60%，同时避免误操作。同时一定程度缓解了人员流失及招聘难的问题，生产可持续性，产量稳定。
降本：以某机台为参考：该机台完成改造后节省5.9分钟/批次，按机台产能60批次/天计算，每年可节省人力成本约3万元/台，设备改造费用节省15万/台。按目前63台设备的部署规模，综合降本超1100万元。
提效：替代原人工作业模式，工作效率比传统工人提高30%。
增收：设备智慧平台项目实施可提升25%的产能利用率，按63台机台计算新业务带来的经济价值约2046万元。
风险防范：上线后63台设备因菜单输入错误而造成的产品报废事件为0，有效防范误操作，提高产品良率。
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