一、項目簡介

廈門某半導體企業(yè)是具有國際影響力的全色系超高亮度發(fā)光二極管外延及芯片生產(chǎn)廠商，總部坐落于美麗的廈門，產(chǎn)業(yè)化基地分布在廈門、天津、蕪湖、泉州等多個地區(qū)，是國家發(fā)改委批準的“國家高技術產(chǎn)業(yè)化示范工程”企業(yè)、國家科技部認定的“半導體照明工程龍頭企業(yè)”，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(yè)技術中心。

該企業(yè)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(fā)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品性能指標居國際先進水平。目前擁有10000級到100級的現(xiàn)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(yè)實力，實現(xiàn)了年產(chǎn)外延片2400萬片、芯片3000億粒的生產(chǎn)規(guī)模，占到國內(nèi)總產(chǎn)能的58%以上。2014年，公司進一步擴大和延伸LED產(chǎn)業(yè)鏈建設，在廈門投資新建的LED產(chǎn)業(yè)基地和通訊微電子器件項目，使公司的生產(chǎn)規(guī)模直接邁入國際頂尖行列，并成為國際上具備規(guī)模化生產(chǎn)、研發(fā)化合物半導體芯片能力的企業(yè)。

為適應公司快速發(fā)展和打造LED芯片產(chǎn)業(yè)龍頭和智能化標桿，公司啟動了數(shù)字化工廠戰(zhàn)略，并選擇了北京天拓四方科技有限公司作為數(shù)字化工廠整體解決方案戰(zhàn)略合作伙伴，共同推進戰(zhàn)略落地，以數(shù)字化工廠業(yè)務咨詢?yōu)榛A，以產(chǎn)品研發(fā)和芯片制造業(yè)務主線，以信息集成為技術手段，建設支撐產(chǎn)品生命周期全過程的數(shù)字化統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)研發(fā)過程中管理信息、需求信息、研發(fā)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(shù)字化統(tǒng)一平臺上，建立全球研發(fā)協(xié)同體系、實現(xiàn)產(chǎn)品全球研發(fā)和制造的高效運行模式，有效提升企業(yè)的管理能力、研發(fā)能力、制程能力、制造能力、協(xié)同效率和快速反應能力，增強企業(yè)的核心競爭力。

二、項目實施方案：
在客戶現(xiàn)行信息技術應用的基礎上，以業(yè)務發(fā)展需求為導向，遵循基本原則：“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一管理”，簡稱“五統(tǒng)一原則”，針對客戶戰(zhàn)略，此項目遵循如下實施原則：
? 業(yè)務牽引，需求驅動：數(shù)字化工廠建設將以工廠業(yè)務需求為發(fā)啟，通過工程化的推進管理模式，分階段推進數(shù)字化工廠建設。在推進過程中，特別要重視需求調(diào)研和需求分析，只有完整準確的需求調(diào)研才能做好數(shù)字化工廠建設。
? 統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點：數(shù)字化工廠建設涉及的業(yè)務面廣而復雜，而資源是有限的。在推進數(shù)字化工廠建設過程中，需要在一定時期內(nèi)以有限的資源，根據(jù)統(tǒng)籌規(guī)劃和數(shù)字化工廠規(guī)劃，確保以科研生產(chǎn)管理平臺為重點的管理信息化建設落實。
? 注重協(xié)同，加強集成：在建設數(shù)字化工廠前應該充分考慮各系統(tǒng)之間的集成，統(tǒng)一數(shù)據(jù)源。同時在數(shù)據(jù)共享的情況下注重各部門各業(yè)務的協(xié)同。
? 完善基礎，深化應用：在完善網(wǎng)絡與硬件基礎的同時，通過數(shù)據(jù)規(guī)范、標準配合、制度約束的方式構建扎實的數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)基礎，并在此基礎上開展深化應用工作，分析評估基于數(shù)字化工廠的科研生產(chǎn)管理，從而解決瓶頸問題、優(yōu)化流程。
該數(shù)字化工廠項目實施方案包括數(shù)字化頂層設計、數(shù)字化研發(fā)、數(shù)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(shù)字化頂層設計：天拓四方對客戶當前業(yè)務模式、業(yè)務流程、管理瓶頸及信息化現(xiàn)狀進行綜合診斷和優(yōu)化，同時結合行業(yè)內(nèi)標桿企業(yè)智能制造最佳實踐經(jīng)驗，采取頂層設計與咨詢?分模塊詳細設計?分階段實現(xiàn)?持續(xù)性變革管理，這一標準化路線圖，實現(xiàn)客戶數(shù)字化工廠的頂層咨詢規(guī)劃與落地。

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圖2 數(shù)字化工廠項目咨詢方法

?數(shù)字化核心解決方案：客戶數(shù)字化解決方案由數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化制造運營管理和EAP組成。首先通過PLM建立全球協(xié)同研發(fā)平臺，實現(xiàn)LED芯片研發(fā)創(chuàng)新，然后MES構建企業(yè)級的芯片制造管理平臺，通過這一層的MES系統(tǒng)實現(xiàn)的自動/柔性化生產(chǎn)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(yè)網(wǎng)絡，實現(xiàn)設備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集及生產(chǎn)線自動化。

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圖3 數(shù)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(yè)架構層級定義，客戶數(shù)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(shù)字化工廠。客戶數(shù)字化工廠將通過制造評估和工藝設計、生產(chǎn)運營管理、全集成自動化控制以及生產(chǎn)線的構造，開展業(yè)務活動并協(xié)同工作。

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圖4 數(shù)字化技術架構

（1）企業(yè)層 & 管理層：主要是產(chǎn)品研發(fā)PLM和企業(yè)管理ERP層面。尤其是應用PLM中的數(shù)字化制造技術，實現(xiàn)工廠的數(shù)字化建模和仿真分析，并基于虛擬工廠展現(xiàn)和操控生產(chǎn)。為數(shù)字化工廠奠定基礎，通過產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字制造和虛擬制造實現(xiàn)工程信息化，通過ERP和綜合管理平臺打造管理信息數(shù)字化。車間層的技術與生產(chǎn)管控方面，通過工藝評估、工藝設計及仿真實現(xiàn)工廠的指導思想的數(shù)字化，通過工廠規(guī)劃建立支撐車間優(yōu)化和產(chǎn)線優(yōu)化，通過生產(chǎn)運營管理，達到實現(xiàn)生產(chǎn)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(zhí)行和發(fā)布各種生產(chǎn)指令；實現(xiàn)產(chǎn)品、工藝、設備、測量儀器等各種數(shù)據(jù)的傳遞和采集。
（3）控制層 & 現(xiàn)場層：主要是接收操作層的指令，來實現(xiàn)現(xiàn)場層的各種硬件的自動化控制和驅動，確保其準確執(zhí)行。現(xiàn)場部分主要是生產(chǎn)線現(xiàn)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(nèi)容。

四、項目成果：
此項目取得了以下八大成果：

五、幫助企業(yè)實現(xiàn)了：
（1）優(yōu)化業(yè)務流程，提升業(yè)務效率：實現(xiàn)研發(fā)和制造業(yè)務一體化、生產(chǎn)過程透明化，具有全球協(xié)同研發(fā)、制程設計結構化、車間排產(chǎn)動態(tài)化、生產(chǎn)反饋實時化的支撐能力，實現(xiàn)知識管理，累積產(chǎn)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(xié)同研發(fā)平臺，提升產(chǎn)品創(chuàng)新管理能力：對以項目計劃為主線、產(chǎn)品為核心，建立可視化的數(shù)字化協(xié)同研發(fā)環(huán)境。實現(xiàn)對產(chǎn)品設計、器件采購、工藝準備、生產(chǎn)技術準備和生產(chǎn)執(zhí)行進行管理，包括多項目計劃的管理、產(chǎn)品設計進度、物資采購進度、工藝準備進度、生產(chǎn)準備進度和生產(chǎn)進度的可視化監(jiān)控，實現(xiàn)實時管理、集中反饋、統(tǒng)一決策的科研管理信息流處理機制，為企業(yè)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(xiàn)場管理環(huán)境，提升數(shù)字化車間執(zhí)行能力：建立數(shù)字化制造現(xiàn)場管理平臺，構建車間資源、計劃、執(zhí)行、控制全面管理和控制的精細化和可視化的車間現(xiàn)場管理和監(jiān)控環(huán)境。實現(xiàn)包括車間生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程監(jiān)控、質量管理、設備運行狀態(tài)分析、工具工裝管理、車間數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程管理、看板管理、統(tǒng)計分析、產(chǎn)品追溯管理、生產(chǎn)經(jīng)營與績效管理、報表管理等內(nèi)容管理。實現(xiàn)生產(chǎn)過程實時監(jiān)控與優(yōu)化、完善制造資源分配、提高資源利用率、優(yōu)化配置以及與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，達到生產(chǎn)前規(guī)劃、生產(chǎn)中監(jiān)控、生產(chǎn)后追蹤的全方位支撐，提升研究所的數(shù)字化制造能力。

六、實施成效及經(jīng)驗總結：
項目為企業(yè)帶來了如下具體指標的優(yōu)化。

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七、數(shù)字化工廠項目經(jīng)驗總結：
（1）重視數(shù)字化工廠頂層設計與規(guī)劃：由專業(yè)的方案顧問梳理與規(guī)劃頂層架構。
（2）夯實數(shù)字化企業(yè)平臺：一方面進行端到端價值鏈整合（整合PLM、ERP、MES和CRM系統(tǒng)，厘清產(chǎn)業(yè)價值鏈實施PLM系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬設計和開發(fā)；另一方面實現(xiàn)網(wǎng)路化的縱向集成，打造數(shù)字化工廠（實施MES/WMS系統(tǒng)，建立工業(yè)4.0的核心系統(tǒng)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(jiān)控/報表/看板體系完善與移動化應用、大數(shù)據(jù)平臺建立與整合、先進產(chǎn)能計劃與線上排程規(guī)劃等。
（4）項目持續(xù)升級及優(yōu)化：智能工廠不是目的，其目的為提升產(chǎn)品競爭力與質量智能工廠，無法一蹴而就，需要企業(yè)長期的努力與變革。