Одна из главных целей «умной» электронной промышленности — создание универсального формата данных

PDF версия
С переходом к «умному» производству электроники с использованием «Интернета вещей» и с появлением таких предприятий возникает одна из самых важных задач стандартизации, которая когда-либо существовала в мировой электронной промышленности относительно передачи и обмена данными для линий производства, целых производств или даже серийных изготовителей. Научные сообщества и предприятия начали конкурировать в поиске быстрого решения для регистрации и обмена данными, и итог подобной конкуренции пока еще не предсказуем. Задача заключается в том, чтобы по возможности перейти от большого числа различных протоколов данных к единому универсальному формату. В этом вопросе намечается, в частности, конкуренция между такими ассоциациями, как IPC и SEMI, и промышленными компаниями, в том числе Mentor Graphics (Siemens). В статье представлен небольшой обзор ситуации.

Повышение прозрачности и эффективности процесса изготовления электронных модулей и продуктов уже давно является одной из основных целей американской профессиональной ассоциации IPC — независимо от того, касается это отдельной компании или цепочки производителей.

IPC работает над этим вопросом уже на протяжении нескольких десятилетий, начав свою деятельность задолго до того, как понятия «Интернет вещей» (Internet of Things), «умное» (smart) производство или «четвертая промышленная революция» («Индустрия 4.0») стали появляться в заголовках ежедневных и специализированных печатных изданий. С момента своего основания в 1950-е годы ассоциация ставила перед собой задачи организовать интердисциплинарные рабочие группы с представителями международной электронной промышленности для того, чтобы найти решения для назревающих проблем — как правило, путем разработки новых стандартов (директив). Ассоциация также занималась введением этих стандартов в практику, например в рамках семинаров, повышающих квалификацию, обучающих мероприятий, сертификаций. Так, для повышения эффективности производства в электронной промышленности были приняты стандарты IPC-2581 (формат передачи данных) и IPC-1782 (стандарт для отслеживаемости процессов производства и системы поставок электронных приборов).

Когда электронная промышленность приступила к подготовке «Индустрии 4.0» и начал появляться промышленный «Интернет вещей» (IIoT), IPC два года назад снова поставила перед собой задачу совместно с промышленными компаниями разработать единые правила современного способа обмена данными, базирующегося на «Интернете вещей». Но на сей раз это должно быть сделано на еще более высоком уровне, чем при введении двух вышеназванных стандартов. Целью созданной в 2015 году ассоциацией IPC инициативы объединенных производств (Connected Factory Initiative (CFI)) является реализация обмена объединенного производства (Connected Factory Exchange (CFX, Machine Data Interface Standard)) — общепринятого метода регистрации и обмена данными для процесса производства на уровне отдельной компании или между компаниями-производителями. Эта цель должна быть достигнута эффективным, недорогим и, прежде всего, открытым методом.

С введением обоих вышеназванных стандартов ассоциация IPC расширила круг своей деятельности на производстве, создание инициативы CFI тоже преследует эту цель. Для того чтобы лучше понимать сегодняшнюю ситуацию, далее будет описан путь IPC к CFI, а также рассмотрено, на каком этапе находится в настоящий момент работа CFX. Кроме того, будет освещен вопрос, с какой конкуренцией сталкивается IPC на пути к «умному» производству.

 

IPC-2581: единый информационный поток от дизайна до производства

 Логотип консорциума  IPC‑2581

Рис. 1. Логотип консорциума IPC‑2581

Уже начиная с 1990-х годов ассоциация IPC была, в частности, занята вопросом, как при помощи единого общепринятого и широко применяемого формата данных реализовать и прежде всего рационализировать процесс автоматизированного проектирования (CAD — computer-aided design) в компаниях, начиная с инструментов для дизайна печатных плат и заканчивая изготовлением и монтажом элементов на печатные платы. В первом издании выпущенного в 2004 году стандарта IPC-2581 «Общие требования к описанию и методологии передачи данных для производства модулей печатных плат» авторы консорциума IPC-2581 заложили важные основные идеи для независимого от производителя формата данных (рис. 1). Согласно IPC-2581, данные сохраняются в современном XML-формате. Но, как правило, не всегда что-то новое может быть без проблем применено на практике. Одной из сложностей стало существование уже ранее разработанных некоторыми компаниями других форматов, применявшихся в промышленности для передачи данных, начиная с дизайна и заканчивая изготовлением печатных плат. В качестве примера можно привести формат Gerber RS-274-D, созданный компанией Gerber Scientific, или более современный формат ODB++, предложенный компанией Valor. Последний упомянутый стандарт существует сегодня параллельно с IPC-2581 и уже «привязан» к этому стандарту. Оба формата в определенной мере доминируют на современном рынке. Valor принадлежит с 2010 года компании Mentor Graphics. В свою очередь, с 2017 года Mentor Graphics и Valor входят в состав концерна Siemens.

По указанным причинам сначала возникали проблемы с широким применением стандартов IPC-2581 в электронной промышленности. Поэтому в 2011 году понадобилась инициативная акция со стороны заинтересованных участников, чтобы наконец-то продвинуться в этом вопросе. В то время под руководством компании Cadence Design Systems, конкурента Mentor Graphics и Valor, была создана рабочая группа ассоциации IPC, состоящая из 40 организаций (сегодня в нее входит значительно больше компаний), которые решили принять активное участие в дальнейшей разработке стандартов и их практическом применении. Инициативными участниками были такие крупные производители, как Fujitsu, NVIDIA, Ericsson, Harris, Lockheed Martin, Cisco, Velux, и другие. В состав Технического комитета консорциума IPC-2581 входили практически все разработчики программного обеспечения, предлагавшие решения для дизайна печатных плат, а также крупные изготовители печатных плат. В качестве девиза консорциум выбрал слоган «За открытый нейтральный международный стандарт для эффективной передачи данных при изготовлении печатных плат». Уже тогда было важно отказаться от идеи, что одна-единственная компания со своим продуктом может в значительной степени доминировать в области разработки метода передачи данных. Был необходим открытый нейтральный стандарт передачи данных. В [1] можно получить дополнительную информацию о работе и процессе введения стандартов IPC-2581.

 

Польза от применения стандартов IPC-2581

Импортирование  IPC‑2581‑данных в  программу PCB ‑Investigator

Рис. 2. Импортирование IPC‑2581‑данных в программу PCB ‑Investigator

26 сентября 2012 года, приблизительно через год после основания Технического комитета консорциума, совместными усилиями был создан первый электронный модуль в мире, полностью соответствующий стандартам IPC-2581. Дизайн, разработанный компанией Fujitsu Network Communications, демонстрировал сокращение расходов и времени, так как по сравнению с обычным методом стало возможным уменьшить время его изготовления на 30% (рис. 2). До настоящего момента IPC-2581 был дважды отредактирован с учетом опыта, полученного в ходе его практического применения. Уже в 2012 году появилась редакция А, а год спустя, в 2013-м, — редакция В. В январе 2017-го ассоциация IPC издала дополнение к стандартам IPC-2581B: IPC-2581B-WAM1. Этот документ содержит 236 страниц и специфицирует XML-формат, который является основным форматом передачи данных [2]. Формат является конвергенцией структуры GenCAM согласно IPC-2511 и ODB-X, разработанному Valor, чтобы у пользователей обоих форматов не возникало никаких дополнительных препятствий.

Ко времени проведения выставки IPC APEX Expo (San Diego, USA) в феврале 2017 года консорциум IPC-2581 организовал сразу несколько многочасовых семинаров с целью продвижения стандарта, демонстрации его актуального состояния и сбора информации и пожеланий для его предстоящей, третьей редакции C.

Необходимо заметить, что IPC-2581 лишь один из 22 стандартов расширенного «комплекса директив», IPC-25xx-ряда. Все они посвящены вопросам описания данных для разработки и производства электронных модулей, вопросам обмена данными и все появились в период 1998-2007 гг. Но особое значение, а также особую поддержку со стороны промышленности до сих пор получает только IPC-2581. Точный список стандартов, а также информацию о дате их появления и последнего редактирования можно найти в [3] — Document Revision Table.

 

Другое время — другие приоритеты

Почему же ведущим представителям электронной промышленности понадобилось время с 2004 по 2012 год, чтобы принять стандарты IPC-2581? Возможно потому, что условия для разработки и изготовления электроники, а также техническая сложность изделий во всем мире уже настолько далеко шагнули вперед, что возникла острая необходимость стандартизации. Основной закон диалектики «Переход количества в качество», вероятно, и тут доказал свое право на существование — так же, как и в случае с переходом к «Индустрии 4.0». Согласно данному закону, начиная с определенного этапа развития количественные изменения ведут к переходу к более высокому качеству. В другой формулировке: использование прежних, ориентированных на определенную компанию форматов стало невозможным, так как оно не должно тормозить дальнейшее развитие, или, по словам компаний, стать препятствием для получения прибыли. Однако восемь лет, как в случае с IPC-2581, — это слишком долго для CFX.

 

IPC-1782: больше прозрачности на пути изготовления электронных модулей

 Отслеживаемость электронных компонентов гарантирует более высокую надежность приборов

Рис. 3. Отслеживаемость электронных компонентов гарантирует более высокую надежность приборов

Следующий шаг к большей прозрачности, а также к рационализации процесса изготовления электроники ассоциация IPC предприняла в форме введения стандарта IPC-1782. Когда в электронной промышленности США стала все чаще возникать проблема фальсифицированных электронных компонентов (Faked Components, Counterfeit Materials), ассоциация поставила этот вопрос на повестку дня на конференции IPC APEX EXPO в марте 2014 года и основала соответствующую интердисциплинарную рабочую группу, которая должна была разработать основные принципы для большей прозрачности в процессе поставки электронных компонентов, приемлемые и выгодные для всех компаний, занятых в данной отрасли (рис. 3). Рабочая группа отслеживания критичных компонентов (2-19A) начала интенсивную работу над данным вопросом и уже через относительно короткий промежуток времени, в ноябре 2016 года, издала директиву IPC-1782 «Стандарт для отслеживаемости производства и системы поставок продуктов электроники» [4]. Кстати, его рабочее название было немного другим: «Стандарт для отслеживаемости критичных компонентов исходя из риска» (Standard for Traceability of Critical Items Based on Risk). Требования по отслеживаемости подразделяются на четыре уровня, которые могут соотноситься с тремя классами продуктов IPC (класс 1, класс 2, класс 3) или с особыми требованиями заказчиков:

  • уровень 1 отслеживаемости: базовый;
  • уровень 2 отслеживаемости: стандартный;
  • уровень 3 отслеживаемости: продвинутый;
  • уровень 4 отслеживаемости: комплексный/всесторонний.

Группа 2-19A постоянно работает над стандартами IPC-1782. На одном из ее последних заседаний в рамках собрания комитета по подготовке стандартов IPC обсуждалось создание практического пособия для использования IPC-1782, а также содержание следующего, «обработанного» издания и его дополнение еще одним пунктом — изготовлением печатных плат. В сегодняшний стандарт включены (практически) все компоненты, критичные для производства электронных модулей.

 

CFI и CFX: работа на будущее

Ассоциация IPC начала новый важный этап в стандартизации формата данных, поставив в 2015 году на повестку дня тему обмена данными в объединенном производстве Connected Factory Exchange (CFX). Для решения этого вопроса была основана рабочая группа 2-17 — Комитет объединенного производства (Connected Factory Initiative (CFI) Subcommittee), которая состоит из экспертов в области машино- и приборостроения, производителей сенсоров и программного обеспечения. Наряду с повышением эффективности передачи данных, начиная с процесса проектирования и заканчивая процессом изготовления (IPC-2581), а также улучшением отслеживаемости производства и систем поставок электронных компонентов (IPC-1782), в центре внимания Комитета находится объединение и контроль за приборами, системами и целыми фабриками, задействованными в изготовлении электронных модулей, на пути к «Индустрии 4.0» (рис. 4). В связи с этим создание общепризнанного стандарта базы данных и стандарта обмена данными для международной электронной промышленности — задача намного более сложная, нежели все то, чем прежде занималась ассоциация IPC и что касалось работы с данными. Прежде всего в рамках IPC APEX Expo в 2017 году было принято решение о необходимости незамедлительного создания CFX. Однако, как будет показано далее на примере SEMI, создание CFX, вероятно, является лишь началом еще более глобального объединения.

 Горизонтальная интеграция в  «Индустрии 4.0»

Рис. 4. Горизонтальная интеграция в «Индустрии 4.0»

Новый CFX-стандарт, как и остальные вышеописанные документы, должен быть безусловно независимым, открытым и нормированным IPC-стандартом и, таким образом, не принадлежать и не быть под контролем какой-либо коммерчески заинтересованной стороны, например конкретной компании. Нельзя не заметить определенную схожесть ситуации и обстоятельств с условиями подготовки стандарта IPC-2581. Цель IPC — создание основ для «мгновенного взаимодействия» (plug and play interoperability), то есть по возможности беспроблемной совместной работы приборов и систем на производстве при переходе к IoT. Стандарт должен содержать основные принципы необходимого механизма передачи данных для того, чтобы обеспечить «мгновенное взаимодействие». Он также должен позволять использовать опциональные механизмы трансфера данных, а значит, оставаться гибким. Члены CFI отвечают за разработку терминологии концептов и директив, которые относятся к промышленному «Интернету вещей»: приборам, сенсорам, ИТ-системам, киберфизической коммуникации приборов, которые используются в процессе производства или в его подготовке для реализации IIoT.

К задачам комитета относится определение того:

  • что подразумевается под понятиями «Индустрия 4.0» и «промышленный «Интернет вещей» в рамках производства электроники;
  • как должны выглядеть данные, протоколы данных и протоколы сообщений, чтобы соответствовать будущим требованиям.

Решение указанных задач позволит облегчить переход к «Индустрии 4.0» и IIoT и обеспечит открытую, свободную и стандартизированную поддержку этого процесса. Рабочей группой 2-17 руководят такие компании, как Jason Spera, Aegis Software, Marc Peo, Heller Industries Inc. и Mahi Duggirala, Flextronics International. Они представляют концерны, весьма заинтересованные в разработке и внедрении высококачественных решений.

С момента основания в январе 2015 года инициативная группа стремительно расширялась и в марте 2017 года, после интенсивных дискуссий в рамках IPC APEX Expo-2017, насчитывала уже около 90 членов. К тому времени рабочая группа состояла из шести разработчиков программного обеспечения, двенадцати EMS- и OEM-компаний, а также 37 производителей приборов и техники. Можно предположить, что количество активных участников рабочей группы за последние месяцы еще больше увеличилось. Вследствие инициативы, проявленной изготовителями приборов и техники, деятельность Комитета распространилась и на области сканирования штрихкодов, обработку материалов и использование сенсоров на производстве.

 

Первые результаты работы CFX ко времени проведения IPC APEX Expo-2017

После основания CFI ассоциация IPC поставила перед собой следующую цель: к началу проведения IPC APEX Expo в феврале 2017 года представить для обсуждения первые основы стандартов для перехода компаний электронной промышленности к «Индустрии 4.0» и к промышленному «Интернету вещей».

Для достижения поставленной цели комитет CFI еще в 2016 году основал рабочую группу, которая проводила опрос на тему функциональных требований к коммуникации между приборами (Machine Communications Functional Requirements). Изготовителей оборудования, компонентов, приборов и программного обеспечения попросили сообщить рабочей группе свои пожелания о данных и функциональных возможностях, которые CFX должен поддержать. Таким образом, в рамках IPC APEX Expo-2017 стало возможным проведение комитетом CFX первого успешного согласования технологий о передаче данных. Рабочая группа подтвердила свое убеждение в том, что взаимное согласие и технологическая перспектива, касающиеся всех областей, крайне необходимы для дальнейшего признания и успеха CFX. Несмотря на эффективное согласование технологий передачи данных CFX, еще одной рабочей группе было поручено провести дальнейшее техническое исследование. Это было необходимой мерой, о чем и пойдет речь в той части статьи, которая посвящена SEMI.

Еще одна группа приступила к конкретной работе над созданием модели данных CFX. Модель имеет принцип работы «деталь «Лего», согласно которому данные, полученные с приборов, машин и систем, рассматриваются не как раньше монолитно и только с учетом типа прибора, а как комплекс структурированных свойств, создающих развернутое представление о приборе или системе. Такой принцип применим и к модифицированным под требования заказчика приборам, и к гибридным решениям, в частности к принтерам с интегрированной инспекционной системой. Ожидается, что описанная модель данных ускорит введение в эксплуатацию приборов и приведет к тому, что распространение CFX затронет даже те устройства и технику, которые еще не существуют на чертежах исследовательских отделов предприятий. Также CFX-стандарт должен учитывать все ускоряющиеся темпы развития приборостроения и технологий изготовления. Словом, разработчики стандартов должны смотреть далеко вперед. Комитет 2-17 внес предложение в дальнейшем выдавать CFX-логотип приборам, соответствующим стандартам CFX.

 

Использование протокола для передачи сообщений CFX AMQP

В августе 2017 года ассоциация IPC заявила о том, что Комитет 2-17 принял решение об использовании AMQP (Advanced Message Queuing Protocol — открытого протокола для передачи сообщений между компонентами системы) в рамках метода регистрации и обмена данными для процесса производства (CFX) в качестве протокола передачи данных при коммуникации приборов. Также был определен формат кодирования данных JSON (JavaScript Object Notation), который является обозначением для формата, предназначенного для сохранения объектов, матриц и прочих переменных в читаемой форме.

AMQP — это протокол, основанный на открытом стандарте для связующего программного обеспечения, ориентированного на обмен сообщениями (open standard application layer protocol). В нем доступны наборы инструментов для всех необходимых программ. Он отличается абсолютно симметричной коммуникацией и поддерживает как шаблон «Издатель/Подписчик» (Publish/Subscribe), так и шаблон «Запрос/Ответ» (Request/Response). Кроме того, он безопаснее, чем MQ Technology Telemetry Transport (MQTT) или Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP). В целом AMQP является надежным стабильным протоколом для постоянного обмена важными бизнес-сообщениями.

Рабочая группа придерживается мнения, что данный протокол для передачи сообщений соответствует требованиям «Индустрии 4.0». С помощью AMQP можно решать не только актуальные задачи, но и будущие проблемы. Комитет уже начал изучать компоненты (Building Blocks) для определения данных. Возглавляет эту группу Михаель Форд (Michael Ford), руководитель отдела продаж в Европе компании Aegis Software Corporation.

 

Программный набор инструментов библиотеки сообщений CFX

В ноябре 2017 года ассоциация IPC сообщила о следующем этапе CFX-проекта. Компания Aegis Software Corporation объявила, что готова в рамках передачи юридических прав отрасли предоставить к использованию программный набор инструментов (Open-Source-Toolkit), который упрощает и ускоряет как создание CFX-сообщений (connected factory exchange data message), так и обмен сообщениями между приборами и/или между прибором и человеком в единой сети CFX.

CFX Messaging Library (библиотека сообщений) создана на базе библиотеки Microsoft.Net. Она минимизирует затраты на разработку компаний, намеренных соединить свое оборудование и системы программного обеспечения с Messaging-Netzwerk IPC Connected Factory Exchange (CFE).

Библиотека сообщений CFX состоит из двух частей: с одной стороны, из базы объектов-данных, которые воплощают стандартизированные CFX-сообщения, а с другой — из классов, облегчающих передачу и прием CFX-сообщений на основе выбранного рабочей группой протокола (OASIS AMQP1.0-Message Wire Protocol).

Набор инструментов программного обеспечения библиотеки сообщений CFX представлен на интернет-странице с открытым доступом. IPC приглашает разработчиков ПО в области машиностроения, дистрибьюторов ПО и производителей электроники принять участие в работе проекта, развивать его дальше и добавлять новые функции. Таким образом можно повысить эффективность единого, базирующегося на стандартах решения для передачи производственных данных в промышленности.

«Главным условием для быстрого и всеобщего принятия стандартов передачи сообщений производителями «Индустрии 4.0» является его простота, с которой изготовители приборов, разработчики программного обеспечения и производители электроники могут осуществлять деятельность в CFX-сети. Эта работа не должна быть связана с инвестициями в какие-либо инструменты программного обеспечения других поставщиков и не должна быть сопряжена с необходимостью покупки лицензий. Рабочий процесс должен проходить самостоятельно и быть быстро реализован» — так описал преимущества новых стандартов руководитель компании Aegis Software Джейсон Спера (Jason Spera).

В качестве вывода о работе IPC, проделанной до ноября 2017 года, можно сказать следующее: инициативная группа уже определила формат кодирования, технологию передачи данных и структуру содержания сообщений. Во время проведения выставки Productronica-2017, состоявшейся в ноябре в Мюнхене, специалисты разных областей уже смогли представить накопленный к тому моменту времени опыт относительно содержания данных, необходимых для оборудования, функционирующего в их области специализации. В рамках Productronica-2017 был подготовлен большой пакет информации и проведены дальнейшие согласования о принятии CFX-стандартов ассоциации IPC.

 

SEMI хочет расширить поле деятельности еще больше, чем CFX

Логотип SEMI Smart Manufacturing

Рис. 5. Логотип SEMI Smart Manufacturing

Международное объединение изготовителей полупроводников SEMI (ранее — Semiconductor Equipment and Materials International), а именно ее Консультационный отдел по «умному» производству (Smart Manufacturing Advisory Council), на протяжении некоторого времени занимается вопросами «Индустрии 4.0» (рис. 5). Данное отделение, как и IPC, предпринимает шаги, чтобы облегчить предприятиям переход к «умному» производству. В этом промышленном объединении придерживаются мнения, что ни одна компания самостоятельно не сможет интегрировать новый уровень автоматизации во все более сложную систему изготовления электроники.

В настоящее время SEMI проводит работу по следующим направлениям:

  • формирование органов руководства, которое должно помочь компаниям, работающим в области корпусирования компонентов, автоматизировать их производство;
  • разработка списка основных требований к стандарту, необходимому для передачи данных между приборами в промышленном секторе услуг по производству электроники (Electronics Manufacturing Service (EMS);
  • изучение готовности и потенциала компаний для совместных исследований и распределения расходов при разработке автоматического программного обеспечения, наделенного интеллектом, которое может в дальнейшем быть использовано всеми в базовых областях, не специализирующихся на IP.

Данные направления работы уже показывают, что поле деятельности SEMI, сосредоточенной на производстве полупроводников (front und back end), будет более широким и процесс станет более долгим, чем у IPC. Члены SEMI также придерживаются мнения, что, когда речь идет о еще большей автоматизации и использовании искусственного интеллекта в ходе внутреннего мониторинга (In-line-Monitoring), а также о контроле качества постоянно усложняющихся операций корпусирования и монтажа, их тоже нужно рассматривать под общепринятым и, соответственно, более широким углом — начиная с изготовления микрочипов и корпусирования и заканчивая выпуском печатных плат и электронных модулей. Благодаря этому все участники производственного процесса получат выгоду, а прибыль и доход будут быстрее увеличиваться.

Даг Сьюрич (Doug Suerich), менеджер по продукту компании PEER Group, сформулировал представления SEMI следующим образом: «Мы мечтаем о том, чтобы через 5-10 лет производители микрочипов и компании, занимающиеся корпусированием и монтажом, стали еще более автоматизированными, их оборудование было бы полностью соединено между собой и они применяли бы на производстве больше сенсоров и пользовались бы в большей степени прикладным искусственным интеллектом. Остается лишь вопрос, как этого достичь, особенно, как решить проблемы интегрирования» [5]. Поставив данные цели, SEMI продвигается далеко вперед по сравнению с IPC, поскольку IPC мало уделяет внимания обработке полупроводниковых бескорпусных компонентов в процессе изготовления электронных модулей (IPC-7092 2015 года и IPC-7094 2009 года IPC-7094A находятся на стадии согласования). Консультационный отдел по «умному» производству (Smart Manufacturing Advisory Council) организации SEMI имеет определенные представления о данном вопросе и экосистеме микроэлектронной и электронной промышленности будущего (рис. 6). Их конечная цель — создание общей коммуникационной системы во всей цепи поставщиков электроники, чтобы обеспечить более «умное» и рентабельное производство для всех участников. По мнению SEMI, необходимо совместно работать над подготовкой стандарта, предусматривающего обмен данными между приборами, который будет соединять производство компонентов с промышленным сектором услуг по изготовлению электроники.

Представления SEMI о будущем «умном» интегрированном производстве электроник

Рис. 6. Представления SEMI о будущем «умном» интегрированном производстве электроники

 

SEMI GEM: более эффективное решение?

Для того чтобы быстрее достичь поставленных целей, SEMI работает над расширением уже применяемых стандартов для обмена данными между оборудованием, которое используется при производстве полупроводников, и оборудованием для монтажа печатных плат PCBBA (Printed Circuit Board Assembly). Таким образом, лайт-версия SEMI GEM (Generic Model for Communication and Control of Manufacturing Equipment — общая модель коммуникации и контроля производственного оборудования) может стать быстрым и эффективным решением. Изначально модель GEM была создана для того, чтобы обеспечить соответствие специфическим требованиям различных областей в электронной промышленности и сэкономить инженерные ресурсы.

Ден Гамота (Dan Gamota), представитель компании Jabil Circuit, высказал свое мнение по этому поводу. «Границы между процессами EMS, OSAT (outsourced semiconductor assembly and test — контрактного корпусирования и теста полупроводниковых компонентов) и Foundry (chip manufacturing — фабрики производства микрочипов) стираются, так как компании EMS все больше увеличивают объемы продукции за счет изготовления микрочипов и МЭМС-компонентов и оптоэлектроники. Для этого процесса необходимо применение монтажного оборудования, типичного для производства интегральных схем, что в свою очередь означает потребность в более точном монтаже компонентов, более высоком уровне чистоты и двустороннем обмене данными между приборами и производственными системами. К тому же заказчики хотят оптимизировать дигитализацию процессов, которая соединяла бы этапы производства конечного продукта, начиная с дизайна и заканчивая его изготовлением [5]. Поскольку технологии очень быстро развиваются, на это потребовалось бы очень много времени и инвестиций, если начинать с самого начала. Поэтому лучше всего начать с чего-то уже существующего, что уже продемонстрировало свою способность к дальнейшему развитию, — например, с легкой версии SEMI GEM», — считает Гамота.

SEMI GEM — это стандарт обмена данными между оборудованием, который изначально был разработан SEMI для полупроводниковой промышленности и чье применение в модифицированной форме для производства печатных плат тестируется на данный момент (рис. 7) [6]. SEMI работает над тем, чтобы собрать заинтересованные компании вместе для поиска общего решения. Предстоящий круглый стол с участием организаций, объединяющих производителей из Японии, Южной Кореи и Тайваня, должен стать началом формирования консенсуса. Подобное решение необходимо и для EMS-промышленности. Если удастся найти приемлемый вариант, это могло бы быть использовано практически на всех этапах производства электроники, что, в свою очередь, составило бы конкуренцию работе ассоциации IPC.

Применение SEMI GEM в электронной промышленности

Рис. 7. Применение SEMI GEM в электронной промышленности

SEMI придерживается мнения, что конечному заказчику необходима прозрачность в вопросах времени поставки, чтобы понимать, где на данный момент находятся компоненты и печатные платы, поэтому SEMI выступает за глобальное использование GEM. «Объединение SEMI и входящие в него компании концентрируются сегодня на улучшении коммуникации во всей области электроники», — поясняет Том Салмон (Tom Salmon), представитель организации SEMI VP Collaborative Platforms, который отвечает за решение данной задачи. Тем самым обозначено начало соревнования между IPC и SEMI, в котором еще непонятно, кто победит. При этом один из соревнующихся подходит к решению проблемы «слева», а другой — «справа», если представить всю цепочку процесса изготовления электроники. Преимущество SEMI заключается в глобальном подходе. Консультационный отдел SEMI видит в любом случае будущее за глобальным решением для всех этапов производства, особенно учитывая тот факт, что у SEMI уже есть опыт применения GEM.

 

OML, CFX или SEMI GEM: сосуществование или конкуренция?

Уже в 2016 году ряд известных компаний объявил IPC Комитету 2-17 о своей готовности предоставить для разработки CFX имеющийся у них опыт по сбору данных и работе с контрольными интерфейсами, чтобы по возможности создать CFX в такое же короткое время, как и IPC-1782.

При этом необходимо было установить, может ли полученная информация о форматах, передаче данных и установке использоваться в качестве отправной точки для создания основ обработки данных (Baseline Foundation), чтобы ускорить разработку IPC-стандартов. Среди компаний, объявивших о своей готовности к сотрудничеству, были Flextronics и Mentor Graphics, то есть Valor. О желании присоединиться к сообществу заявил и Siemens. Объявление о своей готовности совместно работать над CFX, которое сделал Mentor Graphics, выпало как раз на период его вхождения в концерн.

В свою очередь Mentor Graphics сообщил в феврале 2016 года о создании инициативы открытого языка производства (OML — Open-Manufacturing-Language) [7, 8]. Ее создание разработчиком программного обеспечения САПР (EDA — Electronic Design Automation) было реакцией на запрос производителей электроники о разработке и предоставлении многообещающего и удобного решения для монтажа с учетом специфики данной области (Internet-of-Manufacturing). Очевидно, что за созданием инициативы стоит и интерес компании. На выставке IPC APEX Expo-2016 эта инициатива совместно с надежным решением мгновенного (Plug-and-Play) сбора данных для изготовления электроники были впервые представлены общественности (рис. 8).

Интеграция OML в  производство

Рис. 8. Интеграция OML в производство

Весной 2017-го, спустя год после создания OML-инициативы компанией Mentor, она насчитывала уже тысячу участников. В Германии, например, компания Phoenix Contact была одной из первых, кто объявил об использовании и соединении OML и IoT. Фраунгоферский институт надежности и микроинтеграции на одном из своих стендов, который назывался Future Packaging, в мае 2017 года во время выставки SMT Hybrid Packaging совместно с компанией Mentor Graphics впервые продемонстрировал использование OML и IoT в единой линии производства электронных модулей с поверхностным монтажом.

Имея не только «частный», но и деловой интерес, компания Mentor Graphics занимает одну из ведущих позиций в рабочей группе CFI Task Group, которая интенсивно занимается разработкой и внедрением CFI. Однако возникает вопрос: как совместить работу над поиском «частного» решения и решения для ассоциации? У компании Mentor есть определенные представления о связи между OML и CFX. Например, так же как в модели сосуществования ODB++ и IPC-2581 для передачи данных от дизайна к изготовлению электронных модулей, у компаний в процессе обмена данными на производстве тоже должен быть выбор между различными решениями, например между CFI и OML.

Ко времени проведения IPC APEX Expo-2017 среди участников рабочей группы CFI можно было наблюдать некоторые разногласия. Как и в SEMI, значительная часть участников IPC выступала за то, чтобы использовать уже существующие технологии, в то время как другие члены ассоциации предлагали обратиться к новым современным технологиям обмена данными. Тем не менее у OML и CFX есть заметное сходство в том, что обе инициативы должны стать современным коммуникационным IoT-механизмом, который охватывает широкий спектр как основных терминов, так и определений содержания, специфичных для различных процессов.

Михаель Форд, тогда еще представитель компании Mentor Graphics и один из разработчиков OML, прокомментировал работу OML и CFX: «Большое количество других организаций, занимающихся стандартизацией, разрабатывают собственные IoT-директивы и спецификации, которые должны закрыть имеющиеся на данный момент пробелы в промышленности. Однако они не способны соответствовать специальным требованиям производства электронных модулей, CEM и OEM. Только OML и CFX изначально настолько инновативны, что могут справиться со сложными требованиями будущего, и настолько гибки, что могут успешно соответствовать новым, автоматизированным технологиям производства будущего». Необходимо отметить, что в своем комментарии Михаель Форд не упомянул о работе SEMI в этом направлении.

 

Mentor как часть концерна Siemens

Поскольку Mentor и Valor теперь принадлежат Siemens, а Siemens в свою очередь видит себя в качестве одного из ведущих концернов, участвующих в автоматизации производства, возникает вопрос, как к этому относится американская электронная промышленность и правительство Трампа. Вероятно, не очень желательно, чтобы на столь важную тему будущего, как «Интернет вещей» и «умное» производство, оказывал бы влияние фактически один немецкий концерн, который принимал бы решения в вопросах СFX, являясь монополистом по работе с IoT-данными. В связи с этим ассоциация IPC должна чувствовать ответственность за происходящее и найти свое решение совместно с американской электронной промышленностью, независимое от OML или по крайней мере эффективно с ним сосуществующее. Siemens уже применяет OML в своих процессах по автоматизации, и наряду с пакетом инструментов это было одной из главных причин, сыгравших роль в принятии решения о покупке Mentor Graphics и его дочерних компаний. Что ж, остается с интересом наблюдать, какие же из решений по стандартизации данных в электронной промышленности в рамках IoT и IIoT, в конце концов, победят на международном рынке и в какой констелляции.

Статья была опубликованна в журнале «Технологии в Электронной Промышленности» №8’18.

Литература
  1. ipc2581.com/index.php/technical/www.ipc2581.com/index.php/technical-support
  2. shop.ipc.org/IPC-2581B-WAM1-English-P
  3. ipc.org/4.0_Knowledge/4.1_Standards/revstat1.htm
  4. ipc.org/TOC/IPC-1782.pdf
  5. semi.org/en/collaborating-move-smart-manufacturing-forward-0
  6. cimetrix.com/gem300
  7. Пошманн Х. Открытый стандарт для промышленного Интернета на производстве электроники и необходимые для этого элементы электронных устройств // Plus. 2016. No. 6.
  8. omlcommunity.com/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *