Az ASML litográfiai rendszerek szállítója Plant Simulation használatával optimalizálja a gyártási forgatókönyveket

„A piaci vezető szerep megtartása verejtékes munka. Kötelező az innováció és a költséghatékonyság. A Plant Simulation a mérnöki döntéshozás támogatásában kulcsfontosságú szerepet játszik. Többféle termelési forgatókönyvet tesztelünk virtuálisan mielőtt ténylegesen élesben elindítjuk a gyártást” – Andreas Schoenwaldt, Industrial Specification Management Team Manager, ASML

Az innovatív fogyasztási és ipari elektronikai termékek a legkorszerűbb mikrochipet igénylik

A hollandiai székhelyű ASML a világ vezető litográfiai rendszerek gyártójaként számos félvezető ipar számára. Komplex megoldásaik kulcsfontosságúak a mikrochip és integrált áramkör gyártásban. Az ASML fejlett rendszerei segítik a chipgyártókat a chip méretének csökkentésében és hatékonyságának növelésében ezáltal pedig hatékonyabb ipari és fogyasztói elektronikai rendszerek megalkotását.

A digitális forradalmat a félvezető ipar, közvetlenül pedig a litográfia „robbantotta ki”. Ennek hatására a szilicon felületekre kisebb funkciókat képeztek le, majd Moor törvénye alapján szépen lassan megduplázódott a microchipen található tranzisztorok száma. A litográfiának köszönhetően az folyamatosan zsugorodó microchippek olcsóbb és energiahatékonyabb elektronikát és szolgáltatásokat tettek lehetővé. Ezzel pedig fejlődött a mobilitás, csatlakoztathatóság, a biztonság és a digitális szórakoztatás. Mivel a félvezető iparra jellemző a ciklikus kereslet, az ASML-nek is folyamatosan ehhez kell igazítani a termelési kapacitását, hogy megfeleljen a piaci követelményeknek. Ez a kifinomult folyamat tartalmazza a kereslet előrejelzést, részletes tervek készítését és egy nagy és összetett ellátási lánchoz való igazodást és mindezen felül magába foglalja a Tecnomatix portfólió Plant Simulation megoldását is.

A terméktervezés és gyártás összekapcsolása

„A vállalat ipari mérnökség csapata kezdte el a Plant Simulation használatát. Ez a csapat a Fejlesztési és Mérnökség, illetve a Gyártás és Logisztika részlegek között működik. A gyártás Plant Simulationben történő szimulációja segít ezeknek a részlegeknek az összekötésében. Számos döntést kell hoznunk az új gyártó létesítmények létesítéséről vagy a már meglévők fejlesztéséről. A Plant Simulation a különböző gyártási forgatókönyvek lemodellezésével segít ezeknek a döntéseknek a meghozatalában. A gépeknek magas követelményeknek kell megfelelniük; apró feature-ket kell nyomtatnak szilikon lapkákra, sokszor 30-40 réteget egymásra és mindezt még nagyon gyorsan. A pontosságot nanométeres tartományban mérjük. Az innovációra való folytonos törekvés a ASML vállalati kultúra részeként segít az ilyen jellegű kihívásoknak megfelelni. Szükségünk volt egy diszkrét esemény szimulációs szoftvereszközre, amely segítségével leképezhető és optimalizálható a termelésünk.” – mondja Andreas Schoenwaldt, Industrial Specification Management team manager

Átfutási idők csökkentése Plant Simulation modell segítségével

A gyártási folyamat legidőigényesebb része a gépek tesztelése. Még az összeszerelésnél is szignifikánsan több időt kíván meg ez a fázis. A vállalatnál állandó törekvés az átfutási idők csökkentése, a termelési kapacitás növelése és a költségcsökkentés, hogy ezzel is erősítsék beszállítói pozíciójukat. A kihívások áttanulmányozása és az adatelemzést követően fény derült arra, hogy késések egyik oka a szilikon lapkák későn történő szállítása.

„A szilikon lapkák a vállalat laborjában készülnek géptesztelési célokból. Öt hónapra visszamenőleg megvizsgáltuk a teszt labor által indított lapka rendeléseket és kiszállítási időket. Ezután lemodelleztük a folyamatot Plant Simulationben és az modell az előzetes számításokkal megegyező, meglepően pontos eredményt mutatott. Miután a modell pontosan reprezentálta a valóságot, megvizsgáltuk az ipari mérnökséget is. Világossá vált, hogy plusz egy fő emberi erőforrás fejlesztené a laboratórium hatékonyságát. A tényleges termelés szimulációjával egyértelműen bebizonyosodott, hogy sokkal inkább a laboratóriumi dolgozók létszámnövelésének van pénzügyi előnye, nem pedig egy új sor beüzemelésének. Annak bizonyítására, hogy ez az eredmény nem triviális, egy másik szimulációval kimutattuk, hogy egy további alkalmazott hozzáadása viszont már nem volt költséghatékony. Valójában ez volt az a projekt, ahol Plant Simulation segítségével kísérleteztünk és lenyűgözött bennünk amikor rájöttünk, hogy a Plant Simulationnel olyan modellt építhetünk fel, amely pontosan leképezi a valós gyártósor teljesítményét.” – jegyzi meg Joris Bonsel, ipari mérnök

Újgenerációs litográfiai rendszerek

ASML által kifejlesztett újgenerációs litográfiai rendszer extrém ultraibolya sugarat használ és további lehetőséget biztosít a chipgyártók számára a chipen lévő feature méretének csökkentésére. Az első, volumengyártásra szánt, NXE: 3300B nevű rendszer gyártását meg kellett terveznie a mérnök csapatoknak. Maurice Schrooten, ipari mérnök szerint „A kérdés az volt, hogy melyik erőforrást használják a gyártás során. Alapvető szempont volt a költséghatékonyság, így Plant Simulationt használtunk a három különféle alternatíva hatásainak elemzésére a helyfelhasználás, áteresztőképesség és labor és hardver beruházás szempontjából. A három alternatíva a következő volt: 1) a meglévő gyártósor duplikálása; 2) a gyártás egy részének kiszervezése és 3) új gyártósor módszer, amely három különböző munkaterületre osztja az összeszerelési munkát. Az elemzések kimutatták, hogy a meglévő gyártósor klónozása nagy beruházás lenne géppark szempontjából, így ezt elvetettük. A másik két opció közül a kevesebb rizikóval járó megoldást választottuk. A Plant Simulation egy olyan optimalizált gyártósor konfigurációt adott, amely támogatja a szükséges teljesítményt és csökkenti a beruházások mennyiségét.

Nagyobb teljesítmény a szimuláció használatával

Amikor a mérnökök egy új dizájn gyártási kapacitásának növelését tervezték szükségük volt olyan információkra, mint például mekkora eszközparkra van szükség ehhez, illetve hogyan maximalizálható az eszközkihasználtság. A csoport Plant Simulation használatával összehasonlította két azonos feladatokat ellátó párhuzamos munkaállomás kapacitását két, fele annyi feladatot kiszolgáló soros munkaállomás teljesítményével. A szimulációs eredmények kimutatták, hogy két azonos munkaállomás párhuzamos használata a megfelelő prioritási szabályokkal kombinálva az optimális megoldás.

A Plant Simulation a döntéstámogató rendszer részévé vált

„A Plant Simulation egyik erőssége abban rejlik, hogy a létrehozott bizonyos logikával rendelkező objektumok könyvtárak további modellek esetén is felhasználhatók. Létrehoztuk például egy genetikus algoritmus (GA) optimalizálási objektumot az objektumkönyvtárba. A gyártási folyamat szimulálásakor több korlátozást is meghatározunk a gyártási lépések között, például elsőbbségi korlátozást, amely meghatározza, hogy melyik lépést kell először elvégezni egy másik lépés előtt; időkorlátot, amely meghatározza a várakozási időt, amelyre néha szükség van a gyártási lépések végrehajtása után; és olyan egyéb korlátozásokat, mint például két olyan lépés, amelyet nem végezhető el egyszerre, mivel a gép ugyanazon fizikai területén hajtják végre. A Genetikus Algoritmus segítségével a Plant Simulation képes olyan szekvenciát javasolni, amely figyelembe veszi a korlátozásokat és emellett hozzá rendeli az egyes folyamat lépéseket a megfelelő emberhez a termelésben.” – jegyzi meg Maurice Schrooten

A piaci vezető szerep megtartása nehéz feladat. Innováció és költséghatékonyság nélkül lehetetlen. „A jövőben a döntéstámogató folyamat részeként fogjuk a Plant Simulationt használni. A szoftverrel elvégzett többféle termelési forgatókönyv virtuális szimulációja után fogjuk csak a tényleges termelést elindítani.” – Andreas Schoenwaldt, Industrial Specification Management team manager

Forrás: https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/our-story/customers/asml/15447/