Automatyzacja produkcji dla klienta z branży półprzewodników

SYSTEMA jest dostawcą usług w zakresie rozwiązań IT i wspiera producentów półprzewodników w optymalizacji procesu cyfryzacji niezbędnego do zaspokojenia potrzeb całego łańcucha dostaw półprzewodników – od produkcji płytek półprzewodnikowych po montaż i testowanie.  Obejmuje to głównie integrację systemów produkcyjnych, doradztwo i tworzenie dedykowanych rozwiązań automatyzacyjnych.

Jednym z dużych działów firmy jest rozwój oprogramowania do zarządzania produkcją półprzewodników, Manufacturing Executing System (MES). Klientem Systema w tym dziale jest firma z Monachium, która produkuje układy scalone dla filtrów 4G i 5G dla amerykańskiego producenta procesorów.

Klient potrzebował wykwalifikowanych specjalistów do pomocy przy projektach automatyzacji produkcji dla klienta z branży półprzewodników. Aby to osiągnąć, potrzebował wysokiej klasy programistów Java, którzy mieli doświadczenie ze starszym kodem i mogliby pomóc w przejściu na nowsze technologie. Firma Systema zdecydowała się zlecić prace projektowe programistom VM, ponieważ potrzebowała wysokiej klasy inżynierów, którzy będą dopasowani do atmosfery i i kultury korporacyjnej Systema oraz płynnie mówią po niemiecku. Ponadto takie rozwiązanie zapewnia niezbędną elastyczność, gdy projekt na różnych etapach wymaga zmiennej liczby programistów.

Głównym celem współpracy jest rozszerzenie systemu MES naszego klienta w celu dostosowania go do wymagań nowoczesnej półprodukcji. Standardy systemu zapewniają warstwę automatyzacji do interakcji z MES i automatyzacji przepływów pracy m.in obsługi materiałów i sprzętu. Zwiększa to produktywność poprzez zmniejszenie ilości odpadów i skrócenie czasów cykli produkcyjnych.

Celem projektu jest między innymi zapewnienie stabilnej bazy, która umożliwiłaby automatyzację coraz większej liczby zakładów produkcyjnych, osiągnięcie pełnej integracji i położenie podwalin pod „inteligentną fabrykę”.

Systema zdecydowała się na współpracę z inżynierami VM, aby uzyskać wsparcie podczas całego procesu tworzenia oprogramowania, od architektury, przez rozwój, aż po testowanie.  Jednym z pierwszych głównych etapów projektu było osiągnięcie stabilnego procesu rozwoju oprogramowania ze stabilnym i wydajnym zespołem ekspertów wewnętrznych i zewnętrznych.

W tym celu oparliśmy się na rzeczywistym kontakcie między programistami a klientem, którzy przeszli klasyczny proces onboardingu w siedzibie klienta, pracując regularnie w trybie hybrydowym. Taka forma współpracy, częściowo zdalna, a częściowo w siedzibie klienta, była możliwa dzięki doskonałej i regularnej wymianie informacji, oraz także dzięki wysokiemu poziomowi doświadczenia i dyscypliny programistów VM, którzy bardzo dobrze pracują w ten sposób. Umożliwiło to dobrą komunikację w celu opracowania planów, weryfikacji oczekiwań czy otrzymywania regularnych informacji zwrotnych na temat jakości naszej pracy. Nasza współpraca była podzielona na kilka etapów, od doradztwa po rozwój i testowanie u klienta.

Rola konsultingowa

• Opisanie wymagań — opracowanie koncepcji systemu informatycznego do zarządzania zautomatyzowaną produkcją układów scalonych  

Sprowadziliśmy analityka biznesowego, aby pomógł klientowi w tym procesie. Wraz z zespołem klienta opracował koncepcję biznesową i stworzył Projekt Rozwiązania – opis wymagań funkcjonalnych, w tym opis struktury bazy danych i niezbędnych komponentów (tych dołączonych i nowo zaprogramowanych).  Zapis wyników analizy projektowanego rozwiązania został wykonany z wykorzystaniem notacji BPMN i UML w modelowaniu procesów biznesowych i struktur danych. Cała dokumentacja koncepcji została wygenerowana w narzędziu Enterprise Architect (EA), z którego korzystają programiści i na jego podstawie realizują zadania.

• Opracowanie zwinnego systemu zarządzania 

Aby usprawnić proces, dodaliśmy do zespołu Scrum Mastera, który zajmuje się zaplanowaną realizacją zadań. Chociaż nie używamy tutaj pełnego Scrum’a, ale cały okres rozwoju jest podzielony na miesięczne sprinty. Istnieje również wiele „daylies”, codziennych spotkań architektów systemu, programistów i kierowników projektów w sposób przypominający scrum-of-scrum. Zadania są uruchamiane w systemie Azure DevOps. VM jest liderem wykorzystania tego typu metodologii u klienta, dzięki czemu realizacja zadań odbywa się zgodnie z harmonogramem, a każdego dnia wiadomo, co zostało ukończone.

Rozwój — tworzenie oprogramowania do zarządzania i automatyzacji procesu produkcji

Zakres prac jest rozłożony na kilka etapów tworzenia oprogramowania, począwszy od omówienia wymagań z klientem, dostarczenia architektury oprogramowania, opracowania kodu źródłowego i testowania produktu. Nasza praca podzielona jest na trzy działy biznesowe.

Projekt nr 1 – Dedykowane interfejsy SAP MES, dostosowanie struktur baz danych i konsulting

• SAP PM-MES 

Systema rozszerza istniejący system SAP PM-MES o branżę produkcyjną. Specjaliści z Systema i VM dostarczają niestandardowe rozszerzenia na potrzeby klienta docelowego, aby w pełni pokryć jego potrzeby jego systemu.

Wyzwanie 

SAP jest standardem, który nigdy nie zapewni interfejsu integracyjnego dla niestandardowych rozwiązań niektórych producentów. Dlatego klienci potrzebowali ekspertów od unikalnych, dostosowanych do ich potrzeb rozwiązań, którzy mogliby tworzyć niestandardowe rozszerzenia w istniejących środowiskach.

Przebieg  

Deweloperzy VM są odpowiedzialni za niestandardowy rozwój w jednym komponencie systemu SAP dla systemów klienta. Wynika to z faktu, że produkcja w branży półprzewodników jest wysoce wyspecjalizowana. W tym przypadku klient korzysta z systemu SAP ERP (powszechnie używanego przez wiele dużych firm produkcyjnych), który posiada moduł addon SAP PM, zintegrowany z niestandardowym systemem MES. SAP PM (Plant Maintenance) obsługuje cykle konserwacji sprzętu produkcyjnego, zapewniając liczniki/czasy konserwacji, zlecenia konserwacji, zarządzanie umiejętnościami techników itp. Zadaniem programistów jest pisanie dedykowanych interfejsów SAP, dostosowywanie struktur baz danych i doradztwo techniczne w zakresie kodu zgodnie z bieżącymi potrzebami klienta.

• SAP ME/MII  

Jest to kolejny projekt w naszym dziale SAP, w którym nasi programiści pracują w tym obszarze wraz z wieloma zespołami nad różnymi programami, wykorzystując swoją wiedzę i bogate doświadczenie.

Wyzwanie 

Różnorodność procesów produkcyjnych wymaga niestandardowej automatyzacji procesów produkcyjnych i dostosowania standardowych funkcji SAP, takich jak automatyczny montaż komponentów w systemie, zbieranie pracy, routowanie i reagowanie na kody niezgodności produkcyjnych. Różne typy produkcji wymagają różnych integracji sprzętu, różnych danych w komunikacji między innymi systemami SAP, takimi jak SAP EMW, a nawet systemami innych firm przy użyciu standardowych usług IDOC/RFC lub usług internetowych. Jednym z głównych celów często jest również tworzenie wysoce spersonalizowanych POD (Production Operator Dashboards) lub raportów do analizy KPI na wysokim poziomie.

Przebieg  

W tym projekcie używamy JavaScript (SAP UI5) dla front-endu, Java SDK dla back-endu, a trzecia część jest tworzona przez MAI, oprogramowanie blockchain (przerzucamy gotowe funkcje i dostosowujemy je, łącząc je w algorytmy).

Projekt SAP MES (Manufacturing Execution Suite) obejmuje następujące obiekty:

• SAP ME (Manufacturing Execution) 

– Zarządzanie i kontrola wszystkich procesów na hali produkcyjnej w oparciu o specyfikacje zarządzania przedsiębiorstwem ERP.

– ME rejestruje wszystkie informacje o wytwarzanym produkcie podczas procesu produkcyjnego, więc można powiedzieć, że jest podstawą cyfrowego bliźniaka.

• SAP MII (Manufacturing Integration and Intelligence)   

– Techniczna warstwa bazowa systemu MES.

– Integracja z różnymi systemami

– Łatwość wdrażania nowych funkcjonalności

• SAP MEINT (Manufacturing Execution ERP Integration)  

– Ułatwia komunikację między SAP ERP I SAP ME poprzez wykorzystanie np. XSLT

– Metody komunikacji:

SAP ERO->SAP ME: Idoc->XML

SAP ME->SAP ERP: XML->BAPI / RFC-Call

• SAP PCo (Plant Connectivity) 

– PCo umożliwia komunikację przy użyciu języka zrozumiałego dla maszyn i ich systemów sterowania (PLC).

– Sterowanie maszynami poprzez dostarczanie i wykonywanie działań

– Żądania bieżących danych z maszyny

Rezultat 

Systema współpracuje z programistami maszyn wirtualnych, wykorzystując ich wiedzę i bogate doświadczenie. W zależności od wymagań projektu, dobierani są odpowiedni specjaliści.

Projekt nr 2 – Integracja maszyn z krajobrazem automatyzacji

Kolejnym projektem jest integracja maszyn, w ramach której kilku programistów opracowuje warstwę automatyzacji, która kontroluje przepływ procesu w maszynie i łączy ją bezpośrednio z MES oraz interfejsem komunikacyjnym maszyna-zewnętrzny-system. Obejmuje to integrację maszyn z krajobrazem automatyzacji, składającym się z dwóch modułów: EQC i EQS. Oprogramowanie automatyzuje kroki, które maszyna zwykle musi wykonać w celu przetwarzania. Funkcjonalności są budowane wyłącznie na zapleczu, mapując zdarzenia i polecenia maszyny na kroki w warstwie automatyzacji. Są to aplikacje Java zbudowane zgodnie z Systema Client Server Framework (CSFW), a programiści VM stosują je do konkretnych urządzeń produkcyjnych.

Wyzwanie  

Maszyny nie są standaryzowane. Są bardzo zróżnicowane, wykonują zupełnie inne procesy i są specjalnie dostosowane pod określone potrzeby. To już jedno z wyzwań: maszyny są różne, procesy są inne i aby zapewnić rozsądne rozwiązania automatyzacji, trzeba zrozumieć wiele procesów i zdobyć wiedzę wykraczającą poza rozwój oprogramowania, aby spełnić niezbędne wymagania.

Przebieg  

Zespół VM współpracuje z zespołem klienta końcowego. Proces składa się z klasycznych faz SDLC dla każdego elementu: Analiza, Projekt, Implementacja, Testowanie. Końcowy test akceptacyjny odbywa się na rzeczywistym sprzęcie w fabryce. Zwykle wykonują go inżynierowie procesu z pomocą programistów.

Funkcjonalności 

Oprogramowanie działa w sposób, który automatyzuje kroki, które maszyna zwykle musi wykonać w celu przetworzenia. Dzięki temu ręczna obsługa maszyny nie jest już potrzebna operatorowi; wszystko, co operator musi zrobić, to uruchomić proces z odpowiednimi parametrami. Funkcjonalności są budowane wyłącznie w warstwie back-end.

Cechy projektu:   

• Zachowanie standardów branżowych
• Komunikacja przez magistralę fabryczną, transfer danych w czasie rzeczywistym

Rezultat projektu  

Integracja maszyn przyspiesza pracę operatorów. Ponadto otrzymujemy kilkaset danych pomiarowych dla każdego wafla utworzonych w formacie Space, MC300 lub EADOS.

Projekt nr 3 – Oprogramowanie do automatyzacji zarządzania półprzewodnikami i produkcją

W tym projekcie nasi programiści tworzą produkty dla klientów naszego klienta w zakresie oprogramowania do zarządzania półprzewodnikami i produkcją. Zakres projektu obejmuje różne zadania związane z automatyzacją ścieżki produkcyjnej, takie jak między innymi łączenie systemów, łączenie oprogramowania maszyn i historyzacja danych do celów audytu. Rozwiązanie oparte jest na architekturze mikrousług. Częścią rozwiązania są również dwa webowe interfejsy użytkownika – jeden konfiguruje proces produkcyjny, a drugi nadzoruje jego przebieg.

Wyzwanie  

Głównym wyzwaniem projektu jest duża ilość danych, które muszą zostać przetworzone i poprawnie zaprezentowane. Efektywna obsługa kolosalnych ilości danych między wieloma komponentami jest wyzwaniem. Dlatego też przyjęliśmy ogólną architekturę mikrousług z Tibco MOM. Ponadto rozszerzamy istniejący system podstawowy. Oczywiście, wprowadzamy zasadniczo nowe aspekty dla naszych klientów, ale mimo to opierają się one na istniejących fundamentach.

Przebieg 

Projekt trwa już czwarty rok i nadal jest kontynuowany. Ogólnie rzecz biorąc, jest to rozwiązanie rozproszone; programiści maszyn wirtualnych tworzą określone etapy oprogramowania. Celem jest napisanie oprogramowania zgodnego ze standardami. Aby to osiągnąć, zbieramy wymagania w celu zdefiniowania interfejsu, takiego jak sposób poruszania się między określonymi aplikacjami.

Cechy  

Wdrożenia obejmują:

•  System zarządzania danymi podstawowymi do konfigurowania danych podstawowych systemu, a tym samym jego formy „cyfrowego bliźniaka” fabryki,
•  Silnik wykonawczy do realizacji scenariuszy rozszerzonej automatyzacji produkcji podczas przetwarzania towarów.
•  Podstawowe ramy dla integracji systemów i komunikacji

 Rezultaty 

Oprogramowanie jest nadal rozwijane; rozwijamy różne części automatyzacji procesów.

W ramach bieżącego, złożonego projektu, szybko wdrożyliśmy się w proces rozwoju i pomogliśmy rozwinąć system klienta w krótszym czasie. Obecnie wraz z zespołem Klienta współpracujemy z firmami światowej klasy.

W projekt zaangażowaliśmy ponad 20 inżynierów z dużym doświadczeniem i wysokimi kompetencjami. Mieliśmy swój udział w opracowaniu koncepcji całego rozwiązania informatycznego oraz uczestniczyliśmy w jego implementacji i wdrożeniu rozwiązania pilotażowego. Obecnie kontynuujemy prace rozwojowe i jesteśmy częścią zespołu klienta, który może szkolić nowych pracowników zaangażowanych w projekt.