Automatisation de la fabrication pour un client du secteur des semi-conducteurs

SYSTEMA est un fournisseur de services pour les solutions informatiques et il aide les fabricants de semi-conducteurs à optimiser le processus de numérisation nécessaire pour répondre aux besoins de l’ensemble de la chaine de valeur des semi-conducteurs – de la production de plaquettes de silicium à l’assemblage et au test. Cette activité comprend principalement l’intégration de systèmes de fabrication, le conseil et la mise en place de solutions d’automatisation dédiées.

L’une des grandes divisions de l’entreprise développe des logiciels de gestion de la fabrication de semi-conducteurs, le Manufacturing Executing System (MES). Le client de Systema dans cette division est une entreprise munichoise qui produit des circuits intégrés pour les filtres 4G et 5G pour un fabricant américain de processeurs.

Le client avait besoin de spécialistes qualifiés pour l’assister dans ses projets d’automatisation de la fabrication pour un client de l’industrie des semi-conducteurs. Pour ce faire, il avait besoin de développeurs Java haut de gamme qui avaient de l’expérience avec les codes hérités et qui pouvaient aider à la transition vers des technologies plus récentes. Systema a décidé de confier le travail sur les projets à des développeurs VM, car elle avait besoin d’ingénieurs haut de gamme qui s’intégraient bien à l’esprit et à la culture de l’entreprise et qui, de plus, parlaient allemand. En outre, cette solution offre la flexibilité nécessaire lorsqu’un projet à différents stades nécessite un nombre variable de programmeurs.

L’objectif principal est d’étendre le système MES de notre client pour l’adapter aux exigences modernes de la semi-industrie, et les normes d’automatisation fournissent une couche d’automatisation pour interagir avec le MES et automatiser les flux de travail de l’équipement pour la manipulation du matériel et de l’ensemble. Cela augmentera la productivité en réduisant les déchets et les temps de cycle.

L’objectif du projet est, entre autres, de fournir une base stable qui permettrait l’automatisation d’un nombre croissant d’installations de production, en réalisant une intégration complète et en jetant les bases d’une « usine intelligente ».

Systema a décidé de travailler avec les ingénieurs VM pour obtenir un soutien tout au long du processus de développement logiciel, de l’architecture au développement en allant jusqu’aux tests. L’une des premières étapes importantes du projet consistait à mettre en place un processus de développement logiciel stable avec une équipe stable et efficace d’experts internes et externes.

Pour ce faire, nous nous sommes appuyés sur un contact réel entre les développeurs et le client, qui ont suivi un processus classique d’onboarding chez ce dernier, en travaillant régulièrement en mode hybride. Cette forme de collaboration, en partie à distance et en partie chez le client, a été rendue possible par une excellente adéquation pour l’échange régulier d’informations, mais aussi par le haut niveau d’expérience et de discipline des développeurs VM, qui travaillent très bien dans ce mode. Cette collaboration a permis une bonne communication pour élaborer des plans, vérifier les attentes ou recevoir un retour d’information régulier sur la qualité de notre travail. Notre coopération s’est déroulée en plusieurs étapes, du conseil au développement et par les tests sur le site du client.

Rôle de consultant

• Description des besoins – développement d’un concept de système d’information pour la gestion de la production automatisée de circuits intégrés

Nous avons fait appel à un analyste commercial pour aider le client dans ce processus. En collaboration avec l’équipe du client, il a développé le concept commercial et créé la conception de la solution – une description des exigences fonctionnelles, y compris une description de la structure de la base de données et des composants nécessaires (ceux qui sont inclus et ceux qui sont nouvellement programmés). Les résultats de l’analyse de la solution conçue ont été consignés en utilisant les notations BPMN et UML pour modéliser les processus opérationnels et les structures de données. Toute la documentation du concept a été générée dans l’outil Enterprise Architect (EA), qui est utilisé par les développeurs et sur la base duquel ils effectuent des tâches.

• Développer un système de gestion agile 

Pour rationaliser le processus, nous avons ajouté un Scrum Master à l’équipe qui s’occupe de l’exécution programmée des tâches. Bien que nous n’utilisions pas ici la méthode Scrum dans son intégralité, l’ensemble de la période de développement est divisé en sprints mensuels. Il y a également plusieurs « daylies », des réunions quotidiennes d’architectes système, de développeurs et de chefs de projet à la manière d’un Scrum. Les tâches sont exécutées dans le système Azure DevOps. VM a été le fer de lance de l’utilisation de ce type de méthodologie chez le client, grâce à laquelle l’exécution des tâches se fait sur une base programmée, et chaque jour, on sait ce qui a été réalisé.

Développement – Création de logiciels pour gérer et automatiser le processus de production

La portée du travail est répartie sur plusieurs étapes du développement du logiciel, en commençant par la discussion des exigences avec le client, la fourniture d’une architecture logicielle, le développement du code source et le test du produit.  Notre travail est séparé en trois divisions.

Projet n° 1 – Interfaces SAP MES dédiées, personnalisation des structures de base de données et conseils

• SAP PM-MES

Systema étend le système SAP PM-MES existant à l’industrie manufacturière. Les spécialistes de Systema et de VM y introduisent des solutions standards, en appliquant un modèle spécifique au client et en fournissant des extensions personnalisées pour les besoins du client afin de couvrir entièrement leurs cas d’utilisation.

Défi

SAP est un standard qui ne fournira jamais d’interface d’intégration pour les solutions personnalisées de certains fabricants. C’est pourquoi les clients avaient besoin d’experts pour des solutions sur mesure uniques, capables de construire des extensions personnalisées sur des paysages existants.

Kilométrage 

Les développeurs VM sont responsables du développement personnalisé d’un composant du système SAP pour les systèmes des clients. Cela s’explique par le fait que la fabrication dans l’industrie des semi-conducteurs est hautement spécialisée. Dans ce cas, le client utilise le système SAP ERP (largement utilisé par de nombreuses grandes entreprises manufacturières) qui dispose d’un module complémentaire SAP PM intégré au MES personnalisé. SAP PM (Plant Maintenance) gère les cycles de maintenance des équipements de production en fournissant des compteurs/chronomètres de maintenance, des ordres de maintenance, la gestion des compétences des techniciens, etc. Les programmeurs sont chargés d’écrire des interfaces SAP dédiées, de personnaliser les structures de base de données et de fournir des conseils techniques sur la base du code en fonction des besoins actuels du client.

•  SAP ME/MII 

Il s’agit d’un autre projet de notre département SAP, où nos développeurs travaillent dans ce domaine avec différentes équipes sur différents programmes en mettant à profit leurs connaissances et leur vaste expérience.

Défi

La variété des processus de production nécessite des automatisations personnalisées des processus de production et la personnalisation des fonctions SAP standards telles que l’assemblage automatique des composants dans le système, la collecte de la main-d’œuvre, les routages et la réaction aux codes de non-conformité de production. Les différents types de fabrication nécessitent une intégration différente des équipements, des données différentes dans la communication entre d’autres systèmes SAP tels que SAP EMW ou même des systèmes tiers utilisant des IDOC/RFC standards ou des services Web. L’un des principaux objectifs est souvent la création de POD (tableaux de bord de l’opérateur de production) ou de rapports hautement personnalisés pour l’analyse de haut niveau des indicateurs clés de performance.

Kilométrage 

Dans ce projet, nous utilisons JavaScript (SAP UI5) pour le front-end, Java SDK pour le back-end, et la troisième partie est créée par MAI, un logiciel de blockchain (nous modifions des fonctions prêtes à l’emploi et les personnalisons, en les combinant dans des algorithmes).

Le projet SAP MES (Manufacturing Execution Suite) comprend les objets suivants :

• SAP ME (Manufacturing Execution)

– Gestion ET contrôle de tous les processus de l’atelier de production sur la base des spécifications de gestion d’entreprise ERP.

– Le ME enregistre toutes les informations relatives au produit fabriqué au cours du processus de production ; on peut donc dire qu’il constitue la base du jumeau numérique.

• SAP MII (Manufacturing Integration and Intelligence)  

– Couche technique de base du système MES

– Intégration avec différents systèmes

– Facilité de mise en œuvre de nouvelles fonctionnalités

• SAP MEINT (Manufacturing Execution ERP Integration)  

– Facilite la communication entre SAP ERP et SAP ME grâce à l’utilisation, par exemple, de XSLT.

– Méthodes de communication :

SAP ERO->SAP ME : Idoc->XML

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

• SAP PCo (Plant Connectivity)  

– PCo permet de communiquer en utilisant un langage compris par les machines et leurs systèmes de contrôle (PLC).

– Contrôle des machines en fournissant et en exécutant des actions

– Demande de données actuelles de la machine

Résultat 

Systema travaille avec les développeurs de VM en utilisant leurs connaissances et leur vaste expérience. En fonction des exigences du projet, les spécialistes adéquats sont mis à contribution.

Projet n° 2 – Intégrer les machines dans le paysage de l’automatisation

Le projet suivant est l’intégration des machines, où plusieurs programmeurs développent la couche d’automatisation qui contrôle le flux du processus de la machine et la relie directement au MES et à l’interface de communication machine-système externe. Elle comprend l’intégration des machines dans le paysage de l’automatisation, qui se compose de deux modules : EQC et EQS. Le logiciel automatise les étapes qu’une machine doit généralement effectuer pour le traitement. Les fonctionnalités sont construites exclusivement dans le back-end, mettant en correspondance les évènements et les commandes de la machine avec les étapes de la couche d’automatisation. Il s’agit d’applications Java construites selon le cadre client-serveur de Systema (CSFW), et les développeurs de VM les appliquent à des équipements de fabrication spécifiques.

Défi 

Les machines ne sont pas standardisées. Elles sont très différentes, exécutent des processus profondément différents et sont construites sur mesure. C’est déjà l’un des défis : les machines sont différentes, les processus sont différents et pour fournir des solutions d’automatisation raisonnables, vous devez comprendre beaucoup de choses et acquérir des connaissances au-delà du développement de logiciels pour répondre aux exigences.

Kilométrage 

L’équipe VM collabore avec l’équipe du client. Le processus comprend les phases classiques du SDLC pour chaque élément : Analyse, Conception, Implémentation, Test. Le test d’acceptation final a lieu avec l’équipement réel dans l’usine. Il est généralement réalisé par des ingénieurs de processus avec l’aide de développeurs de logiciels.

Caractéristiques 

Le logiciel fonctionne de manière à automatiser les étapes qu’une machine doit habituellement effectuer pour le traitement. Ainsi, l’opérateur n’a plus besoin de faire fonctionner la machine manuellement ; tout ce qu’il a à faire, c’est de lancer le processus avec les paramètres appropriés. Les fonctionnalités sont construites exclusivement dans la couche dorsale.

Caractéristiques du projet  

• Normes industrielles
• Communication par le biais du bus d’usine, transfert de données en temps réel

Le résultat du projet 

L’intégration de la machine accélère le travail des opérateurs. En outre, nous obtenons plusieurs centaines de données de mesure pour chaque plaquette créée au format Space, MC300 ou EADOS.

Projet n° 3 – Logiciel d’automatisation de la gestion des semi-conducteurs et de la fabrication

Dans ce projet, nos développeurs créent des produits pour les clients de notre client dans les domaines des semi-conducteurs et des logiciels d’automatisation de la gestion de la fabrication. Le projet comprend diverses tâches liées à l’automatisation du processus de production, telles que, mais sans s’y limiter, la connexion des systèmes, la connexion des logiciels de machines et l’historisation des données à des fins d’audit. La solution est basée sur une architecture microservices. Deux interfaces utilisateur basées sur le Web font également partie de la solution – l’une configure le processus de production et l’autre supervise le flux de production.

Défi 

Le principal défi du projet est la grande quantité de données qui doivent être traitées et présentées correctement. Traiter efficacement des quantités colossales de données entre de multiples composants est un défi. C’est pourquoi nous avons adopté l’architecture globale de microservices avec Tibco MOM. De plus, nous étendons le système central existant. Bien sûr, nous apportons des aspects fondamentalement nouveaux pour nos clients, mais nous nous appuyons néanmoins sur les fondations existantes.

Compte rendu 
Le projet en est maintenant à sa quatrième année et se poursuit. En général, il s’agit d’une solution distribuée ; les développeurs de VM construisent des étapes précises du logiciel. L’objectif est d’écrire des logiciels qui répondent aux normes. Pour ce faire, nous rassemblons les exigences pour définir l’interface, comme la manière de passer d’une application à l’autre.

Caractéristiques 

Les mises en œuvre comprennent :

• Un système de gestion des données de référence pour établir les données de référence du système et, par conséquent, sa forme de « jumeau numérique » de la fabrique,
• Un moteur d’exécution pour l’exécution de scénarios d’automatisation de fabrication améliorés pendant le traitement des marchandises
• Cadre sous-jacent pour l’intégration et la communication des systèmes

Résultat 

Le développement du logiciel se poursuit ; nous développons les différentes parties de l’automatisation des processus.

Dans le cadre de ces projets complexes, nous avons été prompts à entrer dans le processus de développement et à aider à développer les systèmes du client dans un délai plus court. Actuellement, avec l’équipe du client, nous travaillons avec des entreprises de classe mondiale.

Pendant le projet, nous avons engagé plus de 20 ingénieurs ayant une grande expérience et de hautes compétences. Nous avons participé à l’élaboration du concept de l’ensemble de la solution informatique et à sa mise en œuvre ainsi qu’à la mise en œuvre de la solution pilote. Nous poursuivons actuellement le travail de développement et faisons partie de l’équipe du client qui peut former les nouveaux employés impliqués dans le projet.