半导体与液晶面板自动化案例集

半导体与液晶面板自动化行业案例集 | 高西自动化

一、行业概述

半导体与液晶面板制造属于高精度、高洁净度、高自动化程度的行业。产线通常要求Class 10~1000级洁净室（Cleanroom）环境，温湿度波动控制在±1℃/±5%RH以内；设备节拍达到秒级，对控制系统响应时间要求<50ms，控制精度要求±0.5%。同时，行业正经历深刻的设备国产化替代进程，从原来完全依赖日美进口设备及控制系统，逐步转向国产PLC、SCADA与自主MES系统的深度集成。数据全追溯（Traceability）、Recipe闭环管理、EAP设备自动化是这一转型的核心技术抓手。

图1 半导体洁净室晶圆搬运（Wafer Handling）设备现场，黄光区环境下的MOTOMAN机器人自动上下料

二、三星Samsung项目案例

2.1 面板/半导体设备PLC控制 + SIMS(MES)系统对接 — 实现进口替代

项目背景

三星面板/半导体产线原有控制系统及MES接口由外资厂商提供，存在维护成本高、响应周期长、备件采购受制于人的问题。客户提出在保证工艺参数不变的前提下，用国产自动化团队完成PLC控制层替换并直接对接三星自有SIMS（Samsung Integrated Manufacturing System）MES系统，实现控制系统的进口替代。

高西自动化解决方案

采用西门子S7-1500 PLC作为主控制器，Profinet总线组网，上位机采用WinCC SCADA。MES对接层通过OPC UA（OPC Unified Architecture）协议与SIMS系统双向通讯，实现工单下发、工艺参数回传、设备状态上报三个核心数据流。控制逻辑完全复现原外资厂商的工艺时序，并在原有基础上优化了异常报警分级机制。

实施效果

系统上线后，设备控制系统实现完全国产化替代，备件采购周期从原12周缩短至2周以内；MES数据对接延迟<500ms，满足三星SIMS系统的实时性要求；年维护成本下降约40%。

客户价值

掌握自主可控的设备控制技术，摆脱对外资厂商的技术依赖，为后续产线扩展奠定国产基础。

图2 西门子S7-1200/1500 PLC控制柜现场（Profinet绿色总线、继电器输出模组）

2.2 老设备PLC修复改造 + SCADA系统完善升级

项目背景

产线上多台运行超过8年的老旧设备，原PLC型号已停产，备件断供，故障停机时间逐年上升。原有的上位监控界面为早期DOS/Windows 98时代开发，无法与现代工厂网络连通，设备数据完全孤岛化。

高西自动化解决方案

逐台进行PLC硬件替换为西门子S7-1200/1500系列，在完整保留原有工艺逻辑和安全联锁的前提下，重新开发WinCC SCADA监控界面，包含设备状态总览、实时趋势曲线、故障报警记录、操作员权限管理四个核心模块。所有设备通过EtherNet/IP接入工厂局域网，实现集中监控。

实施效果

老设备全部复机运行，平均故障修复时间（MTTR）从原来的8小时缩短至2小时以内；SCADA系统实现全产线集中监控，异常报警响应时间从天级缩短至分钟级。

客户价值

以远低于整线更换的成本延长老设备生命周期5~8年，同时完成了设备的数字化联网改造。

图3 WinCC SCADA系统报警记录界面（审计追踪 / Audit Trail，操作日志全记录）

2.3 FMCS厂务监控系统 — 洁净室温湿度、气体流量、电力监控

项目背景

洁净室（Cleanroom）环境参数直接影响面板良率。原厂务系统中温湿度传感器、特殊气体流量计、电力电表各自独立显示，运维人员需要到各楼层现场抄表，无法实现异常预警和历史趋势分析。

高西自动化解决方案

搭建FMCS（Facility Monitoring and Control System / 厂务监控系统），通过PLC采集各洁净室区域的温湿度传感器、气体流量开关、电力监测仪表数据，统一上传至WinCC SCADA上位机。系统配置了三级报警阈值预警（注意、警告、紧急），并保留12个月历史数据趋势曲线，支持异常批次追溯。

实施效果

洁净室温湿度监控覆盖率达到100%，气体泄漏异常从发现到响应缩短至5分钟以内；因环境波动导致的批次良率损失显著下降。

客户价值

洁净室环境从“事后处理”升级为“事前预警”，为面板良率稳定提供厂务级保障。

三、华星TCL CSOT半导体非标设备项目

3.1 非标设备PLC控制 + SCADA开发 + 联网

项目背景

华星TCL CSOT（China Star Optoelectronics Technology）半导体产线有多台非标定制设备，设备精度要求高、运动控制轴数多，且需要联网接入工厂统一的设备管理平台。非标设备每台独立开发导致数据接口不统一，后续MES接入成本居高不下。

高西自动化解决方案

主控制器采用三菱Mitsubishi iQ-R系列PLC，具备多CPU并行处理、纳秒级指令执行速度，适合高速包装与半导体晶圆加工场景。上位SCADA由高西自动化基于自研框架开发，支持EtherNet/IP与Profinet双协议冗余联网。针对精密生产设备，制定了标准化数据采集接口规范：每台设备统一输出OEE计数、Recipe号、报警码、工件计数四类核心数据包，实现“一次开发、多台复用”。

实施效果

非标设备联网率达到100%，后续新增同类型设备的MES接入时间从原来的4周缩短至1周；数据采集接口标准化使工厂端数据治理成本下降约35%。

客户价值

建立了半导体非标设备的数据接口标准，为后续产线规模化复制奠定标准化基础。

图4 SCADA设备布局监控界面（AGV/物料通道状态实时可视化）

四、京东方BOE液晶/晶圆产线项目

4.1 产线设备复机 + 新开发 + 深度系统集成

项目背景

京东方BOE（BOE Technology Group）云南创视界光电有限公司的东京精密（Accretech）划片机、研磨设备、清洗设备（晶圆切割/打磨/清洗设备）数字化升级项目，要求在不停产或极短停机窗口内完成设备复机、新功能开发，并实现与工厂MES系统的深度集成。项目于2023年实施交付。

高西自动化解决方案

技术对接标准严格遵循半导体行业规范：通讯协议采用HSMS/SECS-II，架构层级为MES → EAP（Equipment Automation Program）→ PLC设备三层架构。核心流程为：MES触发工单 → 条码识别校验 → EAP下发Recipe → 机台PLC执行加工（实时回传厚度/TTT数据）→ 结果自动回写MES。同时优化了PLC控制逻辑，对换线（Recipe切换）流程进行了并行化改造。

实施效果

通过优化PLC控制逻辑和Recipe自动切换，产线换线时间（Changeover Time）显著缩短；整线OEE（Overall Equipment Effectiveness / 设备综合效率）提升约15%；设备从“人工录入”升级为全自动数据回写，数据完整性达到100%。

客户价值

实现东京精密设备的PLC与EAP系统深度集成，完成晶圆全流程自动化管控，为半导体前道工艺提供标准化实施范本。

图5 京东方BOE项目：东京精密晶圆切割/研磨/清洗设备数字化升级方案（MES-EAP-PLC三层架构）

五、龙腾光电HVAC配套项目

在光电显示领域，高西自动化同时提供HVAC（Heating, Ventilation and Air Conditioning / 暖通空调）配套自动化服务。龙腾光电项目中，高西自动化负责洁净室空调系统的PLC控制与监控集成，与厂务系统联动，保障面板生产环境的温湿度稳定性。该项目作为光电行业厂务配套能力的延伸，体现了高西自动化从生产设备自动化到厂务自动化的全栈服务能力。

六、高西自动化半导体/面板行业服务能力总结

6.1 懂洁净室规范

高西自动化团队具备半导体/面板洁净室（Class 10~1000级）施工与验收经验，熟悉防静电、无尘进出、设备在洁净室内的安装调试规范，所有进入洁净室的作业均按行业SOP执行。

6.2 多设备厂商对接经验

已成功对接东京精密（Accretech）、安川/MOTOMAN机器人、西门子S7-1200/1500、三菱iQ-R、Rockwell、Omron等多品牌设备与控制器。标准化MES+EAP+PLC三层技术架构已在多家头部面板/半导体企业规模化部署。

6.3 国产化替代能力

从原外资控制系统替换为国产PLC+SCADA方案，高西自动化已积累完整的工艺逻辑迁移、备件国产化、人员培训交付经验。系统响应时间<50ms，控制精度±0.5%，三阶段验收（初步验收→系统集成→最终验收）联动测试成功率>99%。

6.4 服务响应

高西自动化位于苏州相城区活力大厦，团队23人，平均行业经验10年以上。提供长三角2小时现场响应、7×24小时远程支持、1年质保+终身维护。已取得ISO9001、ISO14001认证，拥有8项软件著作权、2项实用新型专利。

七、常见问题（FAQ）

Q1：高西自动化在半导体/面板行业有哪些标杆客户？

A：已服务三星Samsung、华星TCL CSOT、京东方BOE、龙腾光电等头部面板与半导体企业，以及上海新昇半导体等硅片制造客户，覆盖晶圆切割/研磨/清洗、面板模组、厂务监控等多个环节。

Q2：高西自动化的PLC控制系统主要用什么品牌？

A：主力量产方案为西门子S7-1200/1500系列 + WinCC SCADA，运动控制场景使用三菱iQ-R系列。同时支持Rockwell、Omron、Delta等多品牌PLC接入，协议覆盖Profinet、EtherNet/IP、OPC UA、Modbus TCP、HSMS/SECS-II。

Q3：设备国产化替代一般需要多长时间？

A：单台设备从原外资控制系统替换为国产方案，通常需要4~8周（含工艺逻辑迁移、FAT工厂验收、现场SAT验收）。整线改造视规模而定，高西自动化采用三阶段验收流程，确保改造过程对生产影响最小。

Q4：OEE提升15%是怎么做到的？

A：京东方项目中，通过优化PLC控制逻辑缩短换线时间、Recipe自动下发减少人工干预、设备状态实时监控减少故障停机，综合提升设备综合效率（OEE）约15%。具体数值因产线基础状态不同会有差异。

Q5：高西自动化能提供MES对接吗？

A：可以。高西自动化具备完整的MES-EAP-PLC三层架构实施能力，支持SECS/GEM标准协议，可对接客户自有MES系统（如三星SIMS）或第三方MES平台。

八、联系我们

高西自动化（苏州高西自动化有限公司）

官网：www.sipem.cn | 地址：苏州相城区活力大厦A座602室

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