As deficiências recorrentes em Apoio ao Desenvolvimento de Processo

pelo Dr. Dirk Ortloff

Temas Abordados

Abstrato
Introdução
Deficiências
Pressões de mercado
Uso de pré-avaliações Virtual
Gestão da Informação insuficiente Interna
Suporte de documentação e Compliance
Requisitos
Soluções
Conclusões
Referências

Abstrato

Hoje, uma variedade de incertezas e obstáculos desafio desenvolvimento de novos produtos ou melhorias de produtos. Isto é especialmente verdadeiro no desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS), sistemas de nanoelectromechanical (NEMS) ou escala nano dispositivos de filme fino e seus processos de fabricação especificamente exigido. A diversidade de opções tecnológicas e suas limitações, bem como as geometrias de encolhimento e outras forças externas e internas sobrecarregar os engenheiros e colocar tecnologias a seu limite. Este artigo investiga sistematicamente as diferentes áreas de fatores externos e internos e suas influências sobre MEMS e NEMS desenvolvimentos processo.

Para lidar com os desafios da crescente complexidade em MEMS / NEMS desenvolvimento processo de fabricação de uma nova abordagem para a automação adequado processo de design são necessárias. A abordagem tem que abranger a concepção de sequências de novo processo a partir da primeira idéia para a entrega final para produção em massa. Também deve fornecer meios para a transferência eletrônica de dados do processo e conhecimento para parceiros de tecnologia.

Mais abaixo neste artigo recolhe os requisitos para funcionalidades para ternos software para apoiar esta abordagem. Destaca-se, que as exigências do crescente mercado futuro só pode ser cumprida através do uso intensivo de ferramentas de software, tais trabalhando lado a lado com as metodologias de engenharia de produto. Ferramentas deste tipo cair na categoria de Sistemas de Processo de Desenvolvimento de Execução (PDES) Simplificar e automatizar muitas das tarefas realizadas manualmente hoje. Estes assuntos foram abordados na investigação da UE projeto PROMENADE (IST 507.965) e suas publicações ^2-4 . Uma ferramenta desta categoria cumprindo muitas dessas necessidades é XperiDesk ® a comercialização dos resultados PROMENADE.

Introdução

Projetos de desenvolvimento para a fabricação de novas receitas de MEMS e NEMS dispositivos são desafiados por uma variedade de diferentes exigências externas e internas. Na próxima seção deficiências decorrentes de práticas comuns de desenvolvimento são realçados. Para motivar os, vamos ter um olhar para as práticas de desenvolvimento atual. Este esboço de um projeto de desenvolvimento do processo já havia sido publicado ^um de uma maneira similar.

Cada novo produto ou melhoria do produto começa com uma idéia nova. Na área de processo e projeto de dispositivos de MEMS e NEMS, experiências pessoais obtidas através desenvolvimentos anteriores fornecem uma importante contribuição para novos desenvolvimentos.

Outras fontes de informação e inspiração incluem colegas, artigos científicos e livros laboratório de idade. No entanto, este é o lugar onde os problemas surgem. Colegas não estão sempre disponíveis e nem sempre é claro se um certo experimento já foi realizado. Livros de laboratório são um grande recurso para os dados históricos, mas na maioria dos casos, eles só são úteis para as pessoas que escreveram eles, como saber onde procurar e como lê-los. Mesmo que arquivos de computador estão disponíveis, são muitas vezes distribuídos em vários servidores de arquivos ou estão escondidos em algum lugar e eles só são ordenados por um critério unidimensional. Busca de uma outra perspectiva é quase impossível.

Além disso, todo engenheiro tem o seu / sua própria maneira de armazenar informações, o que significa que vários escritórios e software freeware é usado para criar documentação. Já nesta primeira fase do dispositivo e processo de desenvolvimento muitas boas idéias são jogadas fora simplesmente porque não há tempo suficiente para fazer a investigação necessária e explorar o espaço de solução suficientemente.

Uma vez que estes obstáculos iniciais forem superados, o engenheiro, em seguida, começa a criar um fluxo de novo processo destinado a produzir o dispositivo em mente. Esta é feita de papel ou na utilização de ferramentas de escritório, tais como processamento de texto ou programas de planilha. Formatos de arquivos e dados, normalmente, de engenheiro para engenheiro. Um problema crítico com esta abordagem é que na maioria dos casos, apenas as "boas" receitas e os resultados são mantidos. Experiências mal sucedidas e seus dados, resultando muitas vezes são descartados, não devidamente arquivados e muitas vezes esquecido.

Por exemplo, um colega pode mudar a configuração de uma máquina (sem documentá-lo), ou uma máquina usada em experimentos anteriores podem não estar disponíveis mais, tornando-o difícil de usar e reproduzir os resultados de experiências anteriores. Como resultado desta prática, apenas um engenheiro ou um pequeno grupo de engenheiros do conhecimento ganhos das experiências fracassaram. Isto leva a uma repetição de falhas, que é dispendiosa em termos de tempo, recursos e dinheiro. Portanto, não arquivar o contexto completo de uma experiência limita a reprodutibilidade e desperdiça recursos valiosos.

O próximo passo no projeto de um novo processo de produção é verificar o fluxo do processo montado. São todos os passos de limpeza necessárias lá? É o orçamento temperatura conheceu? Será que esta seqüência de passos contaminar as máquinas? No entanto, essas questões se aplicam apenas ao aspecto de fabricação do fluxo do processo, e não o aspecto funcional. Torna-se claro que muitas restrições devem ser atendidas e muitas restrições devem ser superados para criar um fluxo de processo de "bom".

Devido a restrições de tempo causado por ciclos mais curtos de desenvolvimento, essas avaliações não são por vezes suficientemente completa. No máximo, outros engenheiros experientes avaliar o fluxo do processo e avaliá-la de seu ponto de vista usando suas próprias experiências. O problema dessa abordagem é que os engenheiros experientes nem sempre são prontamente disponíveis dentro de uma empresa. Mesmo se houver um processo de profunda revisão, ninguém é perfeito, e tecnologia de processamento torna-se cada vez mais complexo a cada dia.

Erros simples, como ter o material errado na máquina de errado, pode ter um grande impacto sobre o projeto, sobre os equipamentos usados ​​e sobre a empresa. Esses erros resultam em resultados atrasado e máquinas danificadas, o que interrompe a linha de produção. Finalmente, a primeira execução do fluxo do processo é executado e os resultados são avaliados.

Na maioria dos casos, a primeira execução é um sucesso parcial ou nenhum sucesso em tudo. No entanto, é uma valiosa experiência adquirida. No entanto, vários dados e imagens (usando microscópios eletrônicos de varredura (SEMs), microscópios de força atômica (MFAs), etc) são gerados durante a avaliação. Esses arquivos são armazenados em um servidor de arquivos e muitas vezes são apenas olhou pelos indivíduos diretamente envolvidos, porque eles sabem a sua localização eo que experimento a que pertencem. Para piorar a situação, a discussão sobre esses dados é realizada através de e-mail. Como resultado desta prática, o conhecimento informal sobre o processo só é armazenada no servidor de email, e acessar este conhecimento novamente após o tempo passou, é difícil.

Após a experiência é completa, os resultados e as conclusões são usadas para ajustar o fluxo do processo ou o projeto do dispositivo, e uma nova iteração da receita e design começa. No entanto, o espaço de parâmetros tornou-se demasiado grandes para os humanos. Vários experimentos desnecessários são feitas em um "zig-zag" caminho para a libertação processo final ou para a demissão de uma idéia.

Investigando a prática acima descrita fornece insights sobre questões durante o desenvolvimento do processo e destaca o potencial para as melhorias necessárias. O restante do documento analisa com mais detalhes no obstáculos acima descritos, bem como adicionais e desafios.

Deficiências

Tão motivados na introdução de ferramentas de desenvolvimento atual do processo e práticas sofrem de vários desafios em matéria de apoio adequado. Essas deficiências podem ser agrupados em quatro grandes áreas:

1. As pressões do mercado e as tendências que devem ser enfrentados por empresas com ferramentas suficientes para experiências de colaboração, e padronização.
2. O uso limitado de virtuais pré-avaliação possibilidades (como avaliações de fabricação) e simulações devido a diversas razões diferentes.
3. Informação interna insuficiente e gestão do conhecimento.
4. Documentação insuficiente e apoiar o acordo.

Pressões de mercado

Competição mundial e as demandas do mercado resultam em mais e mais rápido time-to-market requisitos. Isto exige abordagens de desenvolvimento mais eficiente. Várias rotas diferentes podem ser tomadas para alcançar esse objetivo.

Uma maneira de abordar a questão do tempo de colocação no mercado é a utilização de prototipagem virtual e virtual pré-avaliações. Prototipagem virtual pode acelerar significativamente o desenvolvimento em oferecer os primeiros resultados mais rapidamente. Ele também permite a verificação de mais variantes potencialmente úteis no mesmo tempo. Encontrar falhas nas receitas desenvolvidas e as alternativas possíveis no início do processo de desenvolvimento pode reduzir o tempo e despesas de forma significativa. Infelizmente software apropriado para estas tarefas é muitas vezes insuficiente na melhor das hipóteses.

Outra abordagem para acelerar o desenvolvimento é a reutilização tanto quanto possível a partir de desenvolvimentos anteriores. Para isso gerenciado centralmente e receitas reprodutível e resultados de desenvolvimento são um pré-requisito. Por causa de formatos de documentação não uniforme, os dados dispersos e de recuperação de resultado insuficiente, isto significa condição muitas vezes não é cumprida.

Colaboração entre pessoas e grupos diferentes dentro da empresa é imprescindível para desenvolvimentos de alta tecnologia. Isso pode incluir a colaboração entre diferentes grupos ao redor do globo. Tendências de mercado e custos de desenvolvimento até mesmo dirigir a necessidade de atividades de desenvolvimento de colaboração entre entidades jurídicas diferentes. Colaboração podem melhorar o time-to-market.

No entanto, uma plataforma de desenvolvimento adequado central, incluindo a comunicação e funcionalidades de transferência eletrônica de conhecimento, é necessário para fazê-lo de forma eficiente. Isto é especialmente verdade, se o conhecimento do processo precisa ser transferido para um novo site. Configurando o processo no local, muitas vezes recebendo poses desvios de resultados de referência planejado. Muitas vezes, estes desvios precisam ser pesquisadas de novo, porque nenhuma base de referência apropriado esteja presente. Isso leva à percepção de que a prática comum de hoje de transferência de tecnologia através de livros processo longo azul e transferências engenheiro não preencham os requisitos de tempo e recursos de desenvolvimentos futuros.

Uso de pré-avaliações Virtual

Tão motivados prototipagem, acima virtuais e pré-avaliações podem acelerar desenvolvimentos e cortar custos. Às vezes, o uso de máquinas virtuais pré-avaliação funcionalidades como simulações estruturais é limitada pela largura de banda dos peritos simulação ou a disponibilidade da simulação necessária e recursos de manutenção. Isto é frequentemente devido a instalações de software local e as necessidades de manutenção, bem como devido à necessidade de pessoal especialmente treinado para desenvolver configurações de simulação, por exemplo. Essas pessoas qualificadas se tornar um gargalo para a efetiva utilizando ferramentas de simulação ou outros meios de avaliação virtual. Portanto, "verifica Idea" são realizadas através de experiências reais vivem causando um aumento no tempo e recursos gastos, bem como uma redução no espaço de soluções exploradas. Isso faz com que os engenheiros a abandonar as boas idéias, simplesmente porque não há tempo suficiente para realizar as pesquisas necessárias e exploração.

Além disso, hoje em dia receitas tornaram-se extremamente complexa de modo que é difícil até mesmo para os engenheiros de processo experiente para detectar todas as contrações potencial dentro de um fluxo de processo. Portanto, rever o manual de runcards e planejado Será que tornou-se um consumidor, tediosa tarefa de tempo e às vezes erro mesmo prone. Erroneamente colocados em pontos decimais runcards gerados manualmente, atualizações inconsistente de sub-módulos em um fluxo, as inconsistências ou incompatibilidades materiais estão cada vez mais difícil de detectar e pode causar lotes inteiros para não ser útil ou, em casos extremos, pode até danificar ou contaminar o equipamento de fabricação.

Gestão da Informação insuficiente Interna

Outro grupo de questões é a insuficiente informação interna e gestão do conhecimento, resultando em engenharia recorrente "déjà vu é". Experiências adquiridas pelos desenvolvimentos anteriores, artigos científicos, e velhos lab-livros fornecem a maior contribuição para a realização de idéias de novos produtos. Não tendo nenhum ou apenas a estrutura insuficiente desses dados faz com que um monte de problemas e trabalho em dobro. Especialistas em semicondutores estimativa desenvolvimento de processos que 10-15% de experiências fracassadas e duplas poderiam ser evitados, se os resultados anteriores seriam acessíveis de forma mais fácil. Isto está relacionado com questões decorrentes da flutuação engenheiro entre diferentes projetos. Movendo a especialista do projeto em um projeto diferente pode comprometer o projeto anterior, enquanto os engenheiros se movendo para um projeto em execução são inundadas com muitas informações não estruturadas.

Além disso os meios tradicionais de armazenamento de dados fornecem apenas um critério de busca unidimensional. Desordenado resultado armazenamento de dados e dados importantes sobre unidades de disco locais causar tedioso e propenso a erros manuais de coleta de dados e às vezes até perda de dados. Além disso, muitas vezes apenas os pontos de dados puros ou conjuntos de dados são armazenados resultado com pouca ou nenhuma informação de contexto. Tendo apenas o contexto limitado coloca problemas quando se tenta reproduzir efeitos anteriormente visto ou resultar em tirar as conclusões erradas a partir de análise de causa-efeito. Nestas circunstâncias produzir "déjà vu" em forma de "Uma vez tivemos um resultado ..." que pode ser muito irritante e dispendiosa.

Suporte de documentação e Compliance

Documentar e relatar o progresso do desenvolvimento pode ser tedioso na melhor das hipóteses. Armazenamento dos resultados desordenada coloca esforço manual principais engenheiros de desenvolvimento para o obrigando-os a coletar manualmente os dados de máquinas diversas. Além disso, o conjunto dos dados coletados em relatórios de resultado e da avaliação pode levar a maior parte do tempo de engenharia. Relatórios sobre o estado de desenvolvimento é muitas vezes mais uma montagem manual dos relatórios do que um processo automatizado. Os dados de entrada não é frequentemente atualizado para que o estado Work In Progress (WIP) não é necessariamente preciso. Os impactos desses efeitos são ainda agravados pela garantia de qualidade e exigências de conformidade, como ISO 900X, CMMI, SOX etc Porque aqueles aplicar mais e mais em desenvolvimento, bem como na produção, há uma forte demanda para cumprir as exigências de documentação impostas.

Requisitos

Para contornar ou limitar os impactos das ferramentas acima descritas desafios software são necessários. Ter uma plataforma central sendo capaz de apoiar o planejamento experimental, verificação e coleta de dados resultado poderia agilizar todos esses esforços. Além disso essa plataforma pode coletar dados de referência para planejamento de projetos futuros, mantendo a linha do tempo da progressão. Uma ferramenta de software deve cumprir os seguintes requisitos de alto nível:

• Apoiar o ciclo completo de desenvolvimento, tal como apresentado na Figura 1.
• Permitir a colaboração interna e externamente, mas apresentam granulação fina proteção e gerenciamento de direitos
• Permitir a importação abrangente e seletiva e mecanismos de exportação para a transferência de tecnologia
• Fornecer virtuais pré-avaliação possibilidades para evitar experiências fracassadas, tanto quanto possível
• Oferecer mecanismos para pré-avaliar a fabricação de uma receita projeto recém-
• Permitir que todos os engenheiros para realizar avaliações virtuais em vez de limitar o uso de / via especialistas
• Oferta de captura total e acesso à informação histórica (estruturados, bem como informal)
• Proporcionar recuperação poderosa e detalhada de informações históricas a partir de diversas perspectivas
• Conter mecanismos para coletar, classificar e gestão da informação do resultado automaticamente
• Cobrir os requisitos de documentação para a garantia da qualidade e necessidades de conformidade
• Fornecer relatórios extensos e capacidades de planeamento
• Permitir a administração central e de distribuição e execução em várias plataformas diferentes

Figura 1. Ciclo de desenvolvimento a ser apoiado por uma PDES

Soluções

Os requisitos acima listados podem ser cumpridas por Processo de Desenvolvimento de Sistemas de Execução (PDES). A PDES é semelhante a um Manufacturing Execution System (MES) em vários aspectos. O fator central é que distinguir PDESs são adaptados para conduzir o desenvolvimento de um processo de fabricação, enquanto MES são adaptados para a execução do volume de produção utilizando o processo desenvolvido. Portanto, o foco eo conjunto de ferramentas de um PDES é mais em menor volume mas maior flexibilidade e liberdade de experimentação. As ferramentas de um MES são mais focados em menos de variância, volumes mais elevados, maior controle e logística. Ambos os tipos de software de aplicação têm em comum o facto de aumentar a rastreabilidade, produtividade e qualidade (PDES para a qualidade do processo de fabricação desenvolvido em contraste com a qualidade do bem fabricado para MES).

A PDES oferece uma maneira fácil de acessar esses desenvolvimentos anteriores de uma forma estruturada. Informações podem ser obtidas mais rapidamente e os resultados anteriores podem ser tomadas em consideração de forma mais eficiente. A PDES tipicamente oferece os meios para mostrar e buscar dados de resultados de diferentes pontos de vista e para categorizar os dados de acordo com aspectos diferentes. Estas funcionalidades são aplicadas a todos os dados do resultado como materiais, etapas de processo, máquinas, experiências, documentos, imagens etc O PDES também fornece uma maneira de se relacionar entidades pertencentes ao mesmo contexto ou similar e explorar as informações resultantes.

Um conjunto de software pertencentes à categoria PDES é XperiDesk, um produto de software disponível comercialmente desde abril de 2008. Ele suporta os engenheiros no desenvolvimento de processos na sua tarefa de manter e desenvolver alta tecnologia de fabricação receitas por exemplo, para fabricação de dispositivos semicondutores. Os resultados de uso em um aumento de produtividade significativa de engenheiros de processo, bem como um processo de qualidade melhorada.

XperiDesk fornece uma plataforma para os engenheiros de processo para trabalhar juntos e partilhar os seus resultados a nível mundial e permite que os três seguintes abordagem de verificação passo:

• Verificação formal de fabricação utilizando o conhecimento do processo abstrato capturado em regras
• Verificação por simulação e visualização, e
• Rastreamento de verificação experimental para a captura de conhecimento detalhado e abrangente e recuperação.

A suíte XperiDesk endereços maioria dos requisitos acima listados e abrange o ciclo completo de desenvolvimento para a fabricação de alta tecnologia de processos, conforme ilustrado na Figura 2.