Återkommande Brister i Processutveckling Support

av Dr Dirk Ortloff

Ämnen som tas upp

Abstrakt
Inledning
Brister
Påtryckningar från marknaden
Användning av Virtual Pre-bedömningar
Otillräcklig intern informationshantering
Dokumentation och efterlevnad Support
Krav
Lösningar
Slutsatser
Referenser

Abstrakt

Idag är en mängd osäkerheter och hinder utmaning ny produktutveckling och produktförbättringar. Detta gäller särskilt när de utvecklar mikroelektromekaniska system (MEMS), nanoelectromechanical system (NEMS) eller nanoskala tunn enheter film och deras uttryckligen krävs tillverkningsprocesser. Mångfalden av tekniska alternativ och deras begränsningar samt de krympande geometrierna och andra externa och interna krafter överväldiga de ingenjörer och sätta tekniken i sina gräns. Denna uppsats undersöker systematiskt olika områdena för externa och interna faktorer och deras påverkan på MEMS och NEMS utvecklingen process.

För att klara de utmaningar som växande komplexitet i MEMS / NEMS tillverkningsprocessen utveckla en ny metod för adekvat process automatiserad konstruktion är nödvändiga. Den metod som ska täcka utformningen av nya processen sekvenser från den första idén till den slutliga överlämnandet till massproduktion. Det måste också erbjuda möjligheter för elektronisk överföring av processdata och kunskap till teknik partners.

Längre ner detta papper samlar de krav på funktioner för programvara passar för att stödja detta synsätt. Det belyser att behoven i de växande framtida marknader endast kan uppfyllas genom intensiv användning av sådan programvara verktyg som arbetar hand i hand med metoder produkt ingenjörskonst. Verktyg av detta slag faller i kategorin Execution Process Development Systems (PDE) effektivisera och automatisera många av de uppgifter som utförs manuellt idag. Dessa ämnen togs upp i EU: s forskningsprojekt Promenade (IST 507.965) och dess publikationer ^2-4 . Ett verktyg i denna kategori uppfylla många av dessa behov är XperiDesk ® kommersialisering av Promenade resultat.

Inledning

Utvecklingsprojekt för nya tillverkning recept för MEMS och NEMS enheter utmanas av en mängd olika externa och interna krav. I nästa avsnitt brister till följd av gemensam utveckling praxis är markerade. För att motivera dem, låt oss ta en titt på den nuvarande utvecklingen praxis. Denna beskrivning av en process utvecklingsprojekt har tidigare publicerats ¹ på ett liknande sätt.

Varje ny produkt eller förbättring börjar med en ny idé. Inom området process-och anordning design för MEMS och NEMS fick personliga erfarenheter genom tidigare utvecklingen ger ett viktigt bidrag till utvecklingen.

Andra källor för information och inspiration inbegripa kolleger, vetenskapliga artiklar och gamla böcker lab. Men det är här problemen uppstår. Kollegor finns inte alltid och det är inte alltid tydligt om ett visst experiment har redan gjorts. Lab böcker är en stor resurs för historiska data, men i de flesta fall, de är bara användbara för de människor som skrev dem, eftersom de vet var de ska leta och hur man läser dem. Även om datorn filer finns, är de ofta fördelade på flera filservrar eller är gömda i en del plats och de bara sorteras efter en endimensionell kriterium. Söka från ett annat perspektiv är nästan omöjligt.

Dessutom har varje ingenjör hans / hennes eget sätt att lagra information, vilket innebär att olika kontor och freeware programvara används för att skapa dokumentation. Redan i denna första fas av enheten och processutveckling många goda idéer skrotas helt enkelt eftersom det inte finns tillräckligt med tid att göra den nödvändiga forsknings-och utforska lösningen utrymmet tillräckligt.

När dessa första hinder övervinns börjar ingenjör sedan att utforma en ny process flöde syftar till att producera enheten i åtanke. Detta görs antingen på papper eller med hjälp av Office-verktyg som ett ordbehandlings-eller kalkylprogram. Arkiv och dataformat varierar vanligtvis från ingenjör till ingenjör. Ett kritiskt problem med denna metod är att i de flesta fall bara "bra" recept och resultat hålls. Misslyckade försök och deras resulterande data ofta kasseras, inte ordentligt arkiveras och ofta glöms bort.

Till exempel kan en kollega ändra konfigurationen för en maskin (utan att dokumentera det), eller en maskin som används i tidigare experiment kanske inte tillgänglig längre, vilket gör det svårt att använda och reproducera resultaten från tidigare experiment. Som ett resultat av denna metod, bara en ingenjör eller en liten grupp av ingenjörer vinster kunskap från den misslyckade experiment. Detta leder till en upprepning av fel, vilket är kostsamt i termer av tid, resurser och pengar. Så inte arkivera den kompletta ramen för ett experiment begränsar reproducerbarhet och avfall som värdefulla resurser.

Nästa steg i utformningen av en ny produktionsprocess är att kontrollera de församlade processflöde. Är alla nödvändiga städning stegen där? Är temperaturen budgeten uppfylls? Kommer denna sekvens av steg förorena maskiner? Men dessa frågor gäller endast tillverkningsbarhet aspekten av processflödet, inte den funktionella aspekten. Det blir klart att många restriktioner måste uppfyllas och många begränsningar måste övervinnas för att utforma en "bra" processflöde.

Grund av tidsbrist orsakats av kortare utvecklingscykler, dessa bedömningar ibland inte grundligt nog. Som mest andra erfarna ingenjörer utvärdera processflöde och bedöma det från deras synpunkt att använda sina egna erfarenheter. Problemet med detta tillvägagångssätt är att erfarna ingenjörer inte alltid är lätt tillgängliga inom ett företag. Även om det finns en grundlig genomgång, är ingen perfekt, och bearbetning tekniken blir allt mer komplexa varje dag.

Enkla misstag, som att ha fel material i fel maskin, kan ha en stor inverkan på projektet, på den utrustning som används och på företaget. Dessa misstag leda till fördröjd resultat och skadade maskiner, som avbryter produktionslinjen. Slutligen är den första körningen av processflödet utförs och resultaten utvärderas.

I de flesta fall är den första körningen en partiell framgång eller ingen framgång alls. Ändå är värdefulla erfarenheter. Dock finns olika uppgifter och bilder (med svepelektronmikroskop (SEM), atom-mikroskop kraft (AFMs) etc.) genereras under utvärderingen. De här filerna lagras på en filserver och är ofta bara tittat på de personer direkt inblandade eftersom de vet var de befinner sig och vad experiment de tillhör. För att göra saken värre, tar diskussion om dessa data sker via e-post. Som en följd av denna praxis är informell kunskap om den lagras bara på e-postservern, och få tillgång till denna kunskap igen efter tiden har gått är svårt.

Efter experimentet är klar, är resultaten och dras slutsatser som använts för att justera processflöde eller enheten design och en ny iteration av recept och design börjar. Har dock parametern utrymmet bli för stor för människor. Flera onödiga experiment görs på ett "zig-zag" väg till slutliga processen frigivning eller till uppsägning av en idé.

Undersöka ovan beskrivits praxis ger insikter i frågor under processutveckling och belyser potentialen för förbättringar som behövs. Resten av papperet ser ut mer i detalj i ovan beskrivits samt ytterligare hinder och utmaningar.

Brister

Som motiverade i inledningen nuvarande verktyg processutveckling och rutiner lider av flera utmaningar för rätt stöd. Dessa brister kan delas in i fyra huvudområden:

1. Den påtryckningar från marknaden och trender som måste angripas av företag med otillräckliga verktyg för experiment, samarbete och standardisering.
2. Den begränsade användningen av virtuella förhandsbedömning möjligheter (som producerbarhet bedömningar) och simuleringar på grund av flera olika anledningar.
3. Otillräcklig intern information och kunskapshantering.
4. Otillräcklig dokumentation och efterlevnad stöd.

Påtryckningar från marknaden

Globala konkurrensen och marknaden kräver resultera i snabbare och snabbare time-to-marknadens krav. Detta kräver mer effektiv utveckling av metoder. Flera olika rutter kan vidtas för att uppnå detta mål.

Ett sätt att närma sig den tid-to-market fråga är att använda virtuella prototyper och virtuella pre-bedömningar. Virtuella prototyper kan avsevärt påskynda utvecklingen i att erbjuda första resultaten snabbare. Det ger också kontroll av mer potentiellt användbara varianter på samma tid. Att hitta brister i den utvecklade recept och möjliga alternativ tidigare i utvecklingsprocessen kan skära tid och kostnader avsevärt. Tyvärr lämplig programvara för dessa uppgifter är ofta otillräcklig i bästa fall.

En annan metod för att påskynda utvecklingen är att återanvända så mycket som möjligt från tidigare utvecklingen. För att centralt administrerade och reproducerbara recept och resultat utveckling är en förutsättning. På grund av nonuniform dokumentation format, spridda uppgifterna har framkommit och otillräcklig hämtning innebär denna förutsättning ofta inte är uppfyllt.

Samverkan mellan olika människor och grupper inom företaget är absolut nödvändigt för högteknologiska utvecklingen. Detta kan inkludera samarbete mellan olika grupper runt om i världen. Marknadstrender och utvecklingskostnader köra även behovet av samarbete utvecklingsarbete mellan olika juridiska enheter. Samarbete kan förbättra time-to-market.

Men en ordentlig central utvecklingsplattform, inklusive kommunikation och elektronisk kunskap funktioner överföring, behövs för att göra det effektivt. Detta gäller särskilt om processkunskap måste överföras till en ny webbplats. Ställa in processen på den mottagande platsen ofta innebär avvikelser från planerade referens resultat. Ofta är dessa avvikelser måste utredas igen eftersom ingen ordentlig referens bas är närvarande. Detta leder till insikten att dagens praxis för överföring av teknik via långa böcker process blått och överföringar ingenjör inte kommer att uppfylla de tids-och resurskrav av den framtida utvecklingen.

Användning av Virtual Pre-bedömningar

Som motiverade ovan, virtuella prototyper och pre-bedömningar kan påskynda utvecklingen och minska kostnaderna. Ibland användningen av virtuella förhandsbedömning funktioner som strukturella simuleringar är begränsat av bandbredden hos simuleringen experter eller tillgången till erforderliga simulering och resurser underhåll. Detta beror ofta på lokala programinstallationer och underhållskrav samt på grund av behovet för särskilt utbildad personal för att utveckla t.ex. simulering konfigurationer. Dessa duktiga människor blir en flaskhals för att effektivt använda simuleringsverktyg eller andra virtuella betyder bedömning. Därför "Idea kontroller" sker via livs levande experiment orsakar en ökning av tid och resurser spenderas samt en minskning av lösning rymden utforskas. Detta orsakar ingenjörer att överge bra idéer bara för att det inte finns tillräckligt med tid att utföra nödvändig forskning och prospektering.

Dessutom numera recept har blivit oerhört komplex så att det är svårt även för erfarna processingenjörer att upptäcka alla potentiella sammandragningar i ett processflöde. Därför manuell granskning av runcards och planerade Har blivit en mödosam, tidskrävande och ibland även felbenägen uppgift. Felaktigt placerade decimaler in manuellt genererad runcards, inkonsekventa uppdateringar av submodulerna i ett flöde, material inkonsekvenser eller inkompatibiliteter blir allt svårare att upptäcka och kan orsaka hela partier inte vara användbart eller, i extrema fall även kan skada eller kontaminera tillverkningsutrustning.

Otillräcklig intern informationshantering

En annan grupp av frågor är den otillräckliga interna informations-och kunskapshantering resulterar i återkommande engineering "déjà vu: s". Erfarenheterna av tidigare utveckling, vetenskapliga artiklar, och gamla lab-böcker ger viktiga bidrag till förverkligandet av nya produktidéer. Efter att ha ingen eller endast otillräcklig struktur i dessa data orsakar en massa problem och dubbla arbete. Experter på halvledare processutveckling uppskattar att 10-15% av misslyckade och dubbla experiment skulle kunna undvikas, om tidigare resultat skulle vara tillgängligt på ett enklare sätt. Detta ligger i linje med frågor som ingenjör variationer mellan olika projekt. Flytta projektet expert i ett annat projekt skulle kunna äventyra det tidigare projektet, medan ingenjörer flyttar in i ett löpande projekt är översvämmad med massor av ostrukturerad information.

Dessutom de traditionella medlen för datalagring ger bara en endimensionell sökkriterium. Rörigt resultat datalagring och viktiga data på lokala hårddiskar orsaka tråkiga och felbenägen uppgifter manuell insamling och ibland även förlust av data. Dessutom ofta bara den rena datapunkter eller data resultatuppsättningar lagras med begränsad eller ingen sammanhang information. Efter att ha endast begränsad sammanhangen innebär problem när de försöker att återskapa tidigare sett effekter eller resultera i att dra felaktiga slutsatser av orsak-verkan analys. Dessa omständigheter producera "déjà vu: s" i form av "När vi hade ett resultat ..." som kan vara mycket irriterande och kostnadsintensiv.

Dokumentation och efterlevnad Support

Dokumentera och rapportera utvecklingen framsteg kan långtråkig i bästa fall. Rörigt resultat lagring lägger stor manuellt arbete på att utveckla tekniker som kräver dem att manuellt samla in data från olika maskiner. Dessutom monteringen av de insamlade resultatet data i rapporter och utvärderingen kan ta en stor del av verkstadsindustrin tid. Rapportering om utvecklingen status är ofta gånger mer en manuell montering av rapporterna än en automatiserad process. Indata är ofta inte uppdaterade så att det pågående arbetet (PIA) status är inte nödvändigtvis exakt. Effekterna av dessa effekter även förvärras av kvalitetssäkring och krav på efterlevnad som ISO 900X, CMMI, SOX etc. Eftersom de gäller mer och mer i utveckling samt i produktionen, det finns en stark efterfrågan för att uppfylla de fastställda kraven på dokumentation.

Krav

För att kringgå eller begränsa effekterna av de ovan beskrivna utmaningarna programvaruverktyg behövs. Att ha en central plattform att kunna stödja experimentera planering, verifiering och uppgifterna har framkommit insamlingen kan effektivisera alla dessa ansträngningar. Dessutom en sådan plattform kan samla referensdata för framtida projektplanering genom att hålla tidslinjen för progression. En sådan programvaruverktyg måste uppfylla följande höga krav:

• Stöd hela utvecklingscykeln som presenteras i figur 1.
• Låt samverkan internt och externt men ger finkorniga skydd och förvaltning av rättigheter
• Möjliggöra en heltäckande och selektiv import och mekanismer export för tekniköverföring
• Tillhandahålla virtuella förhandsbedömning möjligheter att förebygga misslyckade experiment så mycket som möjligt
• Erbjudandet mekanismer för att på förhand bedöma tillverkningsbarhet av en ny konstruktion recept
• Låt alla ingenjörer att utföra virtuella bedömningar snarare än att begränsa användningen till / via experter
• Erbjuda full fånga och tillgång till historisk information (strukturerad samt informella)
• Erbjuder kraftfulla och detaljerad inhämtning av historisk information från olika perspektiv
• Innehåller mekanismer för att samla in, kategorisera och ledning resultat information automatiskt
• Täck kraven på dokumentation för kvalitetssäkring och behov följs
• Ge omfattande rapporterings-och planering
• Låt central administration och distribution och genomförande på flera olika plattformar

Figur 1. Utvecklingscykel som skall stödjas av en PDES

Lösningar

Ovannämnda krav kan uppfyllas genom Execution Process Development Systems (PDE). En PDES liknar en Manufacturing Execution System (MES) i flera avseenden. Den centrala särskiljande faktor är att PDESs är skräddarsydda för att styra utvecklingen av en tillverkningsprocess medan MES är skräddarsydda för genomförandet av volymproduktion med utvecklad process. Därför fokus och verktygen för en PDES är mer på lägre volym men högre flexibilitet och experimenterande frihet. Verktygen för ett MES är mer fokuserade på mindre varians, högre volymer, bättre kontroll och logistik. Båda typerna av programvara har det gemensamt att de ökar spårbarhet, produktivitet och kvalitet (för PDES kvaliteten på den utvecklade tillverkningsprocessen i kontrast till kvaliteten på de tillverkade bra för MES).

En PDES erbjuder ett enkelt sätt att komma åt dessa tidigare utveckling på ett strukturerat sätt. Information kan hämtas snabbare och tidigare resultat kan beaktas mer effektivt. En PDES erbjuder normalt sätt att visa och sökresultat data från olika synvinklar och kategorisera data enligt olika aspekter. Dessa funktioner tillämpas på alla resultatdata som material, processteg, maskiner, experiment, dokument, ger bilder etc. PDES också ett sätt att förhålla enheter som hör till samma eller liknande sammanhang och att utforska den utvunna informationen.

Ett programpaket som ingår i PDES kategori är XperiDesk, en programvara kommersiellt tillgänglig sedan april 2008. Den stöder ingenjörer processutveckling i deras uppgift att upprätthålla och utveckla högteknologiska tillverkningsindustrin recept t.ex. för halvledartillverkning. Användningen resulterar i en betydande produktivitet uppsving av process-ingenjörer samt en förbättrad processkvalitet.

XperiDesk ger en plattform för process-ingenjörer att arbeta tillsammans och dela sina resultat globalt och gör följande tre tillvägagångssätt steg kontroll:

• Formell verifiering av producerbarhet använda abstrakta processkunskap fångas i regler
• Verifiering genom simulering och visualisering och
• Spårning av experimentell verifiering för detaljerad och omfattande kunskap fånga och hämtning.

Den XperiDesk svit tar de flesta av de ovan nämnda krav och täcker hela utvecklingscykeln för högteknologiska tillverkningsprocesser som visas i figur 2.

Figur 2. Utveckling cykel med XperiDesk skärmdumpar

Slutsatser

En genomgång av gemensamma metoder processutveckling har fått och brister som följer av dessa metoder har lyfts fram. Frågorna var indelade i olika kategorier och potentiella metoder lösning angavs. Från att kraven för mjukvara stöd härrör. Dessa krav kan uppfyllas genom en ny programvara kategori som heter Processutveckling Execution System (PDE).

En PDES stödjer hela utvecklingen flödet - från den första enheten idé att överföringen av den resulterande recept i produktion eller att en samarbetspartner. Därför stänger den utveckling slingan och matar dagens verkliga världen resultat till idéerna i morgon. Det kan aldrig ersätta kreativitet ingenjörer, men det kan hjälpa ingenjörer att fokusera på bra idéer och att få bort dåliga idéer på ett tidigt stadium. Dessutom kan en PDES ta bort dokumentation och uppgifter bördor insamlingen genom automatiska metoder för dessa ändamål.

Det ger också en lekplats för ingenjörer att testa sina idéer i en virtuell tillverkning miljö och ger möjligheter att utforska fler idéer än tidigare. En PDES ger ett företag en konkurrensfördel genom att utveckla bättre lösningar och ge kortare tid till marknaden. Det koncept för PDES har forskat i EU Forskningsprojektet Promenade (IST 507.965) och har blivit kommersiellt tillgängliga som XperiDesk programsvit.

Referenser

1. J. Popp, D. Ortloff, A. Wagener. Utvecklingsstöd för Manufacturing Process Design. I GSA Forum, volym 15, nr 1, mars 2008.
2. A. Wagener, J. Popp K. Hahn, R. Brück, Ortloff, D.: Process Design och Tracking Stöd för MEMS. I: Proceedings of SPIE: mikrobearbetning och mikrofabrikation Process Technology X, San Jose Bd. 6109, 2006. - Fotonik West 2006
3. D. Ortloff, F. Cooijmans, B. Veenstra:. Ett systematiskt tillvägagångssätt Mot Reproducerbarhet och spårning av MEMS processutveckling. I: Proceedings of den 10: e internationella konferensen om kommersialisering av mikro-och nanosystem, Baden-Baden, 2005. - COMS 2005
4. B. Veenstra, D. Ortloff, S. Langenhuisen: Ett förhållningssätt till utbyte och generera kunskap om MEMS processutveckling. I: Proceedings of the 11th International Conference on kommersialisering av mikro-och nanosystem, St Petersburg, 2006. - COMS 2006

Copyright AZoNano.com, MANCEF.org