CN109375604A - 一种实时质量预警及控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，包括数据获取单元，外接MES系统，用于接收MES系统提供的数据，并根据数据所属判断模式获取SPC管理图所需数据；数据处理单元，与数据获取单元连接，用于将所获得的数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成SPC管理图；状态判定及预警单元，与数据处理单元通讯，用于根据生成的SPC管理图与预先设定的管理图规则进行状态判定及预警；数据存储单元，用于将所述数据处理单元生成的管理图数据进行保存，作为数据处理单元的历史数据。本系统实时且不增加MES系统负担的前提下，结合数据所属判断模式进行一致化判断，防止返工及实验数据导致的“误判定”的产生。

Description

一种实时质量预警及控制系统和方法

技术领域

本发明涉及半导体及FPD领域，尤其涉及一种针对半导体工厂、液晶面板工厂的统计过程控制系统。

背景技术

半导体以及FPD(Flat Panel Display：LCD、PDP、OLED等的总称)的制造工序非常多，使用的设备也非常多。其中，精密的设备也很多，如果设备的各部件随着时间老化，将对所生产的产品造成很大的影响。

为了维持产品的质量，把握各工序中的微小征兆，在质量特性方面，保持稳定状态成为日常要务。

不同设备在其中1个制造工序中可能产生数千条SPC(Statistical ProcessControl：统计过程控制系统)对象数据。例如在制造设备中处理的气体的流量、压力、温度等，像这样大量的数据手工处理时，需要庞大的人力、物力。所以系统化是必然的，SPC系统也即质量预警及控制系统则是处理大数据的有效工具。

MES系统(Manufacturing Execution System：制造执行系统)是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES系统可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制等管理模块，虽然有SPC系统功能，但许多MES系统中SPC系统功能并非实时的。另外，即使使用实时跟踪，因为需要进行复杂的SPC判定，MES系统的响应恶化的例子也很多。从功能的独立性即生产控制系统自身的品质确保的观点出发，要求品质解析功能独立，希望能够在不同于MES系统的硬件上进行运行，避免MES系统处理多数据导致系统响应恶化的现象。

同时，在定期，一般一天数次的解析制造工序的SPC数据时，解析方法更倾向于被动。为了在规格范围内生产，在确保品质倾向的初期阶段采取实时跟踪，为此，有必要对MES系统中报告的工程数据及时进行解析和判定，以便及时发现产品及设备问题，避免重大损失流出或产生，并指导后续生产。

另外，在半导体及FPD制造过程中，为检测品名差异、设备差异或新产品而进行的实验及产品异常时的返工十分频繁，而这些实验或返工产品测试数据大部分都是与现有规格是不匹配的或者说是超出规格的，如果将这些数据纳入到正常的SPC管控中会造成数据的“误判定”。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出一种实时质量预警及控制系统即实时SPC系统及其方法，可以实时且不增加MES系统负担的前提下将生产工序的数据接收并自动转换为管理图数据并根据预存的管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警，以便及时发现产品及设备问题，避免重大损失流出或产生，并指导后续生产。另外本系统在数据处理过程中结合数据所属判断模式进行一致化判断，确保了返工及实验过程的数据不会进入到正常生产产生的SPC数据中，防止“误判定”的产生。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种实时质量预警及控制系统，包括：数据获取单元、数据处理单元、状态判定与预警单元、数据存储单元；所述数据获取单元，外接MES系统，用于接收MES系统提供的数据，并根据数据所属判断模式获取SPC管理图所需数据；所述数据处理单元，与数据获取单元连接，用于将所获得的数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成SPC管理图并输出给状态判定及预警单元；所述状态判定及预警单元，外接MES系统，并与数据处理单元通讯，用于根据所述生成的SPC管理图与预先设定管理图规则进行状态判定及预警，并输出给MES系统；所述数据存储单元，与数据处理单元通讯，用于将所述数据处理单元生成的管理图数据进行保存，作为相应数据的历史数据。

进一步地，所述数据所属判断模式包含以下：a、生产工序+测量工序模式，用于在指定生产工序及测量工序的数据接收时进行生产数据及测量结果数据的接收判断；b、生产设备+设备位置+测量工序模式，用于在指定生产设备及测量工序的数据接收时进行设备数据及设备位置和测量结果数据的接收判断；c、测量工序+生产工序+测量工序模式，用于在指定两个测量工序及生产工序的数据接收时进行测量结果数据及生产数据的接收判断；d、产品名称+测量工序模式，用于在指定产品名称及测量工序的数据接收时进行产品名称数据及测量结果数据的接收判断；e、产品名称+多个测量工序模式，用于在指定产品名称及多个测量工序的数据接收时进行产品名称数据及多个测量结果数据的接收判断；f、生产设备模式，用于在指定设备的数据接收时进行设备数据的接收判断。

进一步地，若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后在指定的工序数内没有数据产生，则将已记录的数据删除。

进一步地，若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后，如在模式中指定的测量工序发生前，发生了某其它指定工序，则将已记录的数据删除。

进一步地，所述数据所属判断模式还包含管理图Key，所述管理图Key用于确定每种判断模式需要获取的数据类别。

进一步地，所述数据处理单元的历史数据为最新的100个数据。

进一步地，所述管理图规则包括尼尔森规则；管理图类型包括Xbar-R图、Xbar-S图、X-MR图、X-R图、P图、np图、c图、u图。

进一步地，所述状态判定及预警单元针对产品和设备。

进一步地，所述实时质量预警与控制系统直接在内存芯片上运行。

进一步地，本发明还提供一种实时质量预警及控制方法，包括：步骤1、数据接收单元根据数据所属判断模式接收SPC管理图所需数据；步骤2、数据处理单元将数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成所属SPC管理图；步骤3、根据管理图数据及管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警；步骤4、将数据处理单元处理的数据作为历史数据进行保存。

技术效果：

1、本发明可以实时且不增加MES系统负担的前提下，将生产工序的数据接收并自动转换为管理图数据，并根据预存的管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警，以便及时发现产品及设备问题，避免重大损失流出或产生，并指导后续生产。

2、本系统直接在内存芯片上运行，有效的保证了系统响应时间

2、另外，本系统在数据处理过程中结合数据所属判断模式进行一致化判断，确保了返工及实验过程的数据不会进入到正常生产产生的SPC数据中，防止“误判定”的产生。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明SPC系统与MES系统连接方式示意图。

图2是本发明提出的一种实时质量预警及控制系统框图。

图3是本发明提出的数据所属判断模式。

图4是本发明提出的一种数据所属判断模式。

图5是本发明提出的管理图规则及潜在问题分析。

图6是本发明提出的超规则后制品及设备处置方法。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提出的一种实时质量预警及控制系统和方法进行详细说明。需说明的是，附图采用简洁概况的形式，未涵盖实现该控制方法所需全部的硬件信息，仅用以方便、清晰的辅助说明本发明实施例的目的。

图1示出了本发明SPC系统与MES系统连接方式示意图，在本示意图中，MES系统核心模块包括ECT系统即设备通讯终端及PFC系统即生产控制系统，设备通讯终端连接生产设备并与生产控制系统通讯，生产控制系统与本发明所述质量预警和控制系统即SPC系统连接并进行相应的数据传输。在实际使用时，制造工厂的生产设备通过设备通讯终端进行生产设备上信息的数据通讯并传输到生产控制系统，生产系统接收信息后将SPC系统所需的数据传送给SPC系统，SPC系统在接收所需数据后自动转换为管理图数据，并根据预存的管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警给到MES系统，并通过设备通讯终端传输到相应生产设备。

图2给出了本发明提出的一种实时质量预警及控制系统框图，本系统包括数据获取单元、数据处理单元、状态判定与预警单元。其中数据获取单元外接MES系统，生产设备上的信息通过MES系统传递给数据获取单元，生产设备上的信息至少包含生产工序信息、生产设备信息及测量项目信息，具体的，生产工序信息包括生产品名、产品ID等信息，生产设备信息包括设备编号、设备温度、压力、设备位置及其他设备相关参数等信息，测量项目信息包括产品的测量信息如薄膜的膜厚、线宽等信息，以上信息通过MES系统传递给数据获取单元，而数据获取单元根据数据所属判断模式进行一致性判断，并决定接收或不接收相关数据。

如图3所示，在本发明的实施例中，根据半导体及FPD生产的实际状况，本系统提供了7种典型数据所属判断模式，以下以判断模式a为例进行说明，具体参考图4，在图4中圆圈中代表工序名称，左侧生产代表生产工序，右侧测量代表测量工序，中间圆圈中空白代表生产中间可能经过的其他生产或测量工序，在此判断模式主要是对具体某生产设备的测量结果进行测量，并对其数据进行判断，因此此判断模式下需要获取的管理图数据类别也即是管理图Key为生产设备、生产品名、产品ID和测量项目相关数据类别。在左侧某生产工序进行完毕时MES将相关数据传递给数据获取单元，数据获取单元接收该生产工序的数据时，SPC系统检索判断模式数据，如果一致，则记录产品ID、生产设备、生产品名信息，而在继续进行的下一个或几个生产或测量工序时，SPC系统同样检索判断模式数据、记录的产品ID等信息，如果与该工序一致，则进行数据获取，若不一致不进行任何操作。当右侧某相对于左侧生成工序的测量工序测量完毕时，数据获取单元接收该测量工序的数据时，SPC系统同样检索判断模式数据、记录的产品ID等信息，与该工序一致时进行数据接收，若不一致则不进行任何操作。

本实施例还给出了其他判断模式，如图3所示，判断模式b与判断模式a基本相同，用于在指定生产设备及测量工序的数据接收时进行设备数据及设备位置和测量结果数据的接收判断，与判断模式a不同的是判断模式b在管理图上展示设备不同位置对应的测量结果并进行判断，并最终形成同一设备不同位置对应产品测量数据的差异性判定；判断模式c用于在指定两个测量工序及生产工序的数据接收时进行测量结果数据及生产数据的接收判断，针对2个测量结果的差、生产设备、生产品名对数据进行判断，最终形成两次测量结果的判定，如FPD生产过程需要对形成的金属膜层进行蚀刻，并对蚀刻前后的线宽进行测量并判定；判断模式d用于在指定产品名称及测量工序的数据接收时进行产品名称数据及测量结果数据的接收判断，主要测量前期一系列工序是否正常进行，并将同一生产方法的产品反应在同一个管理图上进行判断，用于鉴别使用同一生产品名在不同生产时间的测量结果进行判断；判断模式e与判断模式d相同，只是在同一管理图上将同一生产品名在不同生产时间的不同项目测量结果进行判断；判断模式f用于在指定设备的数据接收时进行设备数据的接收判断，针对关键设备的状态进行判断，用于对产品的最终性能有影响的设备相关性能进行监控，如某一设备的温度对产品的性能影响很大，则将设备温度进行监控。

特别的，在半导体及FPD制造过程中，为检测品名差异、设备差异或新产品而进行的实验及产品异常时的返工十分频繁，而这些实验或返工产品测试数据大部分都是与现有规格是不匹配的或者说是超规格的，在本发明中提出的每种判断模式同时规定了实验和返工的规则，具体如下：一、若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后在指定的工序数内没有数据产生，则将已记录的数据删除。以判断模式a为例，在图4示左侧的生产工序完毕后，产品ID、生产设备、生产品名信息被SPC数据获取单元获取，而在后续的生产中，产品可能会转移到其他设备生产以验证设备差异或品名差异，或者实验产品发生抽取或废弃等现象而在指定的后续工序数后仍没有相应的数据产生，此时已记录的产品ID、生产设备、生产品名信息将被删除。二、若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后，如在数据判断模式中指定的测量工序发生前，发生了其他指定工序，则将已记录的数据删除。同样以判断模式a为例，在图4示左侧的生产工序完毕后，产品ID、生产设备、生产品名信息被SPC数据获取单元获取，而在指定的测试工序发生前，产品可能因为质量原因重新进行返工即发生了非正常工序的其他人为指定工序，则将已记录的产品ID、生产设备、生产品名信息删除。

通过以上设置，可以准确获取SPC系统所需的数据，排除实验、返工过程可能造成的数据干扰，进一步的防止了实验、返工数据遗留之后可能造成的SPC数据“误判定”。

数据处理单元，如图2所示，与数据获取单元连接，用于将所获得的数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成SPC管理图。具体的，本发明实施例中所指的管理图类型为Xbar-R图、Xbar-S图、X-MR图、X-R图、P图、np图、c图、u图，而管理图规则为尼尔森规则，图5示出了管理图规则及潜在问题分析，同时图5的图表示例中给出若干数据Xbar的推移图。在实际生产过程中，考虑到每个生产或测量工序的特殊需求，也可以根据需要进行调整，如规则1一个点落在控制限外，此处控制限可以为K倍Sigma，同样规则2连续9点递增或递减，根据需要也可以调整为连续K点递增或递减，以下不再赘述。数据处理单元在接收到数据获取单元判断后的某一数据后结合管理图类型如Xbar-R图，则将某一数据进行平均和Range的处理，处理后的数据结合某一数据的历史数据及管理图规则最终形成某一数据的SPC管理图。

状态判定及预警单元，外接MES系统，并与数据处理单元通讯，用于根据生成的SPC管理图与预先设定管理图规则进行状态判定及预警。具体的，如图5中规则1对应的图表示例，在此图标中有两个样本点超出控制限，此时图标中此两个点标红，超出控制限的原因可能是人员操作、设备故障、原料不合格、检验方法或标准编号或计算、测量错误等等，针对此异常点发送相应的状态判定或预警信息给到MES系统，MES系统再发送到相应的设备报警；需要指出的是状态判定及预警单元的信息不止可以发送给MES系统，也可以根据工厂的实际需要，为方便相关技术人员查看，也可通过电子邮件等系统将状态判定及预警结果发送给对应人员，对应人员可以根据工厂自身需要进行相应的设备及产品处置。图6示出了本系统给出的推荐动作，针对出现超出规则的状况，设备侧先行进行控制或预警，因超出规则的原因很多，待查明原因后再将涉及的设备恢复或修整，而产品处理也是根据查明的原因进行相应的处理。

数据存储单元，与数据处理单元通讯，用于将所述数据处理单元生成的管理图数据进行保存，作为相应数据SPC管理图的历史数据。需要说明的是，为了提高实时质量预警及控制系统的运行速度，本发明在实时运行过程中获取最近的100个数据作为历史数据进行SPC图表绘制，当然也可以根据实际需要进行历史数据数量进行调整设置，通过以上设置即保证了实时质量预警及控制的需要又能保证数据处理的速度。

需要说明的是，除了在本系统保持最近的100个数据以外，SPC系统后台还有相应的硬盘同步保存包括100个数据以内的所有SPC历史数据，以便必要时对更前的历史数据进行追溯。

同时，本实时质量预警及控制系统直接在内存芯片上运行，有利的保证了系统响应时间。在本实施例中较优的运作环境如下Server：PC Server(HP-DL380G8CPU：2.6GHz使用Core数：3、Memory：16GByte)；Storage：100GByte；Client：i3Level；Memory：4GByte以上；Disk：64Gbyte以上，在此运行环境下本系统数据处理时间小于100ms(平均50ms左右)，通过提高硬件规格，可以进一步提高本系统的处理能力。

另外，基于上述实时质量预警及控制系统，本发明还提供了一种实时质量预警及控制方法，具体步骤如下：

步骤1、数据接收单元根据数据所属的判断模式接收SPC管理图所需数据；当所述数据与数据所属的判定模式一致时，则接收数据，若不一致时，则不进行任何操作；

步骤2、数据处理单元将数据结合管理图类型如Xbar-R图、管理图规则如尼尔森规则，进行数据处理并与最近的100个历史数据结合生成所属SPC管理图；

步骤3、根据管理图数据及管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警；

步骤4、将数据处理单元处理的数据作为历史数据进行保存，用于后续数据生成SPC管理图。

通过以上描述，本发明提供一种实时质量预警及控制系统及方法。本系统可以实时且不增加MES系统负担的前提下，将生产工序的数据接收并自动转换为管理图数据，并根据预存的管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警，以便及时发现产品及设备问题，避免重大损失流出或产生，并指导后续生产。

本系统直接在内存芯片上运行，有效的保证了系统响应时间。

另外，本系统在数据处理过程中结合数据所属判断模式进行一致化判断，确保了返工及实验过程的数据不会进入到正常生产产生的SPC数据中，防止“误判定”的产生。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，包括数据获取单元、数据处理单元、状态判定与预警单元、数据存储单元；

所述数据获取单元，外接MES系统，用于接收MES系统提供的数据，并根据数据所属判断模式获取SPC管理图所需数据；

所述数据处理单元，与数据获取单元连接，用于将所获得的数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成SPC管理图并输出给状态判定及预警单元；

所述状态判定及预警单元，外接MES系统，并与数据处理单元通讯，用于根据生成的SPC管理图与预先设定管理图规则进行状态判定及预警，并输出给MES系统；

所述数据存储单元，与数据处理单元通讯，用于将所述数据处理单元生成的管理图数据进行保存，作为相应数据的历史数据。

2.如权利要求1所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述数据所属判断模式包含以下：

a、生产工序+测量工序模式，用于在指定生产工序及测量工序的数据接收时进行生产数据及测量结果数据的接收判断；

b、生产设备+设备位置+测量工序模式，用于在指定生产设备及测量工序的数据接收时进行设备数据及设备位置和测量结果数据的接收判断；

c、测量工序+生产工序+测量工序模式，用于在指定两个测量工序及生产工序的数据接收时进行测量结果数据及生产数据的接收判断；

d、产品名称+测量工序模式，用于在指定产品名称及测量工序的数据接收时进行产品名称数据及测量结果数据的接收判断；

e、产品名称+多个测量工序模式，用于在指定产品名称及多个测量工序的数据接收时进行产品名称数据及多个测量结果数据的接收判断；

f、生产设备模式,用于在指定设备的数据接收时进行设备数据的接收判断。

3.如权利要求2所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后在指定的工序数内没有数据产生，则将已记录的数据删除。

4.如权利要求2所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，若在最初的生产工序、生产设备或测量工序开始后，如在数据所属判断模式中指定的测量工序发生前，发生了其他指定工序，则将已记录的数据删除。

5.如权利要求2所述的实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述数据所属判断模式还包含管理图Key，所述管理图Key用于确定每种判断模式需要获取的数据类别。

6.如权利要求1所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述数据处理单元的历史数据为最新的100个数据。

7.如权利要求1所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述管理图规则包括尼尔森规则；管理图类型包括Xbar-R图、Xbar-S图、X-MR图、X-R图、P图、np图、c图、u图。

8.如权利要求1所述的一种实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述状态判定及预警单元针对产品和设备。

9.如权利要求1-8任一所述的实时质量预警及控制系统，其特征在于，所述实时质量预警与控制系统在内存芯片上运行。

10.一种实时质量预警及控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、数据接收单元根据数据所属判断模式接收SPC管理图所需数据；

步骤2、数据处理单元将数据结合管理图类型、管理图规则进行处理并与历史数据结合生成所属SPC管理图；

步骤3、根据管理图数据及管理图规则进行产品或设备状态判定，针对异常状况发送产品或设备报警；

步骤4、将数据处理单元处理的数据作为历史数据进行保存。