Werkstückbegleitender Informationsspeicher als Basis für ein informationstechnisches Konzept für Halbleiterfertigungen

114 Pages·1990·4.155 MB·German

by  Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Sauter (auth.)

Werkstiickbegleitender Informa
tionsspeicher als Basis ffir ein infor
mationstechnisches Konzept ffir
Halbleiterfertignngen
von der Fakultlit Fertigungstechnik der
Un iversitlit Stuttgart zur Erlangung der
Wiirde eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.)
genehmigte Abhandlung
vorgelegt von
Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Sauter
aus Bad Cannstatt
Hauptberichter: Professor Dr.-Ing. H.-I. Warnecke,
Dr. h.c. Dr.-Ing. E.h.
Mitberichter: Professor Dr.-Ing. habil. E. Liider
Tag der Einreichung: 19. Ianuar 1990
Tag der miindlichen Priifung: 25. Iuli 1990
Klaus-Dieter Sauter
Werkstuckbegleitender
Infonnationsspeicher als
Basis fur ein informations
technisches Konzept
fUr Halbleiterfertigungen
Mit 55 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York London
Paris Tokyo Hong Kong Barcelona 1990
Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Sauter
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E.h H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-53236-1 e-ISBN-13: 978-3-642-47941-0
DOl: 10.1007/978-3-642-47941-0
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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Heimsheim
2362/3020-543210
Geleitwort der Herausgeber
Futuristische Bilder werden reute entworfen:
o Roboter bauen Roboter,
o BreitbandinformationssysteIre transferieren riesige Dat.ennengen in
SeklU1den urn die ganze ~lt.
Von der "m:mschenleeren Fabrik" wird da gesprochen und van "papierlo
sen Bliro". W3rtlich gencmnen rnuJ3 man beides als Utopie bezeichnen,
aber der EntwickllU1gstrend geht sicher zur "autaratischen FertiglIDg"
lU1d zum "rechnerlIDterstlitzten Bliro". ForschlU1g bedarf der Perspektive,
ForschlU1g benOtigt aber auch die RiickkoppllU1g zur Praxis - insbeson
dere im Bereich der Produktionstechnik lU1d der Arbeitswissenschaft.
FUr eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schltis
selstelllU1g. ~hanisierlU1g lU1d AutanatisierlIDg haben es lU1S in den
letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat lU1serer Wirtschaft stiindig
zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die LeistlU1gssteigerlIDg
einzelner Maschinen lU1d Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB
wir das Zu.sanrrenspiel der verschiedenen Untemehm:msbereiche starker
beachten rntissen. In der FertiglIDg selbst konzipieren wir flexible Fer
tiglIDgssysteIre, die viele verkettete Einzellraschinen beinhalten. lXlrt,
wo es Produkt lU1d Produktiansprogranm zulassen, denken wir intensiv
tiber die VerknlipflU1g von Konstruktion, ArbeitsvorbereitlU1g, FertiglIDg
lU1d Qualitatskontrolle nacho RechnerlU1terstlitzte InformationssysteIre
helfen dabei lU1d sollen zuni eIM (carputer Integrated Manufacturing)
fUhren und CAD (CcrIputer Aided Design) lU1d CAM (Corrputer Aided Manu
facturing) vereinen. Auch die Bliroarbeit wird neu durchdacht lU1d mit
Hilfe vemetzter CcJlputersysteIre teih.eise autanatisiert lU1d mit den
anderen Untemehm:msflIDktionen verblU1den. Information ist zu einem
Produktiansfaktor geworden, lU1d die Art lU1d Weise, wie man damit tmgeht,
wird mit tiber den Unternehm:mserfolg entscheiden.
Der Erfolg in lU1seren Untemehm:m hangt auch in der ZuklIDft entschei
dend van den dort arbeitenden Menschen ab. RationalisierlIDg lU1d Auto
ll'atisie=g rntissen deshalb im Zusarn:renhang mit Fragen der Arbeitsgestal
tlU1g betrieben werden, lU1ter BerlicksichtiglIDg der Bedlirfnisse der Mit
arbeiter lU1d lU1ter BeachtlU1g der erforderlicl's1. (}.lalifikatianen. Inve
stitianen in Maschinen lU1d Anlagen niissen deshalb in der Produkticn wie
im Bliro durch Investitionen in die C\lalifikation der Mitarbeiter be
gleitet werden. Bereits irn PlanlU1gsstadiurn rntissen Technik, Organisation
lU1d Soziales integrativ betrachtet lU1d mit gleichrangigen GeStaltlU1gS
zielen belegt werden.
Von wissenschaftlicher Seite rnuJ3 dieses Bemtihen durch die EntwickllU1g
von loEthoden lU1d Vorgel's1.sweisen zur syst:ematischen Analyse lU1d Ver
besse=g des Systems Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforder
lichen DienstleistlU1gsflIDktionen lU1terstlitzt werden. Die Ingenieure
sind hier gefordert, in enger Zusarnrenarbeit mit anderen Disziplinen,
z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften lU1d der Arbeitswis
senschaft, UislU1gen zu erarbeiten, die den veranderten RandbedinglIDgen
FechnlU1g tragen.
Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei
tlU1g im Betrieb erinnert, der von der AngebotserstelllU1g tiber Konstruk
tian und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur FertiglIDgssteuerlIDg lU1d Quali
tatskcntrolle reicht. Beirn MaterialfluB geht es urn die richtige Aus-
wahl und den Einsatz vm Fordennitteln SONie Anordnung und Ausstattung
von Lagern. GroBe AufIrerksarnkeit wird in nachster Zukunft au:h der
\\eiteren Autcmatisierung der Handhabung von Werkstocken und Werkzeu
gen sowie cler M:mtage vm Produkten gesch:!nkt werden.
Von der Forschung muB in diesem ZusaJTI'rel1hang ein Beitrag Z\.ml Einsatz
fortschrittlicher intelligenter COl!putersystene erfolgen. Planungs
prozesse rntissen durch SOftwaresystene unterstiitzt und AIbeitsbedingun
gen wissenschaftlich analysiert und neu gestaltet \\erden.
Die vm den Herausgebem geleiteten Institute, das
- Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart (IFF),
- Fraunhofer-Institut fUr Produktioostechnik und Autcmatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den
eben aufgezeigten Ehtwicklungen mit. Die Ausstattung der labors und
die Qualifikatioo der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit
zu Forschungsergel:riissen gefUhrt, die fUr die Praxis vm groBern
Wert \oaren. Zur Umsetzung ge\\'OOl1ener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe "IPA-lAO - ForschU'lg und Praxis" herausgegeben. Der vorliegencle
Band setzt diese Reihe fort. Eine t!bersicht Gber bisher erschienene
Titel wird am SchluB dieses Bu:hes gegeben.
Oem verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, clem Springer
Verlag fUr die Aufnal'me dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa
lette und der Druckerei fUr saubere und ziigige Ausfiihrung. M5ge das
Buch von der Fac:hwelt gut aufgenamen \\erden.
H. J. Warnecke • H.-J. Bullinger
Vonvort
Das vorliegende Buch entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Fraunhofer-Institut fUr Produ~tionstechnik und Automatisierung (IPA ), Stuttgart. Zum
Dank fUr das entgegengebrachte Verstandnis widme ich das Buch meiner Frau und meinem
Sohn.
Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Dr.-Ing. E.h. H.-J.Warnecke danke ich fUr seine
wohlwollende Unterstiitzung und Forderung meiner Arbeit.
Mein Dank gilt in gleicher Weise Herro Professor Dr.-Ing habil. E.Liider fUr die Durchsicht
der Arbeit und die Obernahme des Mitberichtes.
Ferner danke ich allen Kolleginnen und Kollegen die mich durch ihn: Mitarbeit und
anregende Kritik unterstiitzt haben, insbesondere Herro Dipl.-Ing S.Wohnhas, Herrn Dipl.
Ing. W.Schiifer und Herro Dr.-Ing. R.Herz. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing.
AMack fUr seine ausdauernde Diskussionsbereitschaft und seine befruchtenden Anregungen.
Stuttgart, August 1990 Klaus-Dieter Sauter
Inhaltsverzeichnis
Abkiirzungen und Fonnelzeichen 13
1 Einleitung 16
1.1 Problemstellung 16
1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise 17
2 Stand der Technik 19
2.1 Begriffe und Definitionen 19
2.2 Chipfenigung 20
2.3 Gerlitetechnik 21
2.4 Infonnationsverarbeitung in der Fertigung 22
3 Analyse von Schwachstellen
der Chipfertigung 25
3.1 Fehlerursachen in der Chipfenigung 25
3.2 Schwachstellen in Organisation und Struktur 27
3.2.1 Fenigungsklassifizierung 27
3.2.2 Fertigungsorganisarion 28
3.2.3 Fertigungsstruktur 28
3.3 MaterialfluB und Logistik 30
3.4 Schwachstellen in der Informationsverarbeitung 31
3.4.1 Klassifizierung der Daten 31
3.4.2 Struktur des Arbeitsplans 32
3.4.3 Auftrag. Los und Horde 32
3.4.4 InfonnationsfluB 32
-10-
3.5 Manuelle Eingriffe 33
3.6 Zusamrnenfassung der Analyseergebnisse 34
4 Ableitung der Entwicklungsschwerpunkte 35
4.1 Strukturierung der Anforderungen 35
4.2 Aufstellung des Systempflichtenheftes 36
4.2.1 Forderungen 36
4.2.2 Wiinsche 37
5 Entwicklung und Bewertung
von Losungsalternativen 39
5.1 Voraussetzungen fUr die U>sungsfmdung 39
5.1.1 Aufgabenorientierte Produktionsdatenstrukturierung 39
5.1.2 Informationstechnische Modellierung der Fertigung 42
5.2 Erftillung der Forderungen 46
5.2.1 Verhinderung manueller Eingriffe 46
5.2.2 ErhOhung der Ausfallsicherheit der Fertigung 49
5.2.3 Plausibilitatskontrolle 52
5.2.4 Systemkonzept zur Erftillung der Forderungen 58
5.3 Bewertung 59
5.3.1 Varianten der Funktionsaufteilung 59
5.3.2 Auswahl der u>sungsvariante 64
6 Konzeption des werkstiickbegleitenden Informa-
tionssystems 65
6.1 Organisationsstruktur 66
6.2 Funktionsmodularisierung 66
-11-
6.3 Grundbetriebsarten 71
6.4 Bedienung 72
6.5 Basisfunktionen 73
6.5.1 Datentrligerverwaltung 73
6.5.2 Netzwerkkornrnunikation 76
6.5.3 Konfigurierung 79
6.6 Hardwarearchitektur 79
6.6.1 Gerategliederung 79
6.6.2 Varianten von Datentrager und Ubertragungseinrich-
~ ~
6.6.3 Schnittstelle zurn Fertigungsgerat 84
6.7 Geratetechnische Ausfiihrung 87
7 Realisierung des ~rkstiickbegleitenden Informa-
tionssystems 89
7.1 Aufbau eines Funktionsrnusters 89
7.1.1 Geratekornponenten 89
7.1.2 Schnittstellen 90
7.1.3 Softwarekonzept 93
7.1.4 Gehause und Anbringung 94
7.2 Integration in eine Pilotzelle 95
7.2.1 Fertigungsurngebung 95
7.2.2 Integration des werkstiickbegleitenden Informationssy
stems 97
7.2.3 Systernarchitektur der Pilot-Fertigungszelle 98
-12-
7.3 Erfahrungen bei der Realisierung 100
7.3.1 Umsetzung in ein Geritesystem 100
7.3.2 Integration in die Fertigung 101
8 Zusammeofassuog uod Ausblick 103
8.1 Zusammenfassung 103
8.2 Ausblick 104
9 Literaturverzeichois 106