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| 本文作者： 何思思 | 2021-06-21 19:00 |
智能、綠色成為了當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的主旋律。
眾所周知，我國一直以來都是工業(yè)大國，工業(yè)制造業(yè)一直都是我國經(jīng)濟發(fā)展的重頭戲。
在國家對外公布的制造領(lǐng)域長期規(guī)劃中，提出了“堅持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展”的理念。自這一個理念公布后，許多傳統(tǒng)工廠走上了智能、綠色、節(jié)能的探索道路。
理念是美好的，但現(xiàn)實卻是殘酷的。
由于工業(yè)本身就是碳排放大戶，所以要想實現(xiàn)低碳工廠的建設(shè)可謂“難于上青天”。同時，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的驅(qū)動下，數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型也被提上了日程。
換言之，“智能、綠色”將成為工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，要想實現(xiàn)雙腿走路，現(xiàn)在的工廠該怎么做？為此我們實地走訪了英飛凌無錫工廠。
人、機、料、法、環(huán)五大生產(chǎn)要素，彰顯智能風(fēng)采
英飛凌是德國一家半導(dǎo)體芯片設(shè)計、生產(chǎn)制造商，于1995年進入中國市場，落戶無錫，致力于分立器件和智能卡的后道制造。2015年，英飛凌新增投資3億美元在無錫建立了第二座工廠，以滿足日益增長的功率半導(dǎo)體需求。
據(jù)雷鋒網(wǎng)了解，英飛凌將半導(dǎo)體芯片分成了前道工序和后道的封裝測試。就前道工序來看，幾乎所有的半導(dǎo)體芯片工廠實現(xiàn)了高度的自動化、智能化，比如英飛凌在德國德累斯頓的300毫米和200毫米的晶圓工廠，100%實現(xiàn)了自動化，完全依靠機器人操作。
近年來，無錫工廠作為英飛凌半導(dǎo)體的后道工序，當(dāng)仁不讓，也在不斷進行著智能制造的實踐。英飛凌無錫工廠的主營產(chǎn)品包括分立器件、智能卡芯片和功率半導(dǎo)體。
眾所周知，半導(dǎo)體分立器件既是電力電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成電力電子變換裝置的核心器件之一，主要用于電力電子設(shè)備的整流、穩(wěn)壓、開關(guān)等，具有應(yīng)用范圍廣、用量大等特點，目前，已在消費電子、汽車電子、工業(yè)及自動控制以及網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
從制造工藝來看，半導(dǎo)體分立器件制造的工藝鏈較長，對刻蝕、光刻、氧化等工藝的均勻性、一致性要求很高，尤其是背面減薄、金屬化等特殊工序有特殊的生產(chǎn)工藝要求。
此外，封裝測試環(huán)節(jié)也對器件整體電學(xué)性能、可靠性和質(zhì)量有著重要影響，對于這種多工藝環(huán)節(jié)的產(chǎn)品，先進成熟的工藝是降低過程產(chǎn)品不良率和提升產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
對于研發(fā)設(shè)計企業(yè)來說，不僅需要在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計階段提規(guī)范工藝文件等核心技術(shù)文檔，還需要通過與工廠不斷溝通、確認以共同克服工藝難點，從而保證產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量。
數(shù)據(jù)來源：中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會、中商產(chǎn)業(yè)研究院整理
從分立器件整體市場發(fā)展來看，據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2019年中國半導(dǎo)體分立器件（該分類還包含光電器件、傳感器）的銷售收入為2851.8億元，同比增長5%。
據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2021年中國半導(dǎo)體分立器件市場規(guī)模將達3228.7億元。
工藝水平難度的提高加之市場需求的持續(xù)攀升，對半導(dǎo)體分立器件的生產(chǎn)帶來了雙重考驗。這就意味著，無論是生產(chǎn)、檢測包裝、運輸?shù)确矫娑家M行效率的提升。
英飛凌科技副總裁范永新介紹到，為了在保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，滿足市場供應(yīng)需求，2003年起，英飛凌無錫工廠就通過自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實現(xiàn)了制造的自動化和智能化，顯著提高了運營效率。
通過提供數(shù)據(jù)分析、智能決策等手段，從“人機料法環(huán)”五大關(guān)鍵生產(chǎn)要素環(huán)節(jié)（即人員、機器、材料和方法、設(shè)備、環(huán)境）入手，在生產(chǎn)周期、生產(chǎn)效率、自動化程度等方面均有了很大的提升。
在參觀分立器件測試車間時，雷鋒網(wǎng)觀察到，相比于其他的傳統(tǒng)工廠來說，英飛凌分立器件測試車間的員工明顯少得多。
英飛凌無錫工廠信息技術(shù)總監(jiān)曹翃表示，之前的器件檢測基于人工，每顆器件的X光圖片經(jīng)過人眼判斷是否有塌線，接觸脫離等現(xiàn)象，費時費力，為了彌補人為工作的不足，2018年后采用了電腦專家系統(tǒng)，只有電腦判別不太確定的才需要人工檢查，大大減輕了工作量和工作強度。
曹翃告訴雷鋒網(wǎng)，目前，無錫工廠通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工智能方法進行檢測，過殺率實現(xiàn)了極大的降低，減少了浪費。
不僅在生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)了自動化智能化管理，在包裝車間，我們可以清楚地看到，從產(chǎn)品的入庫、包裝、分類，通過一臺機械臂就可以輕松地完成。
曹翃特別強調(diào)道，這是根據(jù)工廠的流程定制的自動包裝機，每7秒可以完成折紙盒、放料盤、打標(biāo)簽粘貼、封盒子，和根據(jù)目的地自動分配數(shù)量和分流，打印物流出關(guān)、運輸所需要的文檔等，直接交給運貨商。每出一個包裝，目的地收貨方會收到在途信息，并做好相應(yīng)的收貨、自動調(diào)整計劃，和客戶交貨的物流準(zhǔn)備。
目前，工廠自動化程度已達到80%，在貨物搬運方面，由于產(chǎn)品眾多，種類形態(tài)差異極大，傳送帶難以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)版，因此無錫工廠目前仍采用叉車搬運，未來將持續(xù)探索向自動化、數(shù)字化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級。
光伏發(fā)電+節(jié)能產(chǎn)品雙拳出擊，打開綠色大門
相比于其他傳統(tǒng)工廠的自動化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，英飛凌無錫工廠開辟出了另一條可持續(xù)發(fā)展道路——打造低碳工廠。
如今，英飛凌無錫工廠被貼上了英飛凌全球最大的IGBT最大制造中心之一的標(biāo)簽。
眾所周知，IGBT模塊作為新能源汽車電機電控系統(tǒng)和直流充電樁的核心器件，成本占到新能源整車成本的8-10%，占到充電樁成本的20%。
在國際節(jié)能環(huán)保的大趨勢下，IGBT下游的新能源汽車、變頻家電、新能源發(fā)電等領(lǐng)域發(fā)展迅速。
數(shù)據(jù)顯示，2020年中國新能源汽車累計產(chǎn)量完成136.6萬輛，同比增長7.5%，在這一情況下，IGBT作為新能源汽車核心零部件，需求量也將大幅度提升。這主要是基于IGBT功率半導(dǎo)體具備節(jié)能優(yōu)勢，傳統(tǒng)的功率半導(dǎo)體損耗非常大，需要多個器件才能達到電能轉(zhuǎn)換的效果。IGBT通過調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來提升能源轉(zhuǎn)換效率，從而達到節(jié)能的作用。
范永新表示，如今，英飛凌IGBT模塊在新能源汽車行業(yè)已經(jīng)有了很大的市場需求和廣泛的落地應(yīng)用。
在參觀工廠的時候，雷鋒網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，IGBT模塊從生產(chǎn)、分類，包裝以及檢測等環(huán)節(jié)均采用自動化、智能化方式。
據(jù)了解，無錫工廠除了具備自動化、智能化能力外，綠色節(jié)能也是其最大的亮點。
眾所周知，國家強調(diào)力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。
在雙碳方面，英飛凌也身體力行，范永新主要從五個方面闡述了碳中和的具體措施：
通過廢氣凈化，延續(xù)并完善減少溫室氣體排放的自愿措施
不斷提高能源效率，并在制造領(lǐng)域采用最現(xiàn)代化的工藝技術(shù)
中期過渡到使用具有來源保證的100%綠色電力
通過擴建工廠的充電基礎(chǔ)設(shè)施來推廣電動汽車
對于無法完全避免的排放，以高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)購買碳排放證書，支持具有生態(tài)和社會效益的項目等。
中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授賀克斌曾指出，要實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，2050年光伏裝機總量將達到2020年的19倍，光伏發(fā)電需要多晶薄膜材料，制造這種材料需要的關(guān)鍵稀缺元素如銦、碲等，其需求量也將大幅增加。
光伏發(fā)電作為工廠實現(xiàn)低碳的重要手段，其重要性早已不言而喻。
據(jù)了解，2020年英飛凌無錫工廠在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中，碳排放主要集中在直接排放和間接排放兩個方面：
直接排放：公司所持有的或控制的排放源產(chǎn)生的溫室氣體，如鍋爐、車輛等產(chǎn)生的燃燒排放或者化學(xué)產(chǎn)品產(chǎn)生的直接溫室氣體；
間接排放：電力等能源直接溫室氣體的排放；公司活動所產(chǎn)生的其他排放，如燃料、水資源的供應(yīng)，材料、物流運輸以及廢水等其他廢棄物的排放。
范永新告訴雷鋒網(wǎng)，由于半導(dǎo)體制造對于恒溫恒濕無塵以及制造工藝的要求極其高，所以碳排放主要集中在電力方面，2020年電力方面的碳排放占整體碳排放的97%，達16388噸。
范永新表示，之前無錫工廠并沒有修建車棚，為了減少工廠的碳排放，修建了車棚，創(chuàng)造方便，還可用于光伏發(fā)電，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)在分布式屋頂和車棚等可用區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了100%覆蓋，100%使用廢熱循環(huán)加熱水處理系統(tǒng)，同時還采用能源合同管理的方式，利用更高能效的先進設(shè)備進一步降低能耗。此外，還實現(xiàn)了包裝材料的100%循環(huán)利用。
在生產(chǎn)晶圓方面，英飛凌生產(chǎn)每平方厘米晶圓的耗電量比全球平均水平要低約47%，耗水量比全球平均水平要低約29%，產(chǎn)生的廢棄物比全球平均水平要低約56%，范永新舉例補充道。
除了為自家工廠賦能外，目前，英飛凌的IGBT模塊、SiC模塊，分立器件等多款產(chǎn)品也為工業(yè)驅(qū)動、數(shù)據(jù)中心、汽車等眾多領(lǐng)域提供了服務(wù)，通過這些產(chǎn)品的應(yīng)用減少能源轉(zhuǎn)換和分配中的損耗，讓能源得到高效的利用。
范永新特別強調(diào)道，目前，無錫工廠已于2015完成了碳達峰，接下來將努力實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，力爭在2025年碳排放較2019年減少70%，2030年實現(xiàn)碳中和。
寫在最后
在社會環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展所需下，各行各業(yè)都將面臨著不同程度的挑戰(zhàn)。在這其中，工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)尤為嚴峻。
從目前來看，一方面，自工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)被納入新基建范圍后，可謂進入了發(fā)展的快車道。在這些因素的影響下，傳統(tǒng)企業(yè)有了迫切的自動化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的需求。另一方面，國家雙碳目標(biāo)提出后，工廠的低碳排放、綠色運營也成為了建設(shè)重點。
未來，傳統(tǒng)工廠既要實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型的升級，又要實現(xiàn)綠色節(jié)能的目標(biāo)，這是一條漫長且艱難的道路。
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