Pumpenhersteller Edwards und Fraunhofer setzen digitale Zukunftstechnologien für Smart Manufacturing unter Realbedingungen ein

Reinraum-Fraunhofer-EMFT

Edwards-Pumpe1800

Das Leistungszentrum Sichere Vernetzte Systeme München (SVS, http://www.svs.bayern) ist eine strategische Kooperation mit dem Vakuumpumpenhersteller Edwards im Bereich Smart Manufacturing eingegangen. Das Ziel der Zusammenarbeit ist die Erstellung einer erweiterten Leistungscharakterisierung für die Smart/Predictive Maintenance von subfab-Geräten als Referenz für Industrie 4.0-Anwendungen unter Realbedingungen. Das Leistungszentrum der Fraunhofer-Gesellschaft bietet Partnerunternehmen in den Bereichen Industrie 4.0, vernetzte Mobilität und Smart Health/Home eine interdisziplinäre und anwendungsorientierte Umgebung für systematische Forschung. Edwards ist ein führender Entwickler und Hersteller moderner Vakuumprodukte, Abgasreinigungslösungen und zugehöriger Mehrwertdienste.

Das Leistungszentrum stellt im Rahmen des Projektes eine Reinraumumgebung für die vereinbarte Kooperationszeit bereit.

Edwards kooperiert mit den Fraunhofer-Instituten Fraunhofer AISEC, Fraunhofer EMFT und Fraunhofer ESK, die ihr Expertenwissen zu sicheren und zuverlässigen Sensornetzwerken im Leistungszentrum Sichere Vernetzte Systeme bündeln. Die Zusammenarbeit umfasst Forschung, Entwicklung und Evaluierung von spezifischen Sensor- und IoT-Technologien mit dem Ziel der Generierung und Sicherung von qualitativ hochwertigen Daten für tiefgehende Analytik. Im Mittelpunkt steht die Erforschung der Korrelation zwischen Prozess- und Pumpenverhalten, die in der Halbleiter-Reinraumumgebung der Fraunhofer EMFT gesteuert werden soll. Edwards‘ neueste EdCentra Datenplattform soll hierbei eine Schlüsselrolle übernehmen.

Erforschung von Industrie 4.0-Szenarien

Der Fokus der Zusammenarbeit zwischen SVS und Edwards liegt auf der Realisierung von Predictive bzw. Smart Maintenance in den spezifischen Anwendung der Halbleiterproduktion. Um effiziente und effektive Service-Unterstützung für hochwertige Anlagen zu liefern, in diesem Fall Vakuumpumpen in einer Halbleiterfertigungsumgebung, sind Predictive Maintenance-Techniken zur Erkennung des Zustandes der Geräte und der Korrelation mit den Prozessbedingungen unerlässlich.

Die Halbleiterbauelementlinie 200 mm CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) von Fraunhofer EMFT, in Verbindung mit dem langjährig gewachsenen Wissen der Mitarbeiter in der Halbleiterfertigung, bieten das optimale Umfeld für das Monitoring des Equipments und der damit verbundenen Performance sowie der Validierung der Analytik und maschinellen Lernlösungen. Die Expertise des Fraunhofer ESK und AISEC im Bereich der sicheren Kommunikationstechnologien ermöglicht es, sichere und flexible Lösungen für vernetzte Fabriken zu entwickeln. Zu den Umsetzungsschritten innerhalb des Projekts gehören beispielsweise die Entwicklung von einem Sensor-Setup an der Reinraumumgebung des Fraunhofer EMFT zur Erfassung von Daten von unterschiedlichen Quellen innerhalb der Infrastruktur, sowie die Vorbereitung eines angebundenen Sensorknoten-Netzwerks, einschließlich einer sicheren Internet of Things (IoT)-Infrastruktur.

Intelligente und kognitive Instandhaltung

Neuartige Machine Learning-Techniken werden eingesetzt, um Anomalien in Sensordaten zu erkennen. Zu diesem Zweck wird die Datenfusion aus mehreren Sensordaten zur Kombination und Mustererkennung sowie Software-Algorithmen zur Erkennung spezifischer Instabilitätszustände benötigt. Der Prozess der Predictive Maintenance soll damit verbessert werden, indem neue Algorithmen für das maschinelle Lernen erforscht werden, basierend auf Daten erfasst von Sensoren über und unter dem Reinraumboden. So können die künftige Performance und etwaige Anomalien vorhergesagt werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verwendung von sicherer, hochzuverlässiger drahtloser Kommunikation zwischen Geräten unter Berücksichtigung von Faktoren wie Energieverbrauch, Datendurchsatz, Datenvolumen und der Einzigartigkeit der Halbleiterfertigungsumgebung. Dabei wird eine sichere Verbindung implementiert um Daten, maschinelle Lernmodelle und Gerätestatus in Echtzeit zwischen sicheren Standorten auszutauschen: vor Ort in der Fraunhofer EMFT CMOS-Linie, remote in der Cloud oder in der Unternehmenszentrale von Edwards. Dieses Vorgehen vereinfacht neben der Reduktion der Antwortzeiten beim Service auch die Entwicklung und den Einsatz analytischer Modelle. Ziel ist es, eine neue Referenzarchitektur bereitzustellen, die im Einklang mit den Anforderungen der Industrie 4.0 steht und sogleich auf die einzigartigen IP-Belange der Halbleiterhersteller zugeschnitten ist.

Um global operierenden Kunden gerecht zu werden, können Sensordaten verschiedener Instanzen innerhalb der Fabrik in einem sicheren Datenraum, der sich von einem einzelnen Werkzeug nach oben skalieren lässt, gespeichert werden. Der Zugriff auf diese Daten und die Bewegung der Daten wird durch die Anwendung einheitlicher Zugriffsrechte und unterschiedlicher Richtlinien eingeschränkt.