智能制造典型案例|上微：超精密复杂集成电路专用装备智能制造集成创新与应用
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为解决光刻机结构复杂、高精度、批量小的零部件生产和装配问题，光刻机的技术完全可以作为智能制造工厂的借鉴。上微将建立应用于超精密复杂集成电路专用装备智能制造新模式。
一企业背景
上海微电子装备有限公司（简称“上微”）成立于 2002 年 3 月，位于上海市国家级高科技园区——张江高科技开发园区内。上微是在科技部和上海市政府推动下，由国内多家企业集团和投资公司共同投资组建的高科技有限责任公司，是国内唯一一家专注从事应用于大规模生产的中高端投影光刻设备研发、制造及销售的公司，产品可广泛应用于 IC 制造、先进封装、MEMS、LED、OLED-TFT 等制造领域。
高端投影光刻机涉及精密光学、精密机械、精密控制、软件、材料等多个学科，技术难度高且系统庞大而复杂，是集成电路制造发展的主要推动力。一台高端投影光刻机的软件代码已经达到了 600 多万行；数百个传感器、上千个执行器遍布光刻机“全身”，控制系统的响应时间达到了纳秒级；光刻机中的工件台系统已经达到 2nm 的运动精度，其中包含的激光干涉仪技术可以实现 0.15nm 的测量分辨率；智能传输系统中的预对准技术和机械手技术联动，实现了 5μm 的上片精度；为了保证套刻精度，光刻机中的精密对准系统实现了 3nm 的重复性精度；用于在线检测和实时补偿的调焦调平系统，能够实现 20nm 的重复性精度；为了保证光刻机的性能和可靠性，整机环境控制系统可以使光刻机内部的净化等级达到 Class10，温度控制精度达到±0.005℃。
目前，上微已经成为世界上继荷兰ASML公司、日本的Nikon公司和Canon公司三家光刻机公司之后的第四家掌握高端光刻机的系统设计与系统集成测试技术，并具备生产高端投影光刻机能力的公司。
虽然通过近几年的技术攻关，我国的光刻机制造能力已经取得很大的进步。但是光刻机的制造过程还是采用比较传统的方式。光刻机结构极为复杂，其使用到的零部件大多具有结构复杂、精度高、批量小的特点。受到传统制造方式的拘束，零部件的加工与装配，存在制造周期长、成本高等问题。这些问题直接影响光刻机的整体性能和竞争力，相同的问题也一直困扰着国内其他集成电路装备生产商。
二智能制造战略规划构想
光刻机的系统架构和工作方式与智能制造工厂非常类似，如图 2所示。智能制造工厂的建设属于跨学科、多领域的复杂系统建设，系统工程的方法必不可少。光刻机的设计和集成过程中，已经成功运用了系统工程的方法，并形成了完整的体系。整体而言，光刻机已经具备了智能制造工厂的所有要素。
▲图2
智能制造工厂的工作模式：输入设计图纸，即可在后端直接产出正式产品，中间全部为智能化的运作，无须操作工或工程师直接干预。而光刻机的工作模式也是工艺处方输入操作系统后，上片传输、对准、曝光、下片传输等过程全自动化、智能化进行，后端直接可以输出曝光片。如图 3所示，可见智能制造工厂的基本工作流程与光刻机类似。可以说，光刻机是一个浓缩的智能制造工厂，而智能制造工厂是一个展开的光刻机。
为解决光刻机结构复杂、高精度、批量小的零部件生产和装配问题，光刻机的技术完全可以作为智能制造工厂的借鉴。上微将建立应用于超精密复杂集成电路专用装备智能制造新模式。在新模式中，充分利用智能制造技术和光刻机研发过程中所积累的相关技术。其总体目标为，提高生产效率、降低运营成本、缩短产品研制周期、降低产品不良品率和提高能源利用率。
其中，主要包括建立智能车间制造系统，实现产品从设计、制造到装配的全流程智能化；建立智能化自主设计平台，将设计与仿真协同，支持和满足个性化设计和仿真，特别是将 3D 打印的设计理念与光刻机的复杂系统相结合，提升产品的设计质量和设计效率；建立如图 4 所示的，全自动高精密复杂零部件柔性制造岛，采用 3D 打印与 CNC 结合，以快速和相对低的成本制造结构复杂、高精度、小批量的金属零件；建立如图 5 所示的，人机协作高精密复杂零部件柔性装配岛，实现结构复杂和多样性部件的高精密装配能力。
▲图4柔性制造岛
▲图5柔性装配岛
这种智能制造模式将会推动超精密复杂集成电路专用装备在设计理念与制造理念上的变革，受益的将不仅仅是光刻机，未来还可以服务于所有的集成电路装备制造商，甚至可以复制到其他的行业，开辟金属零件加工的新纪元。
三智能制造实践现状和效果
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为树立典型、宣传推广先进经验，上海市经济和信息化委员会组织相关单位，对本市智能制造新模式、新机制应用以及高端智能装备首台突破情况进行了梳理，将相关企业的先进做法和成功经验汇编成书，为企业开展智能制造、高端智能装备研制与应用提供借鉴与参考。本案例集共分为四个部分，第一部分为本市智能制造新模式、新机制应用典型案例，第二部分为本市智能制造系统解决方案供应商典型案例，第三部分为本市具有代表性的高端智能装备首台突破案例，第四部分为本市支持智能制造和高端装备发展的相关产业政策。
订购热线：021-51757717
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第一部分 智能制造新模式机制应用典型案例
案例一 汽车全业务链智能制造集成创新与应用
上汽通用汽车有限公司
案例二 智能机床网络协同制造集成创新与应用
智能云科信息科技有限公司
案例三 大型汽轮发电机智能制造集成创新与应用
上海电气电站设备有限公司
案例四 高压输配电产品智能制造集成创新与应用
正泰电气股份有限公司
案例五 电梯远程运维集成创新与应用
上海三菱电梯有限公司
案例六 大功率船用柴油机关键件智能制造集成创新与应用
沪东重机有限公司
案例七 大型商用飞机智能制造集成创新与应用
上海飞机制造有限公司
案例八 冶金工业设备远程运维集成创新与应用
上海宝钢工业技术服务有限公司
案例九 光明乳业华东工厂智能制造集成创新与应用
光明乳业股份有限公司
案例十 移动通讯终端智能制造集成创新与应用
上海晨兴希姆通电子科技有限公司
案例十一 商用航空发动机总装智能制造集成创新与应用
中国航发上海商用航空发动机制造有限公司
案例十二 超精密复杂集成电路专用装备智能制造集成创新与应用
上海微电子装备有限公司
案例十三 半导体芯片智能制造集成创新与应用
中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
案例十四 液晶显示面板彩色滤光片智能制造集成创新与应用
上海仪电显示材料有限公司
案例十五 双离合变速器智能制造集成创新与应用
柯马（上海）工程有限公司
案例十六 电机行业智能制造集成创新与应用
上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司
案例十七 动力电池装配智能制造集成创新与应用
上海君屹工业自动化股份有限公司
案例十八 新能源汽车永磁电机智能制造集成创新与应用
上海浩野智能科技有限公司
案例十九 电梯轿体金属件智能制造集成创新与应用
上海新时达机器人有限公司
案例二十 慧程全产业链网络协同集成创新与应用
上海慧程工程技术服务有限公司
第二部分 智能制造系统解决方案供应商典型案例
一、上海工业自动化仪表研究院有限公司
二、上海明匠智能系统有限公司
三、上海宝信软件股份有限公司
四、上海电器科学研究所（集团）有限公司
五、上海德梅柯汽车装备制造有限公司
六、上海宝钢工业技术服务有限公司
七、科大智能科技股份有限公司
八、中科新松有限公司
九、上海拓璞数控科技股份有限公司
十、上海天永智能装备股份有限公司
十一、上海东富龙科技股份有限公司
十二、航天智造（上海）科技有限责任公司
十三、上海晓奥享荣汽车工业装备有限公司
十四、鼎捷软件股份有限公司
十五、上海玑智自动化科技有限公司
十六、柯马（上海）工程有限公司
十七、上海科致电气自动化股份有限公司
十八、上海君屹工业自动化股份有限公司
十九、伟本智能机电（上海）股份有限公司
二十、上海九高节能技术股份有限公司
第三部分 高端智能装备首台（套）突破典型案例
一、火箭贮箱滚弯壁板高效等厚铣削装备取得首台突破
二、世界首台36000吨超大六向模锻压机开机运行
三、我国高端半导体晶圆级封装装备“WMB型晶圆级微球植球机”实现量产
四、世界最大类矩形全断面隧道掘进机——“阳明号”盾构机研制成功并投入应用
五、国际首台采用光梭成像技术的3.0T超导磁共振研制成功并交付使用
六、国产高档数控曲轴磨床在一线汽车品牌主机厂产线成功应用
七、基于智能机器人应用的发动机自动化柔性总装线取得突破
八、我国大型金属构件“机器人型同轴送粉激光3D打印装备”实现自主研发并实现应用
九、我国首套第三代核电站专项监测系统研制成功并达到国际先进水平
十、太阳能热发电关键设备高温双罐熔盐储热系统研制成功
十一、“高效智能动力包系统”成功推向市场实现产业化
十二、有轨电车防撞预警系统取得首台突破
第四部分 附录
1. 上海市政府办公厅转发市经济信息化委
《关于上海加快发展智能制造助推全球科技创新中心建设的实施意见》的通知
2.上海市经济信息化委关于印发
《关于上海创新智能制造应用新模式和机制的实施意见》的通知
3.上海市经济信息化委
《关于组织开展上海智能制造系统解决方案供应商推荐目录编制工作》的通知
4.上海市经济信息化委
《关于组织实施2018年度上海市高端智能装备首台突破和示范应用专项》的通知
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上汽通用 智能云科 上海发电机厂 正泰电气 三菱电梯 沪东重机 上飞 宝钢 光明乳业 晨讯 商发制造
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产业链剖析
主机厂 新能源汽车 汽车注塑零部件 区块链 石墨烯 新材料上市企业名录 特斯拉供应商 独角兽 半导体
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