Digitaler Zwilling in der Fertigung: Kollisionsschutz und Produktionsoptimierung
- Lesezeit: 5 Min.
In der modernen Halbleiterfertigung, die sich durch Präzision und Effizienz auszeichnet, stellt die Sicherstellung eines kollisionsfreien Betriebs innerhalb hochkomplexer Maschinen…
In der modernen Halbleiterfertigung, die sich durch Präzision und Effizienz auszeichnet, stellt die Sicherstellung eines kollisionsfreien Betriebs innerhalb hochkomplexer Maschinenlandschaften eine deutliche Herausforderung dar. Das erfolgreich abgeschlossene Projekt, “Machine Material Damage Control (MMDC)”, zielt darauf ab, diese Herausforderung zu meistern. Durch die Implementierung einer wegweisenden Lösung kann nicht nur die Betriebssicherheit erhöht werden, sondern auch die Grundlage für zukünftige Innovationen in der Halbleiterfertigung gelegt werden. Diese Lösung ermöglicht modernste Technologien und eine nahtlose Kommunikation zwischen unterschiedlichen Maschinenmodulen.
Die Herausforderung
Sicherstellung kollisionsfreier Bewegungsprozesse in der Fertigung
Zu Beginn des MMDC-Projekts steht die anspruchsvolle Aufgabe, einen durchgängig kollisionsfreien Bewegungsprozess innerhalb und außerhalb einer komplexen Mehrachsen-Messmaschine in der Halbleiterfertigung zu gewährleisten. Die zentrale Herausforderung besteht darin, eine nahtlose Kommunikation und Synchronisation zwischen einer Vielzahl von Maschinenmodulen zu ermöglichen, die in einem hochsensiblen Reinraum-Umfeld operieren. Dies erforderte eine ausgeklügelte Lösung, die heterogene Produktlandschaft und die Beteiligung von bis zu 25 verschiedenen Lösungsanbietern integriert.
Die Komplexität wird durch die Notwendigkeit verstärkt, Materialschäden, Produktschäden oder Maschinenkollisionen innerhalb der Messzelle zu verhindern. Jede Kollision oder Fehlfunktion kann nicht nur zu kostspieligen Ausfallzeiten führen, sondern auch die Integrität des Herstellungsprozesses beeinträchtigen. Darüber hinaus muss das System in der Lage sein, einen hochpräzisen Messprozess über mehrere Maschinenmodule hinweg zu realisieren, was eine beispiellose Genauigkeit in der Positionierung und Bewegungssteuerung erfordert. Die Entwicklung einer Lösung, die diese Anforderungen innerhalb einer komplexen Struktur aus Automatisierungskomponenten und Automatisierungsarchitektur erfüllt, stellt eine ein anspruchsvolle Aufgabe für das Projektteam dar.
Die Lösung
Frühzeitige Validierung der Kollisionsfreiheit durch den digitalen Zwilling
Um die Herausforderungen zu bewältigen, wird eine innovative Lösung, die eine übergreifende Maschinensteuerung mit einer spezifischen “Maschinenfreigabesequenz” und einem digitalen Zwilling kombiniert, entwickelt. Diese Strategie ermöglicht es, eine präzise Kontrolle und Koordination der Bewegungen zwischen den einzelnen Maschinenmodulen zu erreichen und gleichzeitig das Risiko von Kollisionen zu minimieren.
Ein Schlüsselelement der Lösung ist die umfassende Implementierung auf allen Ebenen der PLC-Automatisierung (Programmable Logic Controller) mit der fortschrittlichen Siemens SIMATIC Hardware. Von der Kopfsteuerung bis zur Feldebene wird eine durchgängige Logik etabliert, die eine detaillierte Überwachung und Steuerung der Maschinenbewegungen ermöglicht. Die Integration der Kollisionsvermeidungsfunktion eines Siemens SINUMERIK Systems spielt eine entscheidende Rolle dabei, den Informationsaustausch zwischen separaten Maschinenmodulen zu erleichtern und somit potenzielle Kollisionen zu erkennen und zu vermeiden.
Um das Potenzial des digitalen Zwillings voll auszuschöpfen, wird dabei auf die leistungsstarken Funktionen von Siemens NX MCD (Mechatronics Concept Designer) und Siemens SIMIT gesetzt. Diese Kombination ermöglicht es, ein umfassendes und detailgetreues Abbild der realen Maschinenumgebung zu schaffen und in einem Hardware-in-the-Loop-Szenario zu implementieren.
Siemens NX MCD bietet eine intuitive Plattform für die Konzeption, Simulation und Validierung komplexer mechatronischer Systeme. Durch die Verwendung von NX MCD kann nicht nur die physischen Bewegungen der Maschinenmodule innerhalb des unter Vakuum stehenden Kessels simuliert werden, sondern auch die Interaktion zwischen den einzelnen Komponenten und deren Auswirkungen auf den Gesamtprozess analysiert werden. Die Fähigkeit, komplexe kinematische und dynamische Analysen durchzuführen, ermöglicht es, potenzielle Problembereiche frühzeitig zu identifizieren und zu adressieren, bevor sie in der realen Umgebung auftreten könnten.
Ergänzend dazu ermöglicht Siemens SIMIT eine realitätsnahe Simulation der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, die für die Präzisionssteuerung der Maschinenmodule unerlässlich ist. SIMIT bietet eine Plattform, auf der virtuelle Inbetriebnahmen durchgeführt werden können, was bedeutet, dass die Software- und Hardware-Komponenten der Maschine unter realen Bedingungen getestet werden können, ohne physische Risiken einzugehen. Dies ist besonders vorteilhaft für das Testing und die Optimierung der Kollisionsvermeidungsfunktionalitäten.
Die Kombination aus NX MCD und SIMIT in einem Hardware-in-the-Loop-Szenario erlaubt es dem Team, die Bewegungen und Interaktionen innerhalb der unter Vakuum stehenden Kessel nicht nur zu visualisieren, sondern auch unter nahezu realen Bedingungen zu testen. Diese fortschrittliche Simulationsumgebung bietet eine zusätzliche Ebene der Sicherheitsprüfung und Optimierung, indem sie es ermöglicht, Änderungen im Design oder in der Steuerungslogik virtuell zu evaluieren und zu verfeinern, bevor diese im realen System implementiert werden. Auf diese Weise tragen NX MCD und SIMIT entscheidend dazu bei, das Risiko von Materialschäden, Produktschäden oder Maschinenkollisionen zu minimieren und gleichzeitig die Effizienz und Sicherheit des gesamten Herstellungsprozesses zu maximieren.
Das Ergebnis
Signifikant verbesserte Sicherheit und Effizienz in der Fertigung
Das Ergebnis des MMDC-Projekts ist eine signifikante Verbesserung in der Sicherheit und Effizienz der Bewegungen von Maschinenmodulen innerhalb der Halbleiterfertigung. Durch die Implementierung der Lösung kann eine sichere Bewegung der Maschinenmodule gewährleistet werden, einschließlich der Bereitstellung eines Echtzeitsimulationsmodells, das tiefgreifende Einblicke in die Funktionsweise der unter Vakuum stehenden Kessel bietet.
Die erfolgreiche Realisierung des Projekts basiert auf der einzigartigen, ganzheitlichen Integration von modernsten Technologien über mehrere Siemens-Produktplattformen hinweg, einschließlich SIMATIC, SINUMERIK, SIMIT und NX. Dies ermöglicht es unserem Kunden nicht nur, den digitalen Zwilling bereits in einem frühen Stadium der Inbetriebnahme für ein umfassendes Verständnis der Module, Bewegungen, Verhaltensweisen und Messprozessschritte zu nutzen, sondern setzt auch neue Maßstäbe in der Fertigungstechnologie.
Durch diese Innovationen kann unser Kunde die nächste Stufe der Fertigungseffizienz und Fertigungssicherheit erreichen. Das MMDC-Projekt demonstriert, wie durch den Einsatz von Spitzentechnologie und interdisziplinärer Zusammenarbeit bahnbrechende Fortschritte in der Halbleiterfertigung erzielt werden können, und bestätigt unsere Position als Wegbereiter für die Zukunft der industriellen Fertigung.
Jetzt mehr über diesen Use Case erfahren
Sie haben ähnliche Herausforderungen? Dann fragen Sie unsere Experten.