Fabrikweite MES und APC Lösungen für die PV-Industrie

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1 Fabrikweite MES und APC Lösungen für die PV-Industrie Dipl.-Ing. Eckhard Schöbel Geschäftsführer Forschung & Entwicklung ais-automaon.com ais-automaon.com Datum

2 Agenda Einleitung & Movaon AIS MES MES Architektur MES Use Cases Prozessopmierung mittels APC Zusammenfassung

3 Innovave Lösungen für unterschiedlichen Branchen Fabrik- und Fergungsautomaon i Photovoltaik/ Solartechnik Halbleitertechnik Automove Prozess- und Anlagenautomaon Prozessindustrie Umwelttechnik Facility Automaon Pharmaindustrie Ca. 40 installierte MES Systeme in der PV Steuerungssysteme/ Hosnterfaces Vakuumtechnik Dünnschichttechnik Halbleiterindustrie Photovoltaikindustrie Systemlösungen auf Basis VAC Steuerungssysteme/ Systemlösungen Bahntechnik h

4 Überblick Solarprodukon PV Kristalline Solar PV Produkte Kristallisaon & Wafering Zellprodukon Modulprodukon Silizium Ingot Wafer Zelle Modul Zunehmender Trend zur Zusammenführung in einer Fabrik Nichtkristalline Solar PV Produkte Dünnschichtmodule

5 Auswahl typischer Prozessschritte in der kristallinen PV Produkon Wafering Ziehöfen der Ingots Bearbeitung des Ingots Ätzen & Singulaon Prüfung, Sorerung, Verpackung Zellprodukon Carrierbeladung Ätzen Diffusion Rasterdruck (Gitternetzstruktur) Modulprodukon Vereinzeln, Verlöten, Vermessen Beschichtung Framing

6 Überblick Dünnschichtprodukon

7 Typische Kennziffern einer Produkonsstätte Kristalline PV Produkte Dünnschichtprodukte Halbleiterindustrie Typischer Waferausstoß (heute) MWp /Jahr (entspricht 5 Wafer /Sek) MWp /Jahr (entspr. 1 Modul /20 Sek) Wafer /Woche (entspr. 1 Wafer /Min) Wirkungsgrad Ca. 16 % Ca. 12 % (CIS) Ausblick 1GWp /Jahr 05 0,5 GWp /Jahr Waferausstoß Wafer /Tag Wafer /Tag ( 10 Wafer /Sek) ( 1 Modul /3 Sek) Wirkungsgrad 22 % 16 %

8 Movaon für MES in Produkonslinien Darstellung & Verbesserung der einzelnen Produkonsprozesse Erfassung & Auswertung von Prozessdaten (maschinell & manuell) Darstellung & Verbesserung der Produkonsperformance/-auslastung Erfassung & Auswertung der Maschinendaten (SEMI E10) Vorausschauende Wartungsfunkon (Prevenve Maintenance), Produkonsfeinplanung Hochflexible Produkon (mehrere unterschiedliche h Arkel ) Flexible konfigurierbare Arbeitspläne, Auftragsverwaltung, akve Materialflusssteuerung Zerfizierbare Produkon mit nachweisbarer Qualität Materialtracking mit entsprechenden Auswertungen Produkonsmanagement Materialbilanzen, Interface zu PPS Teil- und Vollautomasche Prozessopmierung SPC, APC

9 AIS MES / Unterschiedliche Ausbaustufen IV Produkonsmanagement & -opmierung: Feinplanung Auswertung in Richtung Prozessopmierung, -stabilität, -qualität, -performance Materialbilanzen (Produkonskennzahlen) Wartung APC, SPC, PPS Interface III Akve Steuerung des Materialflusses: hohe h Flexibilität in der Produkon Ansteuerung von Transportsystemen II Materialtracking: Rückverfolgung des Materialflusses Zuordnung Prozessdaten und Maschinendaten zum Material Auftragsmanagement Produktgenealogie I Qualitäts- & Maschinendaten: Prozessdatenerfassung & -auswertung Maschinendatenerfassung & -auswertung

10 AIS MES Architektur Producon Control Recipe Managem. ERP Connecon Ordermanagem. Process Data Dispatcher Workplans Tracking Document Managem. AIS MES Detailed Planning Equipment Tracking Expert System Alarm Managem. Maintenance Managem. Database Communicaon Network Equipment Integraon: XML, SECS/GEM, OPC, nave Interfaces GUI

11 AIS MES Architektur: Maschinenanbindung Eine Lösung für alle Einsatzfälle Manuelle Bedienung: Datenzufuhr mit GUI, ID Leser, Teilweise Einbindung: Schnittstelle zur Maschine, Entscheidungen und Input vom Operator Komplette Einbindung: Automasche Einstellung ohne Operator Producon automaon Cell Controller Cell Controller Cell Controller XML, SECS/GEM

12 AIS MES Architektur: Operator Workstaon

13 AIS MES Architektur: Office Workstaon

14 AIS MES Server Architektur MES und Datenbanken 3. - MES Server, - MES Server (cold oder hot standby) - Datenbank-Cluster (produkv) - Datenbankserver (Auswertung) 2. - MES Server, - Datenbankserver (produkv) - Datenbankserver (Auswertung) 1. MES Server und Datenbankserver (produkv/auswertung) Produkve Datenbank Auswertende Datenbank Produkve Datenbank Auswertende Datenbank Produkve & auswertende Datenbank Kosten Verfügbarkeit MES & Daten

15 MES Use Cases Operator Schichtleiter Prozessverantwortlicher Wartungsingenieur Fergungsleiter Produkonsmanager Qualitätsmanager

16 Operator MES Use Cases Anstehende Aufträge Materialüberblick Maschinenüberblick Maschinenauslastung Maschinentagebuch

17 Schichtleiter MES Use Cases Auftragsverwaltung Fabrikvisualisierung Feinplanung Fabrikweite Materialübersicht Materialtracking

18 MES Use Cases Prozessverantwortlicher Wartungsingenieur Produkonsdurchlaufzeiten Anstehende Wartungsaufträge Ausbeute Abarbeitung Wartungsaufträge

19 MES Use Cases Fergungsleiter Produkonsmanager Produktkonfiguraon OEE - Maschineneffizienz Feinplanung Arbeitsplanmanagement Materialbilanz

20 MES Use Cases Qualitätsmanager Qualitätsverteilung Rohdatenauswertung (substrat) Fehlerpareto Real Time SPC

21 Movaon für APC in der PV Industrie Langzeitstabilität für qualitätsrelevante Prozesse (z.b. Anreflexionsschicht bei siliziumbasierenden Zellen) Erhöhung der Effizienz der PV Komponenten durch strenge Einhaltung der Prozessspezifikaon Entgegenwirken von Alterungseffekten Entgegenwirken von Abnutzungserscheinungen (z.b. Sputterquellen) Ausgleich von Einzelprozesstoleranzen (z.b. mittels run-to-run-control) Ausgleich von Umgebungstoleranzen (Konzentraonen, Temperaturen, Drücke)

22 Workflow APC Control Modellbildung Advanced Process Control 3. Kontrollalgorithmen definieren 2. Analyse der Messdaten (Data Mining) Control Model Data Mining Module Datenbank APC Framework Sammlung von Messdaten

23 Workflow APC Control Online-Control Advanced Process Control Control Model APC Framework Data Mining Module Datenbank 4. Implementaon APC Loop 5. Übertragung der Prozessdaten

24 AIS MES Architektur mit APC AIS MES Stasc Tool Data Mining AIS APC Framework APC Kommunikaonsnetzwerk Maschinenanbindung: XML, SECS/GEM, OPC, nave Interfaces Prozess- & Logiskdaten Stellwerte / Rezeptdaten

25 Anwendungsbeispiel: Beschichtungsanlage MAXI Kontrollierte und beeinflusste Variablen: Kontrollierte Variablen: Schichtdicke h / µm Beeinflusste Variablen: Leistung des Elektronenstrahl P / kw APC Control Messungen ohne APC Regelung: g Ziel von APC: konstante Schichtdicke!

26 Zusammenfassung Photovoltaikfabriken und damit der Anforderungen an die MES Systeme werden perspekvisch größer und komplexer Produkonssteuerungen in der PV müssen der steigenden Flexibilität in der Produkon Rechnung tragen Die Integraon von typischen MES mit Auswertesystemen (EES) und APC Lösungen liegt im Trend der Photovoltaikindustrie Zunehmend beeinflusst die Halbleiterindustrie auch die Photovoltaik (Standards, Fabrikgröße, Erfahrungspotenziale, IT-Landschaften, ) In Bezug auf zu verarbeitende Datenmengen und Produkonstaktzeiten exiseren in der Photovoltaik größere Anforderungen als in der Halbleiterindustrie / zukünfge IT Systeme und MES Lösungen müssen dem Rechnung tragen

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! AIS Automaon Dresden GmbH Member of Roth & Rau Group Otto-Mohr-Straße Dresden, Deutschland Telefon +49 (0)351/ Telefax +49 (0)351/ Web: Datum

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