このブログはもともとcimetrix.comに掲載されていました。
SECS/GEM規格の概要
台湾プリント基板協会（TPCA）が製造設備の接続性基準として汎用製造設備通信制御モデル（GEM）を採用した後、同協会はシメトリックスに対し、GEMの主要な機能と利点について説明する技術会議での講演を依頼しました。 ブライアン・ルーボウ（Cimetrixクライアントトレーニング・サポート部長）による発表後、同協会は要約記事の執筆を依頼し、2017年10月のTPCA展示会期間中に発表されました。今回、2018年に開始予定の機能・利点に関する詳細なブログシリーズに先立ち、当該記事を再公開いたします。
SECS/GEMは、製造装置と工場ホストコンピュータシステム間の通信を規定する一連のSEMI規格を指す。メッセージ層規格であるSEMI E5 SECS-IIは、汎用メッセージ構造と多数の標準化メッセージからなるライブラリを定義する。 プロトコル層規格であるSEMI E37高速メッセージサービス（HSMS）は、TCP/IPを用いたSECS-IIメッセージ転送のためのバイナリ構造を定義する。SEMI E30 GEMは、SECS-IIメッセージのサブセットに対する最小限の要件、追加（オプション）機能、ユースケース、およびユーザーシナリオを定義する。
SECS/GEMは装置上に実装され、工場が指令・制御機能を実行するために使用される。業界標準であるため、SECS/GEM準拠のホストソフトウェアは、いかなるSECS/GEM準拠装置とも通信可能である。装置上で完全に実装された場合、この標準により工場ソフトウェアはSECS/GEMインターフェースを介して装置を完全に制御・監視できる。これらの標準は、装置メーカーと工場の双方に数多くの利点をもたらす。
SECS/GEMは装置統合コストを削減します
工場は通常、多国籍企業によって所有・運営されており、様々な機器メーカーから設備を購入しています。各設備の制御ソフトウェアは異なるものの、工場は設備を統合し調和して稼働させる必要があります。カスタムソフトウェアで各設備を個別に統合することは可能ですが、コストや時間効率の面で非効率です。
設備メーカーの状況も同様である。彼らは製品を世界中の様々な工場に販売しているが、各工場のデータ収集システムやアプリケーションソフトウェアは異なる。設備メーカーは工場が購入した設備を統合する支援を求められる。各工場向けにカスタム統合ソリューションを開発することは可能だが、これもまた費用対効果に欠ける。工場がカスタム統合機能を要求するたびに、そのコストは工場自身に転嫁されることになる。
カスタムソフトウェアは、装置メーカーが開発する場合も工場が開発する場合も、作成と保守に多額の費用がかかり、望まれる品質を下回る傾向がある。これに対し、SECS/GEM規格はあらゆる製造装置で標準化されたインターフェースを構築する方法を定義している。装置メーカーは全顧客向けに単一のインターフェースを開発することで利益を得られる。工場は購入した全装置で同一の統合ソフトウェアを再利用することで利益を得られる。 工場と機器メーカー双方がこのソフトウェアと技術を再利用することで、ソフトウェア品質が向上し、コスト削減と機能拡充が可能となる。機器メーカーと工場は、必要最小限の機能だけでなく、従来は高すぎて導入できなかった高度な機能も実装できる。SECS/GEMのみをサポートすればよい場合、機器メーカーはより多くのデータを公開し、より高度な制御をサポートできる。その結果、工場は追加データを活用して製品品質と生産性を向上させられる。
SECS/GEMは全ての製造装置に適用可能である
SECS/GEMは基本要件と追加機能に分かれているため、規模や複雑さにかかわらず、あらゆる製造装置に実装可能です。追加機能は常に必要とは限らないためオプションです。例えば、レシピを持たない装置ではレシピ管理追加機能を実装する必要がありません。
SECS/GEMは装置データの規模にも柔軟に対応します。例えば、非常に単純な装置やデバイスが10種類の収集イベントを発行する一方、複雑な装置は5000種類の収集イベントを発行する場合があります。それでも両者とも同じSECS/GEM技術を利用できます。
SECS/GEMインターフェースを使用することで、無数のアプリケーションをサポートできます
装置上で発生するすべての事象を追跡可能である。あらゆる遠隔制御機能とシステム構成をサポートできる。装置が公開するデータ量が増えるほど、工場が実装できるソフトウェアアプリケーションも増加する。SECS/GEMインターフェースにより、統計的工程管理、トラブルシューティング、予知保全、フィードフォワード/フィードバック制御、装置稼働率管理、材料追跡、レシピ検証など、多様なアプリケーションの実装が可能となる。 こうしたアプリケーションは、設備上のオペレーターインターフェースの必要性を低減し、工場内のオペレーター数を削減することが多い。レシピ管理により工場は廃棄物を最小限に抑えられる。例えばSECS/GEMインターフェースを活用し、黄金レシピを中央管理場所で保存するとともに、材料に正しいレシピが適用されることを保証する。
SECS/GEMはネットワーク帯域幅を非常に効率的に使用します
SECS/GEMが本質的に効率的な理由はいくつかある。まず第一に、すべてのSECS/GEMインターフェースはメッセージブローカーとして機能する。ブローカーは機器上で動作するため、購読されていないデータはネットワーク上に公開されない。ホストソフトウェアがアラーム、収集イベント、またはトレースデータメッセージを受信するには、まず購読する必要がある。 各アラーム、収集イベント、トレースデータの購読は個別に管理されるため、装置は単一のSECS/GEMインターフェースで、全工場アプリケーションが要求する全てのアラーム・収集イベント・トレースデータを配信可能であり、不要なデータによるネットワーク帯域の浪費を回避します。さらに、ホストがトレースデータを購読する際にはデータ収集レートを指定できるため、固定レートでデータを配信するプロトコルよりもSECS/GEMははるかに効率的で有用です。
さらに、すべてのSECS/GEMメッセージは常に効率的なバイナリ形式で送信されます。これはASCII形式で送信するプロトコルよりもはるかに少ない帯域幅を使用します。バイナリ形式を使用しているにもかかわらず、SECS/GEMメッセージは標準化されたXML表記との間で容易に変換可能です。
SECS/GEMは業界から多大な支持を得ています
SECS/GEMは長年にわたり、半導体産業における工場・装置間の通信および制御システムの基盤技術として機能してきました。 これは、今日の半導体製造が完全にSECS/GEM通信に依存していることを意味します。300mm半導体工場は1990年代後半からSECS/GEM通信に基づく完全自動化で稼働しており、TSMC、サムスン、マイクロン、インテル、東芝などの大手企業を含む多くの企業が、すべての工場で24時間365日SECS/GEMを活用しています。 フラットパネルディスプレイ、高輝度LED、太陽光発電などの他産業も、SECS/GEMの機能があらゆる製造装置に適用可能であり、ミッションクリティカルなアプリケーションをサポートできることを認識したため、正式にSECS/GEMを採用しています。
SECS/GEMは自己記述的である
標準では装置にGEMドキュメントを同梱することが要求されているが、SECS/GEMはホストソフトウェアが装置のSECS/GEMインターフェースに自動的に適応するための複数のアプローチをサポートしている。 ホストソフトウェアが利用可能なアラーム一覧、ステータス変数、装置定数、および新しい実装では利用可能な収集イベントとデータ変数のリストを要求するためのメッセージが存在します。これらのメッセージによりSECS/GEMはプラグアンドプレイを実現します。さらに、装置メーカーはSECS/GEMインターフェースとその機能を完全に記述した標準化されたXMLファイルを提供できます。
要約
SECS/GEM技術の利用には、工場と装置メーカーの双方にとって、これらは数ある利点の一部に過ぎません。SECS/GEMは実績のある技術であり、現在利用可能です。