現代化製造設施需要流程同步，以及設備與工廠主機系統之間的無縫通訊。SEMI 標準，特別是 該 SECS/GEM （SEMI 設備通訊標準／通用設備模型）標準套件，已成為 半導體 製造領域中，透過標準化各實體之間的通訊協定，已成為自動化發展的支柱。本文將介紹s GEM 標準，並 開始s 一連五篇 ，內容旨在 各種 各種 GEM 的各項。
何謂 GEM 標準？
GEM 指的是一套 SEMI 標準，用以規範製造設備與工廠主機電腦系統之間的通訊。訊息層標準SEMI E5 SECS-II定義了一種通用訊息結構，以及一套用於實現自動化功能的龐大訊息庫。 通訊協定層標準 SEMI E37 高速訊息服務（HSMS）則定義了一種二進位結構，用以透過 TCP/IP 傳輸 SECS-II 訊息。SEMI E30 GEM 針對 SECS-II 訊息的子集，定義了一套最低要求、額外（可選）功能、用例及使用者情境。
GEM 實作於設備上，並由工廠用以存取指揮與控制功能。由於這是一項成熟的產業標準，任何符合 GEM 規範的主機軟體皆可與任何符合 GEM 規範的設備進行通訊。當這些標準在設備上完全實作後，工廠軟體便能透過其 GEM 介面，對設備進行全面的控制與監控。這些標準為設備製造商和工廠雙方帶來諸多好處，其中幾項將在本篇文章及後續文章中加以重點介紹。
GEM 的優勢
- 增強的互通性：GEM 能夠讓各式各樣的工廠主機與多種設備類型之間實現無縫整合，無論其製造商為何。
- 資料透明度：GEM 透過將關鍵資料直接從設備傳輸至主機系統，支援即時監控與分析。
- 降低成本：GEM 介面消除了對客製化整合解決方案的需求，大幅降低了工廠與設備製造商的工程成本。
- 可擴展性：從簡單的裝置到極其複雜的設備，GEM 皆能因應不同程度的複雜性而靈活調整。
- 廣泛的產業支持：GEM 已廣泛應用於半導體、光伏電池、印刷電路板（PCB）、平面顯示器（FPD）等多個高科技製造產業。
介紹 GEM 控制狀態模型
GEM 控制狀態模型是 GEM 運作框架中的重要組成部分。它規範了主機系統與設備之間的合作層級，並在不同的控制層級上定義互動方式。這種系統化的做法可避免衝突，確保在任何時候，僅有經授權的實體才能對設備發出指令並進行控制。
GEM 控制狀態模型中有三個主要控制層級，每個層級皆針對主機系統與操作員之間的互動，規定了各自不同的權限與限制：遠端控制、本機控制及離線控制。
遙控器
遠端控制功能確保主機控制具有最高優先權，使主機能夠全面監督並指揮設備的運作。現場操作員與設備的互動極為有限，且會根據配置設定受到嚴格限制。諸如「啟動」、「停止」和「暫停」等關鍵指令，皆透過 GEM 遠端指令由主機遠端發出，以實現精確的設備控制。
本地控制
在本地控制模式下，操作員仍保有對設備的主要控制權，確保在安全或運作原因所需時，能夠覆寫主機的指令。主機可收集狀態讀數、追蹤資料及事件通知等資訊，但無法執行影響設備現行運作流程的關鍵指令。本地控制模式下設有相關限制，以防止主機啟動實體操作，包括啟動或停止作業。
離線控制
在離線控制模式下，操作員擁有完全的控制權，而主機系統則被有效排除在運作之外。主機的功能受到嚴格限制，主要僅限於建立基本通訊，或在操作員啟動時切換回線上狀態。
這些控制層級的分離，可確保運作安全，並避免可能對廠房、產品或人員造成損害的衝突。
「控制狀態模型」的運作方式
GEM 控制狀態模型的核心特點在於其狀態機，該狀態機負責控制系統在各控制層級之間的轉換方式。
- 操作員治理：操作員對狀態轉換擁有更高的控制權，以保障現場操作並確保運作安全。雖然主機可以要求變更控制狀態，但最終決定權通常在於操作員。
- 狀態顯示與控制：設備必須隨時向操作人員顯示當前的控制狀態。清晰可見的控制狀態顯示，對於讓現場使用者掌握設備的運作狀況至關重要。
- 控制開關的實現：設備必須配備實體或軟體開關，以便在不同控制層級之間切換。這些開關可能包含硬體按鈕，或用於長期運作設定的永久儲存軟體配置。
- 條件式狀態轉換：某些狀態轉換（例如從「主機離線」轉換為「主機在線」）可設定為條件式，並依據一組預先定義的設備設定進行配置。
對於仰賴高精度與明確運作權限的工廠而言，此模式提供了一個穩健的框架，能適應各種生產情境。
那麼，GEM 控制狀態模型的主要優點有哪些？
衝突解決
該框架透過明確界定在每個時刻由哪個實體（主機或操作者）掌握控制權，從而消除模糊性。此舉可防止因同時輸入指令而可能引發的操作衝突。
提升安全性
透過優先確保當地操作人員的控制權，該模型能在發生緊急狀況或操作不安全時，迅速採取應變措施。
營運效率
主機可預先定義控制與通訊參數，藉此簡化指令流程並縮短設定時間。
靈活性與客製化
透過基於開關的轉換機制與可配置的條件狀態，製造商可依據特定設備或工廠層級的運作需求，量身打造控制狀態模型。
智慧製造的關鍵面向
GEM 控制狀態模型透過在操作員與主機系統之間取得權力平衡，同時維持高效運作，從而強化製造自動化。除此之外，它還為實施更高階的智慧製造標準奠定了必要基礎，例如GEM300系列標準中的自動化概念。
與 GEM 攜手邁向未來
對於尋求可擴展、具成本效益且適應性強的設備通訊與控制解決方案的工廠而言，GEM 標準無疑是最佳選擇。無論您是正邁向自動化製造，還是升級既有系統，實施 GEM 標準都能確保您的營運保持高效、安全，並為未來的挑戰做好準備。