第六章 RFID 在製造業應用

1. 第六章 RFID在製造業應用 陳瑞順 博士

2. 內容大綱與學習目標 • RFID在ＩＣ封測業之個案 • 瞭解 RFID 改善在進出貨、機台資訊與生產線的管理 • 認識 RFID 提昇半導體供應鏈的資訊整合 • RFID在汽車製造業之個案 • 瞭解 RFID 支援汽車製造的裝配、保修作業 • 認識 RFID 強化汽車零配件的庫存管理、售後服務 • RFID在食品加工業之個案 • 瞭解 RFID 電子認證標章與食品認證制度的結合 • 認識 RFID 產品履歷追蹤的自動化

3. 一、RFID在ＩＣ測試業之個案 圖片來源：矽品精密

4. (一) 背景 • 動態管理的需求 • 半導體測試業必須透過大量接單來形成經濟規模 • 機台及物料類型增多，造成空間及動線配置不易 • 倉儲與製造現場的管理模式，都將影響生產效率 • 生產作業的瓶頸 • 晶圓測試生產線，仍由人員手動操作 • 機台參數設定的疏失，將導致產品重測或賠償損失 • 造成公司營運成本上升，獲利下降

5. 目標 • 透過RFID 系統將達成 • 建立一套零時差、零延遲、零待機與零庫存目標 • 進行製程自動化，以提高產品的良率及服務品質 • 藉由製程即時的監控與分析，提高客戶回應能力 • 整合後端資料庫，使上下游供應鏈資訊更為透明

6. (二) 基本架構 • 電子標籤(Tag)： • 遵循EPC Global 的國際標準 • 讀寫器(Reader) • 感應距離：移速、穩定性 • 處理速度：處理效能及傳輸速率 • 中介軟體 • 以訊息為導向(Message-Oriented) • 將資訊以訊息方式做傳遞 • 非同步傳送，不必等待回應

7. 中介軟體系統架構 • 扮演RFID 標籤和應用程式之間中介的角色 • 主要功能 • 使Read/Write更加可靠 • 把資料通過Reader推 或拉到正確位置 • 監測和控制Reader • 降低射頻干擾 • 處理Tag和Reader事件 • 應用系統通知 • 提供使用者異常警告

8. (三) 流程分析 • 晶圓測試 • 以測試機台與探針卡來測試晶圓上的晶粒 • 確保晶粒的電氣特性與效能符合設計規格 • 若晶粒未通過測試，該晶粒將做不良標記 • 有些晶粒(如Memory IC)可經由雷射修補進行重工 • 不良品將被篩選，功能正常者才能進入封裝製程

9. IC封裝 • 晶圓製造完成後，用塑膠等材料將晶片封包起來 • 以保護晶片並做為晶片與系統間訊號傳遞之介面 • 封裝方式： • 導線架封裝：適用於低階或一般IC • 將晶片置於導線中心，以打線接合連接至外引腳上 • 以環氧樹脂材料模封保護後完成 • 後續將導線架以引腳插入連接方式與主機板接合 • BGA封裝： • 利用載板作為中間零件，做為IC訊號與母板間的訊號連接 • 裸晶封裝： • 直接將晶片置放在母板上，中間不經過導線架或載板的中介。 • 封裝難度高。

10. 問題分析 • 前段製程晶圓供料經常不穩定 • 無法事先得知晶圓延遲出貨訊息 • 導致後端生產排程無法即時正確回應 • 客戶需求經常變動 • 客戶常有插單或急單發生 • 無法快速回覆達交狀況 • 作業大部份為手動，未結合資訊系統提昇效率 • 無法快速控制在製量 (Work In Process) • 無法快速連結在製品的變化以回應訂單的達交 • 進出貨作業耗時 • 收貨時必須仰賴倉管人員逐一清點 • 輸入繁瑣的庫存資訊，造成時間與人力的浪費 • 生產線資訊無法即時呈現與分析 • 測試完成一個批號後，才能將結果輸入系統

11. (四) 個案分析 • 半導體測試公司簡介 • 成立於民國 86 年 • 主要提供 IC 封裝與測試服務，包括： • 高集積度、高精密度記憶產品 • 混合訊號與模組 • 平面顯視器驅動 IC 與驅動模組 • 提供客戶全段加工及配貨服務，以節省顧客時間

12. 導入RFID系統整體架構 • 整合系統資訊，提供即時的監控功能，包括： • 晶圓收貨管理 • 安全庫位控管 • 製程自動化 • 成品入庫管理

13. 半導體測試公司導入RFID流程設計 • 實務管理作業流程 • 上游代工廠將晶圓裝入晶圓盒，貼上RFID標籤 • 出貨時自動傳送電子出貨通知與產品資訊 • 晶圓測試公司收貨時則讀取RFID資訊 • 完成收貨則立即回傳收貨通知 • RFID系統流程步驟 • 晶圓盒經過裝有RFID的閘門，RFID中介軟體將對應的批號、數量等相關資訊傳至測試廠的ERP系統 • 晶圓盒經過測試廠出貨區，將批號等資訊傳至封裝廠

14. (1) 入出庫分析設計 步驟1: 將出貨資訊送至測試廠 步驟2: 運輸業者將晶圓送至半導體測試工廠 步驟3: 裝有RFID標籤的晶圓盒經過有RFID讀取器的閘門,同時標籤資訊透 過無線網路上傳至RFID中介軟體 步驟4: RFID中介軟體會將標籤資訊自動寫入RFID資料庫。 • 實務管理作業流程 • 自上游晶圓廠所送達的晶圓盒經過測試廠收貨區閘門 • RFID標籤透過中介軟體與晶圓批號比對 • 若與晶圓代工廠所傳電子資訊相同，則寫入ERP系統並通知檢驗 • 若收貨的監測程序出現異常則發出警訊 步驟5: RFID中介軟體會將資訊送至ERP系統進行資料比對。 步驟6: ERP系統將比對資料結果傳送到RFID中介軟體。 步驟7: RFID中介軟體依結果啟動訊號燈;綠燈為資料無誤、紅燈則否 步驟8: 將收貨的檢測結果送至半導體測試工廠的B2B伺服器。 步驟9: 測試廠的B2B伺服器會將結果回傳IC代工廠的B2B伺服器。

15. 晶圓盒入庫的管理 • 出貨閘門 (RFID Reader的使用對象) • 接收從上游晶圓廠所送來的晶圓盒 • 自動比對入出貨資訊

16. (2) 製程自動化 步驟1,2: RFID中介軟體讀取位在晶圓盒上的標籤，處理後存放於資料庫。 步驟3: RFID中介軟體將標籤寫入電子流程卡系統資料庫。 步驟4: 依據這一批的批號形式自動連接到測試機台程式伺服器比對正確的 測試程式。 步驟5: 自動測試機台程式伺服器執行下載測試條件的 shell script。 步驟6,7 :線上人員查詢測試資訊如LotID與其他相關的資訊。 • 實務管理作業流程 • 當晶圓被放置於機臺準備測試時，RFID系統讀取標籤資訊 • 將所讀取的資訊傳送到RFID中介軟體，處理後儲存於資料庫 • 作業員利用電腦系統查詢生產資訊，如:流程卡及機台設定參數 • 達到工程資訊電子化、測試記錄系統化及節省紙張列印等目的

17. (3) 庫位管理：手推車位置管理 • RFID 作業流程 • 手推車上的RFID標籤經過高架底板時，其位置資訊將上傳。 • RFID讀取器將標籤資訊寫到RFID資料庫。 • 同時藉由標準傳輸協定將標籤資訊寫到庫位管理資料庫 • 線上人員可依據需求查詢手推車位置

18. 晶圓盒在手推車的管理 • 庫位管理 (RFID的使用對象) • 降低作業員尋找適當推車的時間 • 隨時掌握客戶晶圓盒、探針卡在手推車的行蹤

19. (3) 庫位管理：氮氣櫃管理 • RFID 作業流程 • RFID讀取器重複將每一位置存放的晶圓盒資訊傳至中介軟體 • RFID讀取器將標籤資訊寫到RFID資料庫。 • 同時藉由標準傳輸協定將標籤資訊寫到庫位管理資料庫 • 線上人員可依據需求查詢手推車位置

20. 晶圓盒在氮氣櫃的管理 • 氮氣櫃 (RFID Reader的使用對象) • 安全管理，記錄作業人員何時放入或取出 • 料品定位，迅速掌握物品動向，以利盤點、取放與排程規劃

21. (4) 中介軟體的設計 • 中介軟體之目的 • 將標籤資訊轉換為企業有用的觸發事件 • 將訊息傳送到對應的後端企業資訊系統 • 中介軟體之功能 • 操縱控制RFID讀寫設備，確保不同設備的協同運作 • 按照一定規則過濾數據，將真正有效資訊傳至後台 • RFID中介軟體與讀取器的串接步驟 • 確認RFID讀取器的環境 • 建立一個設備群組 • 定義輸出格式 • 進行測試 • 設定標籤資訊拋轉規則 (步驟4,5細節於次頁說明)

22. (4) 中介軟體的設計<續> • 步驟4：進行測試 • 當先前動作完成後，可將標籤放置於讀取器的讀取範圍 • 當讀取器偵測並讀取標籤資訊，可透過使用者介面確認資訊。 (如右圖) • 步驟5：設定標籤資訊拋轉的規則 • 依據實際現況，所有標籤資訊將以後端系統架構採用不同資訊拋轉規則 • 如HTTP Post 或 Web Service。 (如右圖)

23. 實務面的執行障礙與改善方案 • 使用者的觀念教育 • 專案起始前，必須清楚傳達RFID建置是追蹤製造現場的設備狀態與料品動向，而非掌握人員行蹤 • 技術層面的瓶頸克服 • RFID建置過程因需求與環境不同，需要使用不同用途的RFID讀取器與標籤，又須在同一標準RFID平台運作 • 除硬體設備整合外，也須資訊轉換以連結後端系統 • 花費額外時間來為晶圓盒感應設計客製化天線 • 規劃物體動線路徑，以消除電磁波的涵蓋死角 • 統一標籤張貼方式，以提高讀寫器讀取率

24. (五) 效益分析 • 評估模式 • 評估的依據基礎 • 專案團隊成員 • 現場員工經驗 • 使用者所提出的問題，以及生產線上的實地考察 • 評估的對象與指標 • 對象：對企業本身體系，以及相關的產業鏈 • 可量化之效益指標 • 非量化之效益指標

25. (五) 效益分析 <續> • 量化的效益指標 • 縮短進貨出貨的時間(60%) • 庫房對於所有料品的進出都必須詳加記載 • 原一筆資料作業時間為5分鐘；RFID自動入庫時間為2分鐘 • 故RFID 導入後可縮短進出貨作業時間約六成 • 縮短料品查詢的時間(93%) • 現場人員須透過系統查詢，以得知接續生產的貨批及儲位 • 原現場作業查詢時間為15分鐘；RFID系統主動資訊為1分鐘 • 故RFID 導入後可縮短查詢作業時間逾九成 • 減少製程記錄的時間(100%) • 現場人員對於生產過程及異常原因都必須加以記錄 • 原一筆貨批處理時間為3分鐘；RFID自動掃瞄不須人工記錄 • 故RFID導入後可完全減少製程記錄時間

26. (五) 效益分析 <續> • 非量化的效益指標

27. (六) 結論 • RFID監控資訊系統，將有效改善生產流程 • 電子工單資訊直接轉入，不再需要人工作業，倉管進出貨時間可減少60% • 生產線上的料品處理時間可減少約93%，有效進行產能的配置 • 現場作業人員不需再耗費時間記錄製程資訊，避免人為疏失，同時縮短製造交期 • 上下游供應鏈合作更加緊密，藉由RFID將各製程資訊呈現在網路系統中，提高客戶的滿意度

28. 二、RFID在汽車製造業之個案 圖片來源：裕隆汽車

29. (一) 背景 • 汽車產業涵蓋車輛製造商以及零件供應商 • RFID被應用於汽車製造程序 ，用途包括： • 車輛廠對零組件的追蹤、及庫存的掌控 • 關鍵組件生產之回溯及責任釐清 • 品牌汽車或零件的防偽 • 預估2008年RFID應用產值達8.72億美元 • 知名汽車製造商已積極部署RFID

30. (一) 背景<續> • 車輛識別系統之應用，新型的高級車款將配備RFID的識別系統 • 汽車零件應用領域，例如：RFID內嵌於輪胎 • 輪胎識別碼 • 製造日期、生產地點及出廠日期 • 胎壓記錄 • 經濟部於2007年規劃RFID在車輛產業的應用 • 車輛產業RFID應用SIG • 裕隆等國內車廠

31. (二) 基本架構 • RFID在汽車生產之識別與品質監控 • 起因：汽車客製化增高 • 汽車業努力追求即時生產與供貨模式 • 基於以上需求，每一零件都要有精確識別 • 確保原物料、半成品及零組件的儲放位置及組裝程序 • 運用RFID系統管控生產流程 • 管理模治具及機器設備 • 管理輸入輸出裝置 • 若出現無效讀取，系統將警示 • 確保模具使用及產品裝配的正確性

32. (二) 基本架構<續> • 運用RFID監測機器設備 • 移動式RFID 監測儀器，分析設備運作狀況 • 檢測未校準、軸承燒損等異常 • 避免機器的非計畫性停工 • 連結後端資料庫 • RFID在生產線環境的應用 • 確保符合設計規格及檢驗標準 • 控制活塞安裝位置、螺絲栓緊力矩是否適宜 • 安排品管控制標準程序

33. (二) 基本架構<續> • RFID在製程支援的應用 (以豐田汽車為例) • 原有生產流程卡(Run Card) 缺乏即時性 • RFID 快速掌握製造狀態、產品位置、品質異常 • 自動化追蹤機制，提供有效的生產排程 • 豐田汽車在移動掛架上安裝RFID以記錄生產數據(如圖) • RFID在管理零配件管理之應用 • 透過專門料箱輸送 • 安裝RFID以掌握生產狀態： • 內容識別、庫存掌控 • 出貨追蹤、出入管制 • 即時監控、自動補貨

34. (三) 現況流程分析 • 問題分析 • 過去以條碼(Barcode) 瓶頸 • 汽車在塗裝過程會使條碼受到污損 • 汽車零組件超過5000項 • 零組件要在倉庫內準確歸類與定位 • 出廠後，很難進行追蹤 • RFID的應用將 • 增進產品識別 • 提高組裝效率 • 精確掌控庫存 • 提昇保修服務

35. (三)現況流程分析<續> • RFID在汽車製造的使用現況 • 倉儲管理、車身組裝、經銷管理、保養維修等 • 頻段均採UHF，傳輸距離約10M • RFID標籤建置在物料輸送載具上 • 讀取器則置於載具轉運處 • 成車運送可利用RFID來管理車輛的配送 • 國內RFID汽車應用的市場商機 • 汽車零件供應商 • 汽車保養維修廠 資料來源：DigiTimes

36. (三)現況流程分析<續> 資料來源：DigiTimes

37. (三)現況流程分析<續> • 願景：供應鏈全面整合 • 零組件均貼上RFID標籤 • 提昇汽車供應商的車體裝配效率 • 增進維修保養廠的快速檢修流程 • RFID應用在汽車業的瓶頸 • 價格 • 干擾 • 耐久 • 安全

38. (四) 個案分析 • 裕隆公司簡介 • 成立於1953年6月，為臺灣第一家汽車製造公司 • 目前董事長為嚴凱泰先生 • 資本額為NT$147.73億元 • 員工人數1,350 位，工廠地址在苗栗三義 • 目前主要業務為汽車製造與銷售 • 裕隆導入RFID的歷程 • 2000年，開始導入RFID於製造系統 • 2006年，擴展RFID到汽車保修應用 • 未來，希望將RFID應用到上下游供應鏈體系之整合

39. (四) 個案分析<續> • 裕隆生產線導入RFID的過程 • 2000年開始導入RFID系統，合作廠商為美國奇異(GE) • 當時RFID技術未成熟，標籤成本約1萬元台幣。 • 第一階段將RFID應用在油漆槽，以控制烤漆作業時間 • 第二階段做庫存管理，以妥善控管汽車零組件 • 因電波受金屬干擾，故RFID標籤是貼在紙箱上作識別 • 在生產線上則將RFID標籤貼在半成品的運送載具上 • 當載具到達裝配地點，讀取器接受訊息便控制自動化設備組裝車體 • 同時結合製程管制系統，提高生產作業效率(30%) • 成車完成後送往管理中心，再經RFID系統派送車輛

40. (四) 個案分析<續> 資料來源：DigiTimes

41. (四) 個案分析<續> • 裕隆保修廠導入RFID的過程 • 藉由「移動價值鏈」提供顧客主動式的高品質服務 • 以RFID整合內部的經銷商管理系統，提高附加價值 • 2003年與工研院系統中心合作，採用IBM的RFID方案 • 2005年6月開始運作，其RFID保修流程為： • 對首次進場保修車輛，廠方將徵詢車主意願貼上RFID標籤 • 將其資料寫入RFID，並鎖定於車輛水箱下方 • 該RFID為被動式規格，無需電池故標籤壽命長 • 下次車輛再進廠，經過入口處的RFID讀取器，入口處上方的跑馬燈會出現專屬的歡迎詞，並提供客戶資訊給服務員 • 休息室的監控系統，會顯示車輛所在位置及維修進度 資料來源：DigiTimes

42. (四) 個案分析<續> (三) 流程分析 資料來源：DigiTimes

43. (四) 個案分析<續> • RFID結合胎壓檢測系統(TPMS)以確保行車安全 • 緣起：2000年，福特汽車配備的Firestone輪胎有瑕疵，Firestone被強制收回650萬同型輪胎 • 美國國會立法：客車均須安裝TPMS，用以偵測胎壓 • 利用RFID作為TPMS與行車電腦的資訊傳遞 • RFID以其識別能力，可進行汽車生命週期管理 • 汽車製造銷售：汽車零件資料、車主資料與信用記錄 • 車輛保養維修：事故或罰款記錄、里程及維修資料 • 監理單位管理：車籍資料、檢驗、違規或繳費…記錄

44. (五) 效益分析 • 汽車製造：塗裝 • 以耐高溫、抗油污的RFID標籤來取代傳統條碼 • 有效控制塗料的處理時間 • 汽車製造：裝配 • 提昇車輛組裝效率 • 有效降低庫存數量 • 重要配件加強其安全規格 RFID 標籤 RFID 讀取器 裝配線 控制器　

45. (五) 效益分析 • 汽車售後服務 • 直接讀取RFID記錄，降低車輛檢修的作業成本 • 記錄車輛與顧客資訊，提高親切與專屬的服務品質 • 汽車銷售 • 汽車進出的時間管理，確保車輛安全 • 大範圍的車輛定位，掌握成車的運載狀況 • 其它 • 汽車租賃公司能藉由RFID 精確監控燃料狀況 • 中古車輛公司能記錄中古車資訊，保障買賣雙方權益 • 監理機關單位能有效進行車輛管理，確保公共安全

46. (六) 結論 • 透過RFID支援車輛製造自動化 • 搭配現場料箱及製程設備，進行自動化作業 • 使料件能做好歸類與定位，並確保生產品質 • 藉由RFID提高庫存管控能力 • 利用RFID大範圍掃瞄能力，強化庫存盤點機能 • 零件製造商能藉由RFID記錄，達到產品召回的安全控管 • 利用RFID增進客戶服務品質 • 保修廠透過RFID資訊，快速掌握車輛使用狀態或異常原因

47. 三、RFID在食品加工業之個案 圖片來源：統一企業

48. (一) 背景 • 社會及政府對食品管理的重視 • 商業司已推動加工食品的履歷追蹤 • 為建立完整安全且安心的加工食品供應鏈 • 包括食品加工業、物流業、流通業，將整合食品加工履歷 • 先期導入計劃：以高單價加工食品為對象，如：保健食品、酒 • 計劃重點： • 應用RFID技術於加工食品履歷追蹤 • 推動RFID認證標章與品級認證 • 透過國際合作與RFID產業應用聯盟，擴展RFID系統衍生產品

49. (二) 基本架構：加工食品追蹤RFID • 自食品包裝與加工階段嵌入RFID標籤 • 結合檢測流程、生產紀錄與資訊系統以追溯產品來源 資料來源：經濟部商業司

50. EPC 資訊服務 ONS 3 EPC 資訊 向RFID標籤查詢 EPC 資訊 EPC 資訊 EPC 資訊 2 2 1 1 1 製造商 物流商 零售商 EPC 資訊 EPC 資訊 EPCIS運作架構 實際產品物流 實際產品物流