Sistema de ejecución del desarrollo de procesos

Los sistemas de ejecución de desarrollo de procesos ( PDES , por sus siglas en inglés) son sistemas de software que guían el desarrollo de tecnologías de fabricación de alta tecnología, como la fabricación de semiconductores , MEMS , energía fotovoltaica , dispositivos biomédicos o nanopartículas . Estos sistemas de software presentan similitudes con los sistemas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM, por sus siglas en inglés). Guían el desarrollo de tecnologías nuevas o mejoradas desde su concepción, pasando por el desarrollo, hasta la fabricación. Además, se basan en conceptos de los sistemas de ejecución de fabricación (MES, por sus siglas en inglés), pero los adaptan a la I+D en lugar de a la producción. Los PDES integran personas (con diferentes perfiles y que pueden pertenecer a distintas entidades legales), datos (de diversas fuentes), información, conocimiento y procesos de negocio.

Entre los beneficios documentados de los sistemas de ejecución del desarrollo de procesos se incluyen:

• Reducción del tiempo de comercialización
• Menor cantidad de experimentación
• Calidad mejorada / proceso de fabricación más robusto
• Costes de creación de prototipos reducidos
• Ahorros mediante la reutilización de datos, información y conocimientos originales.
• Un marco para la optimización de productos
• Reducción de residuos
• Ahorro gracias a la integración completa de los flujos de trabajo de ingeniería.
• Capacidad para proporcionar a los socios colaboradores acceso a un registro de desarrollo centralizado.

Un sistema de ejecución de desarrollo de procesos (PDES, por sus siglas en inglés) es un sistema que utilizan las empresas para llevar a cabo actividades de desarrollo de procesos de fabricación de alta tecnología. Los sistemas de software de este tipo aprovechan diversos conceptos de otras categorías de software, como PLM , sistemas de ejecución de fabricación (MES) y ECM , pero se centran en herramientas para acelerar el desarrollo tecnológico en lugar de la producción.

Un PDES es similar a un sistema de ejecución de fabricación (MES) en varios aspectos. La principal diferencia radica en que un PDES está diseñado para guiar el desarrollo de un proceso de fabricación, mientras que un MES está diseñado para ejecutar la producción en volumen utilizando dicho proceso. Por lo tanto, el conjunto de herramientas y el enfoque de un PDES se centran en volúmenes menores, pero con mayor flexibilidad y libertad para la experimentación. Las herramientas de un MES se centran más en reducir la variabilidad, aumentar los volúmenes, lograr un control más estricto y optimizar la logística. Ambos tipos de software de aplicación mejoran la trazabilidad, la productividad y la calidad del resultado final. Para los PDES, la calidad se refiere a la capacidad del proceso para funcionar sin fallos en una amplia gama de condiciones, es decir, la robustez del proceso de fabricación desarrollado. Para los MES, la calidad se refiere a la calidad del producto fabricado. Además, ambos tipos de software comparten funciones como el seguimiento de equipos, la genealogía del producto, el seguimiento de mano de obra e artículos, el cálculo de costes, la captura de firmas electrónicas , la monitorización de defectos y su resolución, paneles de control ejecutivos y otras soluciones de generación de informes.

A diferencia de los sistemas PLM , los PDES suelen abordar los desafíos de colaboración e innovación con un enfoque ascendente. Comienzan con los detalles de las tecnologías de fabricación (como PPLM ), un único paso de fabricación con toda su parametrización física y pasos de integración en secuencias, dispositivos, sistemas, etc.

Otras categorías de software bastante similares son los sistemas de gestión de información de laboratorio (LIMS) y los sistemas de información de laboratorio (LIS). Los PDES ofrecen un conjunto más amplio de funcionalidades, por ejemplo, técnicas de fabricación virtual, aunque normalmente no están integrados con el equipo del laboratorio.

Los PDES constan de muchos componentes y pueden implementarse a diversas escalas, desde el seguimiento del trabajo en curso hasta una solución compleja integrada en toda la infraestructura de desarrollo empresarial. Esta última se conecta con otros sistemas empresariales, como los sistemas de planificación y gestión de recursos empresariales (ERP), los sistemas de ejecución de fabricación (MES), la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), las soluciones de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) y los sistemas de planificación y programación (tanto a largo como a corto plazo).

Las nuevas ideas para procesos de fabricación (para nuevos productos o para mejorar la producción) suelen basarse en desarrollos y recetas ya existentes, o al menos beneficiarse de ellos. Lo mismo ocurre al desarrollar nuevos dispositivos, como un sensor o actuador MEMS . Un PDES ofrece una forma sencilla de acceder a estos desarrollos previos de manera estructurada. La información se recupera más rápidamente y los resultados anteriores se pueden tener en cuenta de forma más eficiente. Un PDES normalmente ofrece herramientas para visualizar y buscar datos de resultados desde diferentes perspectivas, y para categorizarlos según distintos aspectos. Estas funcionalidades se aplican a todos los datos de resultados, como materiales, pasos del proceso, máquinas, experimentos, documentos e imágenes. El PDES también permite relacionar entidades que pertenecen al mismo contexto o a uno similar y explorar la información resultante.

En la fase de ensamblaje, desde los pasos del proceso hasta los flujos de proceso, un PDES facilita la creación, el almacenamiento, la impresión y la transferencia de nuevos flujos de proceso. Al proporcionar acceso a flujos de proceso previamente ensamblados, el diseñador puede utilizarlos como bloques de construcción o módulos en el nuevo flujo desarrollado. El uso de bloques de construcción estándar puede reducir drásticamente el tiempo de diseño y la probabilidad de errores.

Un PDES demuestra sus beneficios reales en la fase de verificación. El conocimiento (por ejemplo, en la fabricación de dispositivos semiconductores : limpiar antes de la deposición; después de la aplicación de polímero por centrifugación, no utilizar temperaturas superiores a 100  °C hasta que se retire la resina) se proporciona en un formato que un ordenador puede interpretar como reglas. Si un experto en el dominio introduce las reglas para los pasos de su proceso, todos los ingenieros pueden utilizar posteriormente estas reglas para comprobar los flujos de proceso desarrollados recientemente, incluso si el experto en el dominio no está disponible. Para un PDES, esto significa que debe ser capaz de

1. gestionar reglas
2. conectar reglas con términos booleanos (y, o, no) y
3. Verifique los flujos de proceso utilizando estas reglas. Esta verificación de reglas comprueba la viabilidad de fabricación de un flujo de fabricación de nuevo diseño.

La verificación de las reglas de procesamiento no proporciona información sobre la funcionalidad ni la estructura del producto o dispositivo fabricado. En el ámbito de la fabricación de dispositivos semiconductores , las técnicas de simulación de procesos de semiconductores ( TCAD) permiten obtener información sobre las estructuras resultantes. Para respaldar esta «fabricación virtual», un PDES (Sistema de Desarrollo de Procesos) gestiona los modelos de simulación de las etapas del proceso. Normalmente, los resultados de la simulación se presentan como datos independientes. Para solucionar este problema, los PDES gestionan los archivos resultantes junto con el flujo del proceso. Esto permite al ingeniero comparar fácilmente los resultados esperados con los simulados. El conocimiento adquirido a partir de esta comparación puede utilizarse para mejorar el modelo de simulación.

Tras la verificación virtual, el dispositivo se produce en un entorno de fabricación experimental. Un PDES permite transferir el flujo del proceso al entorno de fabricación (por ejemplo, en semiconductores: fab ). Esto se puede hacer simplemente imprimiendo una hoja de instrucciones para el operario o mediante la interfaz con los sistemas de ejecución de fabricación (MES) de la planta. Por otro lado, un PDES puede gestionar y documentar cambios de última hora en el flujo, como ajustes de parámetros durante la fabricación. Durante y después del procesamiento, se toman numerosas mediciones. Los resultados de estas mediciones suelen generarse en forma de archivos, como imágenes o archivos de texto simples que contienen filas y columnas de datos. El PDES puede gestionar estos archivos, vincular resultados relacionados y gestionar diferentes versiones de ciertos archivos, por ejemplo, informes. Junto con métodos flexibles de recuperación y búsqueda de texto y gráficos, un PDES proporciona el mecanismo para visualizar y evaluar los datos, la información y el conocimiento acumulados desde diferentes perspectivas. Ofrece información tanto sobre los aspectos informativos como sobre los aspectos temporales de los desarrollos anteriores.

Las actividades de desarrollo en las industrias de alta tecnología son cada vez más colaborativas. Esto conlleva la necesidad de intercambiar información entre los socios o de transferir la propiedad intelectual del proceso de un proveedor a un cliente. Los sistemas PDES facilitan esta transferencia, protegiendo selectivamente la propiedad intelectual de la empresa.

• Microfabricación
• Fabricación de dispositivos semiconductores
• Sistemas microelectromecánicos
• Sistema de gestión de información de productos (PIMS)

• D. Ortloff, J. Popp, T. Schmidt y R. Brück. Entorno de soporte para el desarrollo de procesos: un conjunto de herramientas para diseñar secuencias de fabricación en International Journal of Nanomanufacturing, "Desarrollos e innovaciones recientes en dispositivos NEMS/MEMS", 2007.
• T. Schmidt, K. Hahn, T. Binder, J. Popp, A. Wagener y R. Brück. OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE MEMS MEDIANTE EXPERIMENTOS VIRTUALES. En Actas de SPIE: Micro y Nanotecnología: Materiales, Procesos, Empaquetado y Sistemas III, Adelaida, volumen 6415, 2006. Materiales inteligentes, nano y microsistemas inteligentes 2006.
• Noticias de NEXUS. "Resultado exitoso del proyecto PROMENADE..." , mst|news , abril de 2008.
• Resultados de las TIC. "Una fábrica virtual para micromáquinas" , Resultados de las TIC , junio de 2007.
• Electronics World – I+D de alta tecnología – Ahogándonos en datos pero sedientos de información..

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• Glosario de semiconductores