ภาคการผลิตกำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ซึ่งขับเคลื่อนโดยการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สี่ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการผสานรวมเทคโนโลยีดิจิทัล เช่น อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (ไอโอที) ปัญญาประดิษฐ์ (AI) การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ และระบบอัตโนมัติ สำหรับอุตสาหกรรมที่เน้นการผลิตแบบดั้งเดิม เช่น การผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์ (ซิลิคอนคาร์ไบด์) การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ใช่เพียงทางเลือกเท่านั้น แต่ยังเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้สามารถแข่งขันได้ในตลาดโลกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซิลิกอนคาร์ไบด์ซึ่งเป็นวัสดุสำคัญในเซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และเซรามิกขั้นสูง มีความต้องการที่เพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากนำไปใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า ระบบพลังงานหมุนเวียน และโครงสร้างพื้นฐาน 5G อย่างไรก็ตาม กระบวนการผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์แบบดั้งเดิม ซึ่งมักต้องใช้แรงงานมาก กินพลังงานมาก และต้องพึ่งพาระบบเดิม เผชิญกับความท้าทายที่สำคัญในการขยายการผลิตในขณะที่ยังคงคุณภาพและประสิทธิภาพด้านต้นทุน บทความนี้จะสำรวจแผนงานในการเปลี่ยนโรงงานผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์แบบเดิมให้กลายเป็นโรงงานอัจฉริยะที่บูรณาการแบบดิจิทัล โดยกล่าวถึงความท้าทายที่สำคัญ ปัจจัยสนับสนุนทางเทคโนโลยี และประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว

สถานะปัจจุบันของการผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์

กระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม

การผลิตซิลิกอนคาร์ไบด์เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน รวมถึงการเตรียมวัตถุดิบ (ทรายซิลิกาและปิโตรเลียมโค้ก) การสังเคราะห์อุณหภูมิสูงในเตาเผา แอเคสัน การบดและการสี การทำให้บริสุทธิ์ และการทดสอบคุณภาพ กระบวนการเหล่านี้ใช้ทรัพยากรจำนวนมาก ซึ่งต้องควบคุมอุณหภูมิ แรงดัน และปฏิกิริยาเคมีอย่างแม่นยำ โรงงานแบบดั้งเดิมมักพึ่งพาการตรวจสอบด้วยมือ การบำรุงรักษาเป็นระยะ และการแก้ปัญหาเฉพาะหน้า ส่งผลให้ไม่มีประสิทธิภาพ เช่น:

‌1. การใช้พลังงานสูง‌: เตาเผา แอเคสัน ทำงานที่อุณหภูมิเกิน 2,500°C ส่งผลให้มีต้นทุนพลังงานสูงและปล่อยคาร์บอน

2. คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ไม่สม่ำเสมอ: ความแปรปรวนในวัตถุดิบและการปรับกระบวนการด้วยตนเองส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องและความไม่สอดคล้องกันของชุดผลิตภัณฑ์

3. เวลาหยุดทำงานและความล่าช้าในการบำรุงรักษา: ความล้มเหลวของอุปกรณ์ที่ไม่ได้วางแผนไว้และระบบข้อมูลที่แยกส่วนขัดขวางการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์

4. ความสามารถในการปรับขนาดที่จำกัด: เวิร์กโฟลว์แบบแมนนวลต้องดิ้นรนเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ไฟฟ้าและการบินและอวกาศ

แรงกดดันจากตลาดขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลง

ตลาดซิลิคอนคาร์ไบด์ทั่วโลกคาดว่าจะเติบโตในอัตราเติบโตต่อปีแบบทบต้น (อัตราเติบโตเฉลี่ยต่อปี) มากกว่า 15% ตั้งแต่ปี 2023 ถึงปี 2030 การเติบโตนี้ได้รับแรงผลักดันจากการเปลี่ยนผ่านของภาคยานยนต์ไปสู่รถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานได้มากถึง 30% เพื่อใช้ประโยชน์จากความต้องการนี้ ผู้ผลิตต้องใช้กระบวนการที่คล่องตัวและขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ซึ่งจะช่วยลดของเสีย เพิ่มความแม่นยำ และเร่งเวลาในการนำสินค้าออกสู่ตลาด

เสาหลักของการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัลในสอิลิคอน คาร์ไบด์การผลิต

1. ‌Industrial ไอโอที (ไอไอโอที) และการรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์‌

รากฐานของโรงงานดิจิทัลอยู่ที่การเชื่อมต่อ โดยการฝังเซ็นเซอร์ไว้ในสายการผลิตต่างๆ เช่น การตรวจสอบอุณหภูมิของเตาเผา ระดับการสั่นสะเทือน และองค์ประกอบทางเคมี ผู้ผลิตสามารถรวบรวมข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้ ตัวอย่างเช่น:

เซ็นเซอร์อัจฉริยะในเตาเผา แอเคสัน: เทอร์โมคัปเปิลที่รองรับ ไอโอที และเครื่องวิเคราะห์ก๊าซให้ข้อมูลตอบรับอย่างต่อเนื่อง ช่วยให้ปรับเปลี่ยนแบบไดนามิกเพื่อปรับการใช้พลังงานให้เหมาะสมและลดความเครียดจากความร้อน

การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: เซ็นเซอร์ตรวจจับการสั่นสะเทือนบนเครื่องบดและโรงสีจะตรวจจับสัญญาณการสึกหรอในระยะเริ่มต้น และทำการบำรุงรักษาก่อนที่จะเกิดความล้มเหลว

2. การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการขับเคลื่อนด้วย AI

อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องสามารถวิเคราะห์ข้อมูลในอดีตและแบบเรียลไทม์เพื่อระบุรูปแบบและคาดการณ์ผลลัพธ์ซิลิกอนคาร์ไบด์การสังเคราะห์ โมเดล AI สามารถ:

‌การปรับพารามิเตอร์อัตโนมัติ‌: อัลกอริทึมจะปรับอุณหภูมิเตาและอัตราส่วนวัตถุดิบให้เหมาะสมเพื่อลดสิ่งเจือปนให้เหลือน้อยที่สุด

ลดการลองผิดลองถูกในงานวิจัยและพัฒนา: การจำลองเงื่อนไขการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันช่วยเร่งการพัฒนาสิ่งใหม่ซิลิกอนคาร์ไบด์เกรดสำหรับการใช้งานเฉพาะกลุ่ม

3. เทคโนโลยีฝาแฝดดิจิทัล

ฝาแฝดทางดิจิทัลซึ่งเป็นแบบจำลองเสมือนจริงของโรงงานจริงช่วยให้ผู้ผลิตสามารถจำลองและทดสอบการเปลี่ยนแปลงกระบวนการได้โดยไม่รบกวนการผลิต ตัวอย่างเช่น:

การเพิ่มประสิทธิภาพเตาเผา: การทดสอบโปรไฟล์ความร้อนทางเลือกในดิจิทัลทวินสามารถระบุการกำหนดค่าการประหยัดพลังงานได้

การรวมห่วงโซ่อุปทาน: ฝาแฝดทางดิจิทัลสามารถสร้างแบบจำลองผลกระทบของความล่าช้าของวัตถุดิบหรือความต้องการที่เพิ่มขึ้น ช่วยให้ปรับเปลี่ยนได้เชิงรุก

4. ‌หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง‌

ยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ (รถเอจีวี) และแขนหุ่นยนต์สามารถปรับปรุงการจัดการวัสดุ ลดข้อผิดพลาดของมนุษย์และอันตรายในสถานที่ทำงาน ในการผลิต ซิลิคอนคาร์ไบด์:

การขนส่งวัสดุอัตโนมัติ: รถเอจีวี เคลื่อนย้ายวัตถุดิบจากคลังสินค้าไปยังเตาเผา โดยซิงโครไนซ์ผ่านแพลตฟอร์ม ไอโอที

การตรวจสอบคุณภาพด้วยหุ่นยนต์: ระบบการมองเห็นที่ติดตั้งระบบตรวจสอบ AIซิลิกอนคาร์ไบด์คริสตัลสำหรับข้อบกพร่องด้วยความแม่นยำระดับไมครอน

5. ‌Blockchain สำหรับการตรวจสอบย้อนกลับ‌

เทคโนโลยีบล็อคเชนช่วยให้เกิดความโปร่งใสในห่วงโซ่อุปทาน แต่ละชุดซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถกำหนดใบรับรองดิจิทัลที่จัดเก็บอยู่ในบล็อกเชนได้ ซึ่งจะตรวจสอบความบริสุทธิ์ แหล่งที่มา และความสอดคล้องกับมาตรฐานอุตสาหกรรม ซึ่งถือเป็นคุณลักษณะที่สำคัญสำหรับลูกค้าในอุตสาหกรรมอวกาศและการป้องกันประเทศ

ความท้าทายในการเปลี่ยนผ่านสู่โรงงานดิจิทัล

1. การลงทุนเริ่มต้นสูง

การแปลงโรงงานแบบดั้งเดิมให้เป็นดิจิทัลต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก (แคปเอ็กซ์) สำหรับโครงสร้างพื้นฐาน ไอโอที การประมวลผลบนคลาวด์ และการฝึกอบรมพนักงาน วิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม (ผู้ประกอบการ SMEs) อาจประสบปัญหาในการหาเงินทุนโดยไม่ได้รับเงินอุดหนุนหรือความร่วมมือจากรัฐบาล

2. การต่อต้านทางวัฒนธรรม

แรงผลักดันจากการเปลี่ยนแปลงของกำลังแรงงานเป็นอุปสรรคทั่วไป ช่างเทคนิคที่มีทักษะซึ่งคุ้นเคยกับกระบวนการด้วยตนเองอาจไม่ไว้วางใจคำแนะนำของ AI หรือกลัวการถูกเลิกจ้าง การจัดการการเปลี่ยนแปลงที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งรวมถึงโปรแกรมพัฒนาทักษะและการสื่อสารที่โปร่งใส ถือเป็นสิ่งสำคัญ

3. ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์

การเชื่อมต่อที่เพิ่มมากขึ้นทำให้โรงงานต่างๆ เสี่ยงต่อการโจมตีทางไซเบอร์ การละเมิดเครือข่าย ไอไอโอที อาจขัดขวางการผลิตหรือทำลายข้อมูลที่เป็นกรรมสิทธิ์ การเข้ารหัสที่แข็งแกร่ง การตรวจสอบหลายปัจจัย และการตรวจสอบความปลอดภัยเป็นประจำเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้

4. การบูรณาการกับระบบเดิม

โรงงานแบบดั้งเดิมหลายแห่งดำเนินการด้วยเครื่องจักรและซอฟต์แวร์ที่ล้าสมัย การปรับปรุงอุปกรณ์เก่าด้วยเซ็นเซอร์ ไอโอที หรือบูรณาการเข้ากับระบบ ระบบบริหารจัดการทรัพยากรบุคคล (ERP) สมัยใหม่ถือเป็นความท้าทายทางเทคนิค

แผนงานการเปลี่ยนแปลงสู่ระบบดิจิทัล

ระยะที่ 1: การประเมินและพัฒนากลยุทธ์

‌การทำแผนที่กระบวนการ‌: ระบุคอขวดในเวิร์กโฟลว์ปัจจุบัน เช่น การทำงานของเตาเผาที่ใช้พลังงานเข้มข้นหรือการตรวจสอบคุณภาพด้วยตนเอง

การตรวจสอบเทคโนโลยี: ประเมินโครงสร้างพื้นฐานด้าน มัน/โอที ที่มีอยู่และกำหนดลำดับความสำคัญของพื้นที่สำหรับการอัปเกรด

การมีส่วนร่วมของผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย: ดึงดูดพนักงาน ซัพพลายเออร์ และลูกค้าให้ร่วมออกแบบแผนงานดิจิทัล

ระยะที่ 2: โครงการนำร่องและการพิสูจน์แนวคิด

‌เริ่มต้นเล็กๆ‌: นำเซ็นเซอร์ ไอไอโอที มาใช้งานในสายการผลิตเตาเผาหนึ่งสายเพื่อแสดงผลตอบแทนจากการลงทุน (ผลตอบแทนการลงทุน) ผ่านการประหยัดพลังงาน

การสร้างต้นแบบ AI: ร่วมมือกับผู้จำหน่ายเทคโนโลยีเพื่อพัฒนาแบบจำลอง AI นำร่องสำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์

ระยะที่ 3: การดำเนินการเต็มรูปแบบ

การปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐาน: ปรับใช้งานแพลตฟอร์มคลาวด์ (เช่น เอดับบลิวเอส ไอโอที, ซีเมนส์ มายด์สเฟียร์) เพื่อรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล

การฝึกอบรมบุคลากร: เปิดตัวโปรแกรมความรู้ด้านดิจิทัลและสร้างบทบาทแบบไฮบริด (เช่น “วิศวกรบำรุงรักษาที่เปิดใช้ข้อมูล”)

ระยะที่ 4: การปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง

คล่องตัว การวนซ้ำ: ใช้วงจรข้อเสนอแนะเพื่อปรับแต่งอัลกอริทึมและกระบวนการ

การทำงานร่วมกันในระบบนิเวศ: แบ่งปันข้อมูลที่ไม่ระบุชื่อกับซัพพลายเออร์และลูกค้าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้กับห่วงโซ่คุณค่าทั้งหมด

กรณีศึกษา: เรื่องราวความสำเร็จในซิลิกอนคาร์ไบด์การผลิต

โรงงานผลิตอัจฉริยะของ อินฟิเนียน

อินฟิเนียน เทคโนโลยี ผู้นำด้านซิลิกอนคาร์ไบด์เซมิคอนดักเตอร์ ลดเวลาในการผลิตลง 30% หลังจากใช้การตรวจจับข้อบกพร่องที่ขับเคลื่อนด้วย AI และการจำลองฝาแฝดแบบดิจิทัล การใช้พลังงานในโรงงานในมาเลเซียลดลง 20% ผ่านการปรับปรุงเตาเผาแบบเรียลไทม์

โครงการ บล็อคเชน ของ บริษัท เอส ที ไมโครอิเล็กทรอนิกส์

บริษัท เอส ที ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ร่วมมือกับ ไอบีเอ็ม เพื่อปรับใช้บล็อคเชนสำหรับซิลิกอนคาร์ไบด์ความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ บรรลุการปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมยานยนต์ 99.9% และลดต้นทุนการตรวจสอบลง 40%

อนาคตของดิจิทัลอิลิคอน คาร์ไบด์การผลิต

ภายในปี 2030 โรงงานดิจิทัลจะใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น การคำนวณแบบควอนตัมสำหรับการค้นหาวัสดุ และปัญญาประดิษฐ์สำหรับการตัดสินใจแบบกระจายอำนาจ การบรรจบกันของ 5G และดิจิทัลทวินจะช่วยให้สามารถตรวจสอบระยะไกลได้แบบเรียลไทม์ ขณะที่ปัญญาประดิษฐ์สามารถออกแบบคอมโพสิตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นต่อไปโดยอัตโนมัติ