【文章內(nèi)容簡介】 低成本，提高經(jīng)濟效益。S 也有兩方面的含義，一是利用自動化技術，更好地做好市場服務工作；二是利用自動化技術，替代或減輕制造人員的體力和腦力勞動，直接為制造人員服務。E 的含義是制造自動化應該有利于充分利用資源，減少廢棄物和環(huán)境污染，有利于實現(xiàn)綠色制造。TQCSE 模型還表明，T、Q 、C、S 、E 是相互關聯(lián)的，它們構成了一個制造自動化功能目標的有機體系。 CIM 是一種組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的哲理，CIMS （計算機集成制造系統(tǒng)）是基于CIM 哲理構成的、優(yōu)化運行的企業(yè)制造系統(tǒng)。CIMS 可定義為是通過計算機硬、軟件，并綜合運用現(xiàn)代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術實現(xiàn)系統(tǒng)集成與優(yōu)化的復雜系統(tǒng)。CIMS 也叫計算機綜合自動化制造系統(tǒng)，是由多個自動化程度不同的子系統(tǒng)集成起來的。 [2]如管理信息子系統(tǒng)、制造自動化子系統(tǒng)、工程設計自動化子系統(tǒng)、質(zhì)量保證子系統(tǒng)等。CIMS 通過計算機與網(wǎng)絡技術將這些子系統(tǒng)連接了起來。CIMS 覆蓋了制造企業(yè)的各種經(jīng)營活動，其中包括了生產(chǎn)經(jīng)營管理、工程設計和制造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即從產(chǎn)品報價、接受訂單開始，經(jīng)計劃安排、設計、制造直到產(chǎn)品出廠及售后服務等的全過程。圖 11 顯示了 CIMS 的結構 [3]。圖 11 計算機集成制造系統(tǒng)第 1 章 緒 論3RS BSTYSMES EAPCIMSFigure 11 Computer Integrated Manufacturing System從功能上看，CIMS 包括了一個制造企業(yè)的設計、制造、經(jīng)營管理三種主要功能，要使這三者集成起來還需要一個實體的支撐環(huán)境，即分布式數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡以及用來把其它系統(tǒng)集成并運行的系統(tǒng)集成技術。從圖 11 中我們可以看到，CIMS 由四個功能子系統(tǒng)和兩個支撐子系統(tǒng)組成。四個功能子系統(tǒng)包括：管理信息子系統(tǒng)、工程設計自動化子系統(tǒng)、制造自動化子系統(tǒng)和質(zhì)量保證子系統(tǒng)。兩個支撐子系統(tǒng)包括：計算機通訊網(wǎng)絡子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。CIMS 目的就是要將這些子系統(tǒng)集成、優(yōu)化并運行起來，以達到制造企業(yè)系統(tǒng)運行環(huán)境集成；信息集成；應用功能集成；技術集成；人與組織集成，使企業(yè)成為一個有機運轉的整體，從而在市場競爭中贏得優(yōu)勢。CIMS 對于大規(guī)模集成電路制造這種資本、技術與勞動力高度密集型的制造企業(yè)尤為重要，CIMS 是大規(guī)模集成電路制造企業(yè)不可或缺的組成部分，它既相當于企業(yè)的大腦，指揮著所有的企業(yè)運行活動，又相當于企業(yè)的主干，支撐起了企業(yè)的整個業(yè)務架構。 CIMS 在集成電路制造企業(yè)中的現(xiàn)狀CIMS 在集成電路制造企業(yè)中是一個功能強大并且復雜的分布式系統(tǒng)，它由五個子系統(tǒng)構成，這五個子系統(tǒng)分別是制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System,簡稱 MES),設備自動化程序(Equipment Automation Program，簡稱 EAP)，報表系統(tǒng)(Reporting System，簡稱 RS)，測試amp。良率系統(tǒng)(Test amp。 Yield System，簡稱 TYS)，業(yè)務系統(tǒng)(Business System，簡稱 BS)，圖 12 示例了五個子系統(tǒng)之間的關系。圖 12 CIMS 子系統(tǒng)結構關系圖Figure 12 Structure of CIM Sub System北京工業(yè)大學工程碩士學位論文4這五個子系統(tǒng)分別對應了 CIMS 模型中的各個子系統(tǒng)。MES 對應著制造自動化子系統(tǒng)；EAP 對應著工程設計自動化子系統(tǒng)；TYS 對應著質(zhì)量自動化子系統(tǒng)；BS 和 RS 對應著管理信息自動化子系統(tǒng)，而支撐并連接起這些子系統(tǒng)的正是計算機網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。MES 在生產(chǎn)芯片過程中通過計算機按照事先定好的流程控制芯片的生產(chǎn)，收集生產(chǎn)芯片時所產(chǎn)生的相關的量測數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程中每一個步驟的詳細的歷史記錄。EAP 通過 SCSEI、SCSEII（Semiconductor Equipment Communication Standard）協(xié)議控制所有生產(chǎn)設備自動運行，這兩個系統(tǒng)需要互相交互，并且它們是整個 CIMS 的核心。TYS 負責測試集成電路芯片優(yōu)劣并計算出集成電路芯片良率，其數(shù)據(jù)來源是 MES 數(shù)據(jù)庫和 EAP 數(shù)據(jù)庫。RS 是把 MES數(shù)據(jù)庫、EAP 數(shù)據(jù)庫和 TYS 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)計算、優(yōu)化并分類匯總，生成報表管理系統(tǒng)。BS 通過訪問 MES，實現(xiàn)生產(chǎn)芯片過程中的傳簽并審核的業(yè)務流程。在集成電路制造企業(yè)中這幾個系統(tǒng)是一個緊密相連，不可分割的整體，正是這一整套 CIMS 的存在促使了集成電路制造業(yè)的飛速發(fā)展。由于它在生產(chǎn)中占據(jù)著重要的作用，因此一個實時監(jiān)測、決策分析、容錯管理這個系統(tǒng)的運行狀態(tài)的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)是必須具備的。 CIMS 的管理對 CIMS 的管理就是對 CIMS 中各個子系統(tǒng)的管理，CIMS 是通過現(xiàn)代化的計算機技術與網(wǎng)絡技術將這些原本看似沒有什么太多聯(lián)系的子系統(tǒng)串聯(lián)、組合、優(yōu)化并運行了起來，那么對 CIMS 及其所包含的子系統(tǒng)最行之有效的管理方式就是通過網(wǎng)絡管理。 網(wǎng)絡管理概述網(wǎng)絡管理表示對于不同的網(wǎng)絡系統(tǒng)會采取不同的管理方式。一種情況涉及單一的網(wǎng)絡系統(tǒng)，網(wǎng)絡管理通過簡易的協(xié)議分析器來監(jiān)測網(wǎng)絡行為。另一種情況涉及分布式的數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)絡自動傳輸設備，以及高端的工作站，網(wǎng)絡管理通過生成實時的網(wǎng)絡拓撲變化圖和流量圖來表示。一般來說，網(wǎng)絡管理是一種服務，通過使用各種各樣的工具，應用程序，以及設備來輔助網(wǎng)絡管理人員來監(jiān)測和維護網(wǎng)絡。第 1 章 緒 論5網(wǎng)絡管理引用行為，方法，程序和工具，這些屬于網(wǎng)絡系統(tǒng)中的操作、管理、維護和供應 [5]。? 操作處理保持網(wǎng)絡（和網(wǎng)絡提供的服務）運行穩(wěn)定。包括監(jiān)測網(wǎng)絡，最好在用戶受到影響之前盡快發(fā)現(xiàn)問題。? 管理處理保持追蹤和分配網(wǎng)絡資源。包括所有的“家務管理” ，必須保持網(wǎng)絡被控制。? 維護參與完成修理和升級。例如，當設備必須被取代時；當一個路由器為一個操作系統(tǒng)的鏡像打補丁時；當網(wǎng)絡中需要加入一臺新的交換機時。維護也涉及到使用改進和預防措施以便網(wǎng)絡運行，例如調(diào)整設備的配置參數(shù)。? 供應為了支持一個給定的服務來參與在網(wǎng)絡中配置資源。例如，建立網(wǎng)絡以便一個新的顧客能夠接收到聲音服務。網(wǎng)絡管理的功能相應地包括控制、計劃、分配、部署、協(xié)作和監(jiān)測網(wǎng)絡資源、網(wǎng)絡規(guī)劃、頻率分配、支持負載平衡的預定的流量路由、密碼鍵分布授權、配置管理、故障管理、安全管理、性能管理、帶寬管理和計費管理等。大量的訪問方法為了支持網(wǎng)絡和網(wǎng)絡設備管理而存在。訪問方法包括SNMP，命令行接口（Command Line Interfaces） ，自定義 XML，Windows 管理設備，事務語言，CORBA ，conf ，和 Java 管理擴展（JMX ） 。網(wǎng)絡管理的數(shù)據(jù)通過一定機制收集，包括安裝在基礎設施上的代理，模擬事務的綜合監(jiān)測，行為的日志，嗅探器和真實的用戶監(jiān)測。在過去，網(wǎng)絡管理主要包括監(jiān)測設備是否啟動還是宕機；今天性能管理已經(jīng)成為一個 IT 團隊職責的重要部分，并引起了很多爭議——尤其是全球組織 [6]。 網(wǎng)絡管理的架構大多數(shù)的網(wǎng)絡管理架構使用同樣的基本結構和關系集。終端（被管理的設備） ，如計算機系統(tǒng)和其他的網(wǎng)絡設備，當它們發(fā)現(xiàn)問題時（例如，當超過了用戶定義的一個或多個閥值時）執(zhí)行能夠使它們發(fā)出警報信息的軟件。當接收到這些警報信息后，管理實體會通過執(zhí)行一個、幾個或者多個操作做出響應，包括操作通知、事件日志、系統(tǒng)關閉等。管理實體也能夠去輪詢終端來檢查特定的變量值。輪詢機制可以是自動產(chǎn)生的或者是用戶初始化的，但是被管理設備的代理會對所有的投票站做出響應。代理是軟件模塊，會優(yōu)先編譯關于它們位北京工業(yè)大學工程碩士學位論文6于哪些被管理設備的信息，然后把這些信息存儲在管理數(shù)據(jù)庫上，并最后通過一個網(wǎng)絡協(xié)議把它提供給網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(Network Management Systems，簡稱NMS)中的管理實體。知名的網(wǎng)絡管理協(xié)議包括簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，簡稱 SNMP）和通用管理信息協(xié)議（Common Management Information Protocol，簡稱 CMI） 。管理代理是提供代表其他實體管理信息的實體。圖 13 描述了一個典型的網(wǎng)絡管理架構 [7]。圖表 1 圖 13 網(wǎng)絡管理架構Figure 13 Structure of Network Management 國際標準組織網(wǎng)絡管理模型國際標準組織(International Organization for Standardization)對網(wǎng)絡標準做了很大的貢獻。它的網(wǎng)絡管理模型有助于理解網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的主要功能。這個模型由五個概念上的領域組成：性能管理，結構管理，計費管理，故障管理，安全管理 [8]。1) 性能管理的目的是衡量并且使網(wǎng)絡性能的各個方面可用，以便可以把內(nèi)部網(wǎng)絡的性能維護到合理的級別。例如，性能變量也許包括網(wǎng)絡吞吐量，用戶響應時間等。性能管理涉及到三個主要的步驟，首先，收集的性能數(shù)據(jù)是網(wǎng)絡管理員所感興趣的；其次，分析數(shù)據(jù)來測定正常的級別；最后，為每個重要的變量決定合理的性能極限，如果超越了這些極限，意味著網(wǎng)絡第 1 章 緒 論7出現(xiàn)問題，值得關注。管理實體頻繁地監(jiān)測性能變量。當有超越性能極限發(fā)生時，產(chǎn)生警報，并發(fā)送到網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。這三個步驟中的每一個僅僅是建立一個反應系統(tǒng)過程中的部分而已。如果超越了用戶定義的極限，性能已經(jīng)不可接受時，系統(tǒng)會發(fā)送消息。性能管理也會允許主動的方法，例如，使用網(wǎng)絡模擬來映射網(wǎng)絡增長如何影響性能結構。這樣的模擬能夠警告管理員去接近問題，以便采取必要的措施。2) 結構管理的目的是監(jiān)測網(wǎng)絡和系統(tǒng)配置信息，以便追蹤和管理影響各種硬件和軟件版本的網(wǎng)絡操作。每一個網(wǎng)絡設備有多種版本信息。配置管理子系統(tǒng)把這些信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，以利于訪問。當問題發(fā)生時，可以通過檢索數(shù)據(jù)庫來幫助解決問題。3) 計數(shù)管理的目的是衡量網(wǎng)絡的利用參數(shù)，以便能夠合理地控制個人或團體使用網(wǎng)絡。這樣的控制能夠減小網(wǎng)絡問題，以及最大化所有用戶對網(wǎng)絡訪問的公平性。隨著性能的管理，對合理的計數(shù)管理的第一步是測量所有重要網(wǎng)絡資源的利用。對結果的分析提供了當前用法模式的洞察，并且能夠在這一點設置用法配額。當然，需要一些改正去達到合理的訪問量。從這個觀點，衡量進程中的資源能夠生成總量信息，以及用來訪問連續(xù)公平和合理的資源利用信息。4) 故障管理的目的是探測、記錄日志、通知使用者，并且為了保持網(wǎng)絡有效的運行，自動地確定網(wǎng)絡問題。因為故障可以引起停工或者難以接受的網(wǎng)絡降級，故障管理是 ISO 網(wǎng)絡管理中使用最廣泛的元素。故障管理涉及第一次把癥狀確定下來和把問題孤立出來。然后確定這個問題，并且在所有重要的子系統(tǒng)中測試解決方案。最后，記錄問題的探測和鑒定。5) 安全管理的目的是根據(jù)本地的指導方針來控制網(wǎng)絡資源的訪問，以便網(wǎng)絡不會遭到破壞，并且敏感的信息不能被那些沒有合理授權的人訪問。例如，一個安全管理子系統(tǒng)，能夠監(jiān)測用戶的登陸網(wǎng)絡資源的信息，并且能夠拒絕訪問那些輸入了無效的訪問代碼。安全管理子系統(tǒng)把網(wǎng)絡資源劃分為授權和非授權領域。對于某些用戶，訪問到任意的網(wǎng)絡資源是不合理的，大多數(shù)這些用戶不是公司內(nèi)部用戶。對于內(nèi)部網(wǎng)絡用戶，訪問特定部門的信息是不合理的。例如，訪問人力資源文件，對于公司內(nèi)非網(wǎng)絡資源部門的用戶訪問都是不合理的。安全管理子系統(tǒng)完成幾個功能。它們識別敏感的北京工業(yè)大學工程碩士學位論文8網(wǎng)絡資源并且設定用戶和敏感網(wǎng)絡資源的訪問映射關系。它們也對敏感的網(wǎng)絡資源監(jiān)測訪問點，并且把敏感網(wǎng)絡資源的不合理訪問記錄到日志中。 本論文的目的及意義CIMS 是大規(guī)模集成電路制造企業(yè)中的一個關鍵部分構件，如果不使用它，整個操作過程由人工來完成，那么生產(chǎn)制造是很難進行下去的。CIMS 把握著集成電路制造企業(yè)的命脈。因此，CIMS 穩(wěn)定并高效地運行在集成電路制造業(yè)是非常重要的。如果 CIMS 癱瘓，那么整個集成電路制造企業(yè)的運轉勢必也要戛然而止。在這種資金密集型、勞動力密集型、分秒必爭的企業(yè)里，這種狀況顯然會給企業(yè)帶來重大的損失。然而，雖然在集成電路制造行業(yè)中的確存在著監(jiān)控、分析系統(tǒng)行為和性能的系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)不是完善的，缺乏一些性能的監(jiān)測和分析。如：缺少監(jiān)測響應時間和利用率的情況；缺少服務器性能趨勢和預測的系統(tǒng)；缺少一個集成的系統(tǒng)去監(jiān)測整個 CIMS 的性能；缺少一個能夠查閱實時監(jiān)測信息的趨勢分析報表；缺少利用更有效地方法去收集集成的信息。因此，CIMS 需要一個集成的能夠?qū)崟r監(jiān)測和分析系統(tǒng)行為和性能的系統(tǒng)，對在線系統(tǒng)的故障、配置、賬戶、性能、安全進行全方位的管理，并且能夠通過趨勢分析報表、響應時間報表，以及相關的提醒系統(tǒng)來反映系統(tǒng)的使用情況。主要功能包括：通過記錄進程來探測問題并解決問題；網(wǎng)絡接口及流量、硬盤使用狀況、CPU 使用狀況、內(nèi)存使用狀況；網(wǎng)絡服務及性能監(jiān)測；安全管理等。CIMS 性能監(jiān)測系統(tǒng)將會對計算機集成制造系統(tǒng)起到重要的作用。本文結合作者在中芯國際的 CIMS 實踐，總結了對 CIMS 進行管理的經(jīng)驗，并根據(jù)這些經(jīng)驗，提出了一個完整的 CIMS 監(jiān)測管理模型，依賴于此模型開發(fā)出相應的性能監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)，一方面此系統(tǒng)可以對當前系統(tǒng)的運行狀況進行評估，提醒管理員注意哪些異常狀況以及可能采取的行動，提供給管理員決策依據(jù)；另一方面此系統(tǒng)在更細粒度上記錄了系統(tǒng)的運行狀況，一旦發(fā)生問題，可以更準確地定位問題產(chǎn)生的原因，從而盡早提出解決方案。 本文的組織結構本文組織結構是按照提出問題，解