現(xiàn)代化制造工廠要求設(shè)備與工廠主機系統(tǒng)之間實現(xiàn)流程同步與無縫通信。SEMI 標準（尤其是 SECS/GEM（半導體設(shè)備通信標準 / 通用設(shè)備模型）系列標準）通過規(guī)范這些實體間的通信協(xié)議，已成為半導體制造自動化的核心支柱。本文將為您介紹 GEM 標準，并開啟一個由 5 篇文章組成的系列，闡述 GEM 的各項特性與優(yōu)勢。

什么是 GEM 標準？

GEM 指一套規(guī)范制造設(shè)備與工廠主機計算機系統(tǒng)之間通信的 SEMI 標準。消息層標準 SEMI E5 SECS-II 定義了通用消息結(jié)構(gòu)及龐大的消息庫，用于實現(xiàn)自動化功能；協(xié)議層標準 SEMI E37 高速消息服務(wù)（HSMS）定義了通過 TCP/IP 傳輸 SECS-II 消息的二進制結(jié)構(gòu)；SEMI E30 GEM 則為部分 SECS-II 消息規(guī)定了最低要求、額外（可選）功能、使用場景及用戶情境。

GEM 在設(shè)備端實現(xiàn)，供工廠訪問命令與控制功能。由于它是成熟的行業(yè)標準，任何符合 GEM 標準的主機軟件都能與任何符合 GEM 標準的設(shè)備通信。當設(shè)備完全部署 GEM 后，工廠軟件可通過其 GEM 接口對設(shè)備進行全面控制與監(jiān)控。這些標準為設(shè)備制造商和工廠都帶來了諸多益處，本文及后續(xù)文章將重點介紹其中部分內(nèi)容。

GEM 的優(yōu)勢

增強互操作性：GEM 實現(xiàn)了不同工廠主機與各類設(shè)備的無縫集成，且不受制造商限制。

數(shù)據(jù)透明度：GEM 支持將關(guān)鍵數(shù)據(jù)從設(shè)備直接傳輸至主機系統(tǒng)，為實時監(jiān)控與分析提供支持。

降低成本：GEM 接口無需定制集成解決方案，大幅減少了工廠和設(shè)備制造商的工程成本。

可擴展性：從簡單設(shè)備到高度復雜的設(shè)備，GEM能適應(yīng)不同的復雜程度。

廣泛行業(yè)支持：GEM 在半導體、光伏電池、印刷電路板、平板顯示器等多個高科技制造行業(yè)中被廣泛采用。

GEM 控制狀態(tài)模型簡介

GEM 控制狀態(tài)模型是 GEM 操作框架的重要組成部分，它管理主機系統(tǒng)與設(shè)備之間的協(xié)作程度，定義了不同控制級別下的交互規(guī)則。這種系統(tǒng)化方法可防止沖突，確保任何時候只有授權(quán)實體能對設(shè)備進行命令與控制。

GEM 控制狀態(tài)模型包含三個主要控制級別，每個級別明確了主機系統(tǒng)與操作員交互的權(quán)限與限制：遠程控制、本地控制和離線控制。

遠程控制

遠程控制功能確保主機擁有最高控制權(quán)，可全面監(jiān)督和指揮設(shè)備操作。現(xiàn)場操作員與設(shè)備的交互極少，且嚴格遵循配置設(shè)置的限制。啟動、停止、暫停等關(guān)鍵命令由主機通過 GEM 遠程命令發(fā)出，以實現(xiàn)對設(shè)備的精確控制。

本地控制

在本地控制模式下，操作員保留設(shè)備的主要控制權(quán)，確保在安全或操作需要時可優(yōu)先否決主機命令。主機可收集狀態(tài)讀數(shù)、跟蹤數(shù)據(jù)和事件通知等信息，但無法執(zhí)行影響設(shè)備當前進程的關(guān)鍵命令。本地控制期間，主機被限制啟動物理操作（包括啟動或停止作業(yè)）。

離線控制

在離線控制模式下，操作員擁有完全控制權(quán)，主機系統(tǒng)被完全排除在操作之外。主機功能受到嚴格限制，僅能進行基本通信，或在操作員觸發(fā)時切換回在線狀態(tài)。

控制級別的分離確保了操作安全，避免了可能對工廠、產(chǎn)品或人員造成傷害的沖突。

控制狀態(tài)模型的運作方式

GEM 控制狀態(tài)模型的核心特性是其狀態(tài)機，它管理系統(tǒng)在不同控制級別之間的轉(zhuǎn)換。

操作員主導：操作員對狀態(tài)轉(zhuǎn)換擁有優(yōu)先控制權(quán)，以保障現(xiàn)場操作安全。主機可請求更改控制狀態(tài)，但最終決定通常由操作員做出。

狀態(tài)顯示與控制：設(shè)備必須始終向操作員顯示當前控制狀態(tài)。清晰可見的控制狀態(tài)顯示是告知現(xiàn)場用戶設(shè)備運行狀態(tài)的基礎(chǔ)。

控制切換實現(xiàn)：設(shè)備必須配備物理或軟件開關(guān)，用于在控制級別之間轉(zhuǎn)換。這些開關(guān)可包括硬件按鈕或用于長期運行設(shè)置的持久化軟件配置。

條件轉(zhuǎn)換：部分狀態(tài)轉(zhuǎn)換（如從主機離線到在線）可基于預定義的設(shè)備設(shè)置進行條件配置。

對于依賴高精度和明確操作權(quán)限的工廠，該模型提供了可適應(yīng)多種生產(chǎn)場景的穩(wěn)健框架。

GEM 控制狀態(tài)模型的核心優(yōu)勢

沖突解決

通過明確規(guī)定任一時刻的控制實體（主機或操作員），該框架消除了操作模糊性，防止因命令同時輸入導致的操作沖突。

增強安全性

通過優(yōu)先保障本地操作員的控制權(quán)，該模型允許在緊急情況或不安全操作時進行快速干預。

操作效率

主機可預定義控制和通信參數(shù)，簡化命令流程并縮短設(shè)置時間。

靈活性與定制化

借助基于開關(guān)的轉(zhuǎn)換和可配置的條件狀態(tài)，制造商可根據(jù)設(shè)備特性或工廠級操作需求定制控制狀態(tài)模型。

智能制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

GEM 控制狀態(tài)模型通過平衡操作員與主機系統(tǒng)的權(quán)限、維持高效操作，強化了制造自動化。此外，它為實施更高階的智能制造標準（如 GEM300 系列標準中的自動化概念）奠定了基礎(chǔ)。

GEM 的應(yīng)用前景

對于尋求可擴展、成本效益高且適應(yīng)性強的設(shè)備通信與控制解決方案的工廠，GEM 標準是明確的選擇。無論您是涉足自動化制造還是升級 legacy 系統(tǒng)，實施 GEM 都能確保操作高效、安全，并為應(yīng)對未來挑戰(zhàn)做好準備。