赋能智能制造：半导体设备 SECS/GEM 通信协议的二次开发与应用

对于半导体制造企业而言，实现设备的自动化和数据互联是迈向智能工厂的关键一步。SECS/GEM（SEMI Equipment Communications Standard/Generic Equipment Model）作为半导体设备与工厂自动化系统（如 EAP、MES）之间通信的标准协议 ，是连接设备（如测试机、分选机、探针台、烤箱、贴片机等）与上位系统的“神经中枢”。

本文将概述 SECS/GEM 的核心能力及其在二次开发中的应用方向，旨在为运营和 IT 人员在制定自动化规划时提供参考。

一、SECS/GEM 协议转换器：实现设备与系统的无缝对接

SECS/GEM API 服务作为设备 SECS/GEM 协议到 HTTP 协议的转换器 ，极大地简化了设备集成和数据访问的复杂度。

核心特性与应用价值：

1，集中访问与多客户端支持： SECS/GEM 原本只支持单一连接 。通过 API 服务，可以将所有设备通过 SECS/GEM 连接到服务器，然后通过单一的 HTTP 接口提供服务 ，从而支持多个客户端（如 MES、ERP、BI 系统）同时访问设备 。
2，统一安全管理： API 服务弥补了 SECS/GEM 在用户认证方面的不足 ，提供了用户认证功能（如标准 JWT 认证方式 ），可限制用户对设备的访问权限 。
3，简化运维： 可以在单一位置管理所有设备的配置 ，并提供了设备状态监控和日志记录功能，方便设备的日常管理 。


应用场景举例：

1，IT 规划： 当企业需要将设备数据集成到多个异构系统（如 MES 进行生产控制、BI 进行数据分析）时，API 服务避免了为每个系统独立开发 SECS/GEM 客户端。

2，设备接入： 快速将测试机、分选机、探针台等设备接入中央数据平台，实现数据采集。

二、SECS/GEM 核心能力展示：可实现的操作与数据采集

SECS/GEM 协议能够支持远程控制和丰富的数据交互。通过 API 接口，可以实现以下核心能力：

1. 设备远程控制与命令执行（S2F41）

基于 GEM 的设备可使用主机命令（S2F41）进行远程控制 。这对于实现生产过程自动化至关重要。

可实现的命令示例：

1），生产控制：

• START (开始生产)
• STOP (停止生产)
• PAUSE (暂停生产)
• RESUME (继续生产)
• RECOVERY (报错后恢复生产) 
  
  

2），配方管理： PP-SELECT (选择配方，通过 PPID 指定) 
3），设备状态： LOCAL_REMOTE (切换本地/远程模式) 
4），单次运行： ONE-CYCLE (单次运行) 

应用场景举例：
MES 通过发送 START 和指定 LOTID/PPID，实现测试机或贴片机的自动化换批和生产开始 。
中央控制系统通过 LOCAL_REMOTE 将烤箱从本地切换到远程控制模式 。

2. 设备状态和变量/常量数据采集

通过 API，可以获取设备的常量 (Equipment Constant, ECID)、状态变量 (Status Variable, SVID) 等数据 。

应用场景举例：

• 监控系统定时获取分选机的 SVID (如 PassedDeviceCount / 测试通过的数量、FailedDeviceRate / 失败率)，计算实时 OEE 。
• MES 系统获取测试机的 ECID (如 ModelName / 设备型号、SoftwareVersion / 软件版本号) 进行设备配置管理 。

3. 实时报警与事件报告推送（S5F1, S6F11）

SECS/GEM API 服务利用 Server-sent events 协议，实现设备事件的实时推送 。

报警事件 (S5F1)：

当设备发生报警或报警解除时，会主动发送 S5F1 数据 。
API 接口：/event/alarm 
消息类型：ALARM_SET (报警发生)、ALARM_CLEAR (报警结束) 

事件报告 (S6F11)：

当设备发生事件报告（Event Report）时，会主动发送 S6F11 数据 。
API 接口：/event/report 
消息类型：REPORT (报告消息) 

应用场景举例：

• 即时通知： 无论设备是测试机、探针台还是贴片机，当发生异常时，实时推送报警事件，触发产线人员或维保系统的即时响应。
• 状态追踪： 订阅关键事件 ID（CEID），实时追踪设备的运行模式变化、材料消耗等状态 。

三、二次开发方向：基于 Python 库 secsgem 的扩展

对于希望深入定制 SECS/GEM 功能的团队，可以考虑基于开源 Python 库 secsgem 进行二次开发 。

SECS/GEM 核心能力：
建立和维护与设备的 SECS/GEM 通信连接 。
发送和接收 SECS 消息，并解析、构造 SECS 数据项 。
支持 TCP/IP 等多种通信模式 。

二次开发与扩展方向：
增强稳定性： 增加对通信故障的检测和恢复机制，提高库的健壮性 。
功能扩展： 根据生产需求，扩展库以支持更多的 SECS 消息类型和功能 。
系统集成： 将 secsgem 与 MES 或其他设备通信协议集成，提供更全面的解决方案 。
性能优化： 优化算法和数据结构，以应对处理测试机等设备产生的大量数据时的性能要求 。

通过上述 API 服务或底层的 Python 库，半导体制造企业可以灵活、高效地实现对测试机、分选机、探针台、烤箱、贴片机等所有设备的远程监控、控制和数据采集，为数字化转型和智能制造打下坚实基础。