半导体设备工厂自动化软件技术方案

一、技术架构设计

采用分层架构实现高内聚低耦合：

物理层：通过OPC UA采集传感器数据（温度/压力/电压/电流）
驱动层：实现SEMI E30/E40标准指令集
业务层：配方管理引擎、报警引擎（符合SEMI E5标准）
服务层：数据持久化、消息总线
表现层：WPF MVVM架构界面

依赖框架：

.NET 6+

OPC UA Core .NET Standard

WPF MVVM Toolkit

Entity Framework Core

二、软件分层实现

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// 驱动层示例（SEMI E30指令处理）
public class SecsGemHandler : ISecsGem
{
    public void SendRecipe(SEMIRecipe recipe)
    {
        // 使用SEMI E30标准二进制协议封装
        byte[] payload = Serialize(recipe);
        _communication.Send(payload);
    }
}

// MVVM层数据绑定示例
public class ProcessDataVM : INotifyPropertyChanged
{
    private double _temperature;
    public double Temperature
    {
        get => _temperature;
        set => SetField(ref _temperature, value);
    }
    
    // 报警状态绑定
    public ICollection<Alarm> ActiveAlarms => _alarmService.GetActive();
}

三、通信驱动设计

实时数据通道 ：

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// OPC UA数据订阅
var subscription = _session.Subscribe(
    new SubscriptionRequest { PublishingInterval = 100 });
subscription.DataReceived += (s, e) => {
    Dispatcher.Invoke(() => UpdateUI(e.Data));
};

指令下发机制 ：

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sequenceDiagram
    UI->>+CommandService: 发送配方指令
    CommandService->>+SecsGem: 封装E30报文
    SecsGem->>+Device: TCP传输

四、UI界面关键技术

动态数据可视化 ：

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<!-- 实时曲线 -->
<lvc:CartesianChart Series="{Binding TemperatureSeries}">
    <lvc:CartesianChart.AxisX>
        <lvc:DateTimeAxis LabelFormatter="{Binding TimeFormatter}"/>
    </lvc:CartesianChart.AxisX>
</lvc:CartesianChart>

报警矩阵 ：

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public class AlarmMatrix : DataGrid
{
    protected override void OnRender(DrawingContext dc)
    {
        // 按SEMI E5标准颜色编码
        foreach(var alarm in ActiveAlarms)
            DrawAlarmCell(dc, alarm);
    }
}

五、性能优化策略

数据采样：采用环形缓冲池 $$ \text{BufferSize} = \frac{\text{SampleRate} \times \text{RetentionTime}}{8} $$

UI更新：使用DispatcherTimer限制刷新率

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_updateTimer = new DispatcherTimer {
    Interval = TimeSpan.FromMilliseconds(100) 
};

六、学习曲线建议

基础阶段 （1-2周）：
- WPF数据绑定与INotifyPropertyChanged
- OPC UA基础订阅模型
进阶阶段 （2-4周）：
- SEMI E30/E40协议解析
- 分布式事件总线实现
优化阶段 （持续）：
- 内存映射文件加速数据存取
- 异步通信管道优化

七、完整架构示例

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graph TD
    A[WPF UI层] --> B[ViewModel]
    B --> C[业务服务层]
    C --> D[通信抽象层]
    D --> E[OPC UA驱动]
    D --> F[SECS/GEM驱动]
    C --> G[报警引擎]
    C --> H[配方引擎]
    H --> I[SQLite存储]

关键指标：

数据延迟：<100ms（1kHz采样）

指令响应：<50ms

界面刷新：10Hz

该架构通过分层解耦满足SEMI标准要求，采用异步通信和内存优化保障性能，MVVM模式确保UI灵活可扩展。