基于二維碼技術(shù)的電路板制造執(zhí)行系統(tǒng)研究

何立發(fā)　朱貴娥　文偉峰　劉長(zhǎng)松　王仁浪

摘 要：針對(duì)印制電路板制造企業(yè)資源計(jì)劃管理層和車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制層之間的信息不通暢和管理斷層，引入二維碼技術(shù)和物聯(lián)技術(shù)，構(gòu)建了一個(gè)可以隨時(shí)掌控各訂單的加工進(jìn)度和各加工設(shè)備/生產(chǎn)線的運(yùn)行情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)異常問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制和全流程品質(zhì)追溯的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：印制電路板 二維碼技術(shù) 品質(zhì)追溯 制造執(zhí)行系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TL362+.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）11-0-01

引言

印制電路板（PCB）主要用于支撐和連接電子元器件，被廣泛用于電子設(shè)備和裝備。中國(guó)PCB企業(yè)普遍存在以下問(wèn)題：管理者對(duì)于企業(yè)的運(yùn)營(yíng)情況不能準(zhǔn)確的掌握，企業(yè)的庫(kù)存、在制品儲(chǔ)備高，設(shè)備利用率不高，生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行力弱，品質(zhì)問(wèn)題層出不窮，使得生產(chǎn)成本高，企業(yè)利潤(rùn)低[1]。為解決PCB企業(yè)的困境，研究和構(gòu)建一種透明高效的面對(duì)車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，是必要和急迫的。

一、系統(tǒng)需求及架構(gòu)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層工業(yè)控制之間、面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)[2]。它為操作人員、管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源（在制品、人、設(shè)備、物料等）的當(dāng)前狀態(tài)信息。

PCB制造過(guò)程是一種典型的離散工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其具有流程長(zhǎng)、設(shè)備種類(lèi)繁多、信息物聯(lián)基礎(chǔ)差、生產(chǎn)資源管理復(fù)雜等特性。PCB企業(yè)迫切的需要一種可以隨時(shí)掌控各訂單的加工進(jìn)度，各加工設(shè)備/生產(chǎn)線的運(yùn)行情況，以及實(shí)現(xiàn)異常問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)閉環(huán)控制和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題追溯的制造執(zhí)行系統(tǒng)。

按照PCB行業(yè)特性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的MES，可以分為兩個(gè)層級(jí)，即數(shù)據(jù)采集層和功能模塊層，數(shù)據(jù)采集層主要指通過(guò)各種自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品、設(shè)備、品質(zhì)等方面的實(shí)時(shí)信息，功能模塊層主要指在統(tǒng)計(jì)分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提升過(guò)程管理和品質(zhì)管控水平的管理流程方法。

二、數(shù)據(jù)采集的實(shí)施

1.產(chǎn)品二維碼數(shù)據(jù)采集

對(duì)于每一批產(chǎn)品，MES根據(jù)訂單號(hào)和生產(chǎn)數(shù)量自動(dòng)編制一系列編號(hào)，開(kāi)料后的每一張電路板都會(huì)分配到唯一的編號(hào)，通過(guò)激光或機(jī)械鉆孔編碼設(shè)備使每一張?jiān)谥齐娐钒鍙拈_(kāi)料到出貨都帶上唯一二維碼。

每臺(tái)設(shè)備和每條生產(chǎn)線都安裝各自的對(duì)應(yīng)唯一編號(hào)的讀碼器，每次進(jìn)出加工設(shè)備/生產(chǎn)線，都對(duì)每一張PCB進(jìn)行掃描讀碼，掃描數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器并存儲(chǔ)到條碼數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)自動(dòng)記錄每一張PCB是在什么時(shí)候、什么加工設(shè)備/生產(chǎn)線生產(chǎn)的[3]。

2.設(shè)備數(shù)據(jù)采集

針對(duì)不同類(lèi)型的生產(chǎn)設(shè)備，通過(guò)采用分布式數(shù)控（DNC）網(wǎng)卡提取、宏指令解讀、PLC通訊、PLC采集、視頻識(shí)別等方法采集設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)（含加工、待機(jī)、關(guān)機(jī)、維修和保養(yǎng)）和運(yùn)行狀態(tài)（含運(yùn)行數(shù)控程序、主軸轉(zhuǎn)速、輸送速度，藥水缸溫度，噴淋壓力等），設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中[4]。

三、系統(tǒng)各模塊的功能設(shè)計(jì)

1.自動(dòng)過(guò)數(shù)

每個(gè)工序選定兩個(gè)掃描點(diǎn)，作為該工序開(kāi)始和結(jié)束的節(jié)點(diǎn)，MES直接取該掃描點(diǎn)的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)工序?qū)崟r(shí)產(chǎn)量和庫(kù)存，實(shí)時(shí)更新在制品信息。

2.過(guò)程防呆

設(shè)備對(duì)應(yīng)的讀碼器讀到PCB上的二維碼，MES自動(dòng)調(diào)出該訂單生產(chǎn)指示（Manufacturing Instruction，MI）中的生產(chǎn)流程與之前的讀碼記錄進(jìn)行對(duì)比，如果該P(yáng)CB前工序沒(méi)有完成或者過(guò)程品質(zhì)管理部門(mén)檢測(cè)到其具有品質(zhì)問(wèn)題而沒(méi)有處理的，現(xiàn)場(chǎng)立即停機(jī)并警示提醒，同時(shí)發(fā)送郵件或短信給相關(guān)管理人員。只有在擁有權(quán)限的人解除該異常報(bào)警后，這些異常板才能繼續(xù)加工。

3.自動(dòng)設(shè)置加工參數(shù)

每一批板到達(dá)設(shè)備后，設(shè)備對(duì)應(yīng)的讀碼器讀到PCB上的二維碼，如果流程沒(méi)有出錯(cuò)，MES自動(dòng)調(diào)出該訂單MI中的加工參數(shù)，通過(guò)給設(shè)備控制系統(tǒng)指令自動(dòng)將設(shè)備參數(shù)設(shè)置為與MI相匹配。

4.品質(zhì)追溯管理

各工序品質(zhì)檢查部門(mén)先掃PCB上條碼再將該工序的品質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)直接錄入MES；系統(tǒng)對(duì)各品質(zhì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，集中分析，對(duì)定位及重復(fù)性缺陷進(jìn)行及時(shí)反饋和處理。

一張?jiān)谥芇CB含有若干個(gè)產(chǎn)品單元，在MES系統(tǒng)中建立掃條碼報(bào)廢模塊，全面建立按單元報(bào)廢制度，報(bào)廢時(shí)先掃板邊條碼，可選擇整板報(bào)廢或者單元報(bào)廢，對(duì)于單元報(bào)廢在MES報(bào)廢模塊界面內(nèi)選擇報(bào)廢的單元位置編號(hào)并記錄。

MES實(shí)現(xiàn)全流程品質(zhì)追溯，一旦出現(xiàn)品質(zhì)問(wèn)題，能夠精準(zhǔn)定位發(fā)生工序和設(shè)備，通過(guò)讀碼數(shù)據(jù)將存在同樣品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的PCB精確篩選隔離，將負(fù)面影響降到最小。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)計(jì)算架構(gòu)模式，即客戶機(jī)、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器三層，在三層結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用邏輯程序從客戶機(jī)上分離出來(lái)，這是一種“瘦客戶機(jī)”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，客戶端只存在界面顯示程序，調(diào)整靈活，維護(hù)費(fèi)用低。

采用.NET開(kāi)發(fā)框架和C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)管理，利用GDI+、OWC等繪圖工具和水晶報(bào)表，完成交互圖形表的繪制和數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)以及高效的生產(chǎn)管理。

五、結(jié)語(yǔ)

本文分析了PCB企業(yè)制造管理水平的不足，引入二維碼技術(shù)和設(shè)備物聯(lián)技術(shù)，提出了按照PCB行業(yè)特性定制的MES架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)過(guò)數(shù)、自動(dòng)設(shè)置設(shè)備加工參數(shù)、流程防呆和品質(zhì)管理等模塊的系統(tǒng)化管理。一年的企業(yè)實(shí)踐證明，在集成的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)可視化，在可視化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)均衡高效化，解決了生產(chǎn)計(jì)劃無(wú)效、設(shè)備稼動(dòng)率低和品質(zhì)管理失控等問(wèn)題，使PCB企業(yè)降低生產(chǎn)成本，調(diào)高效率和品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]閔秀紅.信息化在PCB設(shè)備管理中的實(shí)踐與探索[J].印制電路信息，2012（4）：185-191.

[2]榮岡，張靈泉.MES的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽，2008，25（3）：14-18.

[3]翟軍華，蘇通. 液晶面板制造業(yè)中制造執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].液晶與顯示， 2014，29（1）： 60-63.

[4]吳斌方，陳中瑾，汪超臺(tái).基于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）數(shù)據(jù)采集的研究與實(shí)現(xiàn) [J].中國(guó)集體經(jīng)濟(jì) ， 2008 （27） ：177-178 .

作者簡(jiǎn)介：何立發(fā)（1988-）碩士，工程師，紅板（江西）有限公司，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能制造。