SMT行業云平臺建設路徑及服務模式研究

楊松柏，婁照輝，朱易順，彭 東，秦 杰

(中電工業互聯網有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引言

表面組裝技術(Surface Mounted Technology，SMT)是電子制造的重要環節，在5G基站建設、手機SLP(Substrate-Like PCB類載板)滲透率提升、汽車電子化發展等多重因素驅動下，SMT貼片加工需求持續增長。據統計，目前我國SMT生產線約9萬條，貼片機總保有量超20萬臺，占全球40%。隨著電子制造技術的快速迭代和行業的飛速發展，SMT貼片加工競爭愈加激烈，量大面廣的SMT貼片加工行業中小企業面臨來自下游客戶提質、增效、降本壓力劇增[1-2]。而近年來在新冠疫情沖擊、單邊主義明顯上升等多重因素影響下，我國中小企業面臨的困難加劇，據中國中小企業協會統計，近兩年中小企業發展指數(SMEDI)以及反映企業訂單和利潤的市場指數、效益指數等均處于不景氣區間[3](如圖1，圖2所示)，SMT貼片加工行業中小企業同樣面臨訂單資源不足、利潤率低等問題，數字化轉型投入有限，低成本轉型升級及資源導入需求迫切。

圖1 我國中小企業發展指數

圖2 我國中小企業發展市場指數及效益指數

面向SMT行業中小企業痛點與需求，基于工業互聯網平臺泛在連接、彈性供給、高效配置等特性，打造SMT行業云平臺，一方面提供輕量化生產執行系統(Manufacturing Execution System，MES)、穩健質量應用程序(Application，APP)等系列“小快輕準”解決方案，低成本助力企業實現數字化水平提升；另一方面接入需求方、供應商、SMT加工企業、金融機構等產業鏈上下游等，提供在線制造、共享制造、供應鏈金融、供需對接等多領域創新服務，助力行業企業資源導入[4-5]。

1 SMT行業云平臺建設路徑

結合工業互聯網平臺體系架構、SMT 行業業務需求和應用場景，同時通過對目前典型的云計算架構進行對比分析，按照云平臺的設計理念，SMT行業云平臺設計為數據采集層、PaaS(Platform as a Service，平臺即服務)層、應用層，計算資源、存儲資源、網絡資源通過虛擬化技術對系統資源進行部署和管控[6-7]。數據采集層主要支撐SMT生產現場數據的采集；PaaS層支撐數據分析、處理；應用層主要是提供各類工業APP、云化軟件及支撐系列新模式應用的開展。此外，為保障數據可信、安全交易，SMT云平臺還提供區塊鏈基礎服務體系，支撐電子合約簽署、供應鏈金融等開展[8]。SMT行業云平臺架構如圖3所示。

圖3 SMT行業云平臺架構

1.1 數據采集層

數據采集層核心功能包括海量設備的長連接與數據并發能力，可支持百萬級消息并發及設備接入，提供穩定的數據通信服務。數據采集層規則引擎提供多種數據流轉方式，滿足設備與設備(M2M)之間的通信。數據采集層多協議的數據互通技術，提供邊緣層的設備連接服務建設，保證更多設備接入的可能性及接入后使用的性能流暢性，并為各類設備提供后續產品應用升級等相關服務支持[9]。

1.2 PaaS層

平臺PaaS層提供應用環境下的基礎支撐能力、應用開發測試和應用支撐服務能力，以大數據分析為核心實現系統數據與服務的資源整合，為應用開發提供開放、共享的資源環境和統一標準的支持環境。數據平臺作為整個系統數據分析的核心，數據服務總線(ESB)作為整個系統的屏障，負責對外提供一系列接入服務，物聯網平臺支持各種主流協議下的設備接入，完成工業設備數據集成，匯入云平臺大數據系統。平臺服務建設包括企業服務總線、應用開發平臺、應用深度監控平臺、虛擬化資源管理平臺、數據交換平臺、數據集成平臺、數據資源目錄、測試服務平臺、測試管理系統、大數據平臺和物聯網平臺。

1.3 應用層

應用層建設內容主要包括面向企業內部數字化提升服務、面向產業鏈的模式創新服務兩大板塊。面向企業內部數字化提升服務建設包括：輕量化MES、倉庫管理系統(Warehouse Management System，WMS)、穩健質量工業APP等“小快輕準”應用打造，支撐SMT行業中小企業以低成本數字化補課。面向產業鏈的模式創新服務建設主要包括：集采平臺、可視化運營平臺、供需平臺、SMT商城、供應鏈金融服務平臺等，支撐在線制造、共享制造、在線集采、供應鏈金融等產業鏈創新服務開展。

1.4 區塊鏈基礎平臺

區塊鏈基礎平臺主要通過區塊鏈技術實現關鍵信息上鏈，解決信息溯源及數據存證問題，支撐SMT行業云平臺可信服務體系構建。區塊鏈基礎服務平臺特色主要包括身份識別與可審核性、私下交易、保密合約、模塊共識、性能績效、可擴展性、鏈上代碼以及智能合約等。區塊鏈核心技術內容主要包括：分布式賬本、非對稱加密、共識機制、智能合約等[10-11]。

2 SMT行業云平臺典型服務模式

SMT行業云平臺主要提供面向企業內部數字化提升服務、面向產業鏈的模式創新服務兩大類服務。面向企業內部數字化提升服務主要是通過云平臺提供輕量化MES、WMS、穩健質量工業APP等“小快輕準”應用，低成本助力企業降本、提質、增效。面向產業鏈的模式創新服務主要是基于SMT云平臺連接打通產業鏈上下游，在終端用戶和SMT工廠之間建立數據、技術、資本、市場等全要素互聯，及供應鏈、創新鏈、服務鏈、金融鏈等全產業鏈上下游的高度協同，提供在線制造、共享制造等系列新模式服務[12-13]。服務流程主要包括兩大步：首先是通過“小快輕準”應用提升企業內部數字化水平，同時也將企業接入到SMT行業云平臺；然后是基于貫通產業鏈上下游的SMT行業云平臺提供外部資源導入的模式創新服務，服務流程如圖4所示。

圖4 SMT行業云平臺服務示意圖

2.1 “小快輕準”應用

2.1.1 輕量化MES

MES是提升生產企業制造現場生產管控水平的核心系統，也是提升SMT行業中小企業生產效率、生產質量的關鍵系統，傳統MES系統因價格高、部署實施周期長、運維難度大等，不適用利潤較低的SMT行業中小企業。SMT行業云平臺輕量化MES，基于微服務架構開發，提供包括生產過程管控、維修管理、質量管理、E-SOP管理、設備及工裝工具管理、看板管理、工廠預警管理、報表管理等多個功能模塊，功能可靈活配置，支持企業根據自身需求、資金投入等進行SaaS(Software as a Service，軟件即服務)化功能訂閱[14]。

2.1.2 WMS

SMT貼片加工過程元器件種類、數量眾多，倉儲管理是SMT加工廠中的重要環節之一，是體現SMT中小企業生產效率、管理水平的核心要素。SMT行業云平臺WMS，融合電子行業工業互聯網標識解析體系，提供包括數據收集、預警預告、標準制定、庫位管理和質量管理等功能服務，支撐SMT中小企業提升倉儲管理效率、降低原材料缺料率，助力企業解決防呆防滯問題[15]。

2.1.3 穩健質量工業APP

SMT行業云平臺穩健質量工業APP融合應用基于智能化數據倉庫技術、新型數據建模技術、穩健設計優化技術，開發了從鋼網印刷、SPI到FCT全流程，覆蓋人、機、料、法、環、測等要素的9個APP，包括：鋼網印刷工藝優化、SPI工況分析、SMT貼片工況分析、AOI工況分析、波峰焊工藝優化、波峰焊工況分析、FCT工況分析、供應商質量保證能力評價、SMT產線工序診斷與調節，通過構建精準、實時、高效的質量數據采集系統，實現數據在線收集、生產過程實時監控、在線預警與在線分析及改進等功能，有效提升了產品質量的穩健性，支撐SMT貼片加工全環節質量優化提升[16]。

2.2 模式創新服務

2.2.1 在線制造

依托SMT行業云平臺打通SMT行業供需兩端，并連通元器件等供應商、倉儲物流等服務商，采取工業互聯網云工廠模式，為用戶提供從原材料采購到生產加工、從PCB(印刷電路板)到SMT貼裝的在線一站式服務，在實現高效制造的同時，也讓客戶可以更清晰地了解訂單的最新狀態，支撐實現快交期、高質量、低成本交付產品。

2.2.2 在線集采

依托SMT行業云平臺匯聚整合電子行業元器件、原材料、配件等各類供應商，并結合基于區塊鏈的智能合約、供應商評價等功能，為SMT行業中小企業提供原料、備品備件、成品等產品集中代采服務，有效解決中小企業采購渠道有限、采購話語權弱、采購成本高、采購資金周轉困難等問題，并有效助推產業鏈上下游企業訂單、庫存及生產等關鍵信息的精準協同，助力產業鏈供應鏈韌性提升。

2.2.3 供需對接

依托SMT行業云平臺連接、整合電子行業SMT需求方、SMT貼片加工企業，提供一站式SMT貼片加工供需對接服務，主要包括供需匹配、需求市場、需求發布、能力評價、智能匹配等功能，促進SMT貼片加工能力資源的高效配置，助力SMT中小企業導入更多訂單資源，提升市場能力。

2.2.4 供應鏈金融

因SMT行業中小企業資產、資質有限及銀行授信評價體系制約等多重因素，SMT行業中小企業面臨融資貸款難、周期長等問題。SMT行業云平臺融合應用區塊鏈、大數據分析等技術，依托行業云平臺打通行業交易場景數據，采集SMT制造企業產線、訂單等實時可信數據，建立客戶經營、信用等大數據分析算法及模型，形成銀行認可的企業“生產力征信”，對銀行的主體信用進行信用補償，助力金融機構和龍頭企業開展精準放貸、反向保理、財稅服務，提升SMT行業中小企業融資貸款能力。

2.2.5 共享制造

SMT貼片加工屬于“代工”服務模式，生產能力一定程度上具有通用性。通過SMT行業云平臺將所有接入平臺SMT行業中小企業的生產設備、產線狀況及生產進度進行實時展示，通過供需信息的實時共享和行業資源統一調配，面向全行業提供制造資源社會化共享服務，SMT代工企業可基于平臺將閑置產能“轉讓”給其他產能不足的企業，實現制造能力交易，推動SMT行業企業間的制造協同、計劃協同和資源共享，實現SMT加工制造資源的泛在連接、彈性供給和高效配置，提升SMT加工制造能力的集成整合、在線分享和優化配置水平。

3 實際案例

某SMT企業擁有幾條SMT加工產線，企業未部署信息化系統，除生產過程實現自動化外，其他環節如倉儲管理、BOM(Bill of Material，物料清單)管理等均是依托人工或通過紙質文件開展，生產效率低下。且因業務流程沒有通過系統進行標準化管控，缺乏專門的質量管理軟件，導致貼片生產不良率居高不下。同時因公司規模、資質及生產條件有限，在融資貸款及客戶資源拓展等方面也面臨難題。針對上述問題，該企業依托SMT行業云平臺系列應用開展了數字化轉型建設。一是通過應用云平臺輕量化MES、WMS等云化軟件，以較低成本快速實現企業信息化補課，大幅提升企業生產管控、倉儲管理協同水平，生產效率提升30%以上。二是通過應用SMT行業云平臺穩健質量系列工業APP開展生產質量管控及優化，該公司產線產品質量平均缺陷數由1.7%降低到0.4%，降幅達76.5%，人力及設備維護成本降低35%以上。三是通過平臺集采服務，為該企業開展零部件采購服務，有效降低采購成本，緩解了企業采購資金壓力。四是通過將該企業生產經營數據轉化為可信數據資產，助力該企業獲得銀行數百萬純信用貸款。五是通過平臺的生產運營可視及供需對接服務，助力該企業獲取了多家新客戶加工訂單，成功實現市場拓展。該企業通過數字化改造接入SMT行業云平臺，以低成本實現數字化補課提升，同時通過SMT云平臺連通產業鏈上下游還實現了訂單及金融資源的有效導入，企業經營質效改善顯著。該企業應用系統界面如圖5所示。

圖5 SMT行業云平臺服務示意圖

4 結論

本文通過對SMT行業現狀及發展趨勢進行分析，結合工業互聯網平臺的特性和設計理念，提出了構建SMT行業云平臺的建設路徑及服務模式，為解決中小企業數字化轉型升級、訂單資源匱乏、利潤率低等問題提供了有效的解決方案。SMT行業云平臺建設核心板塊主要包括數據采集層、PaaS層、應用層及區塊鏈基礎服務平臺等。SMT行業云平臺的服務模式主要包括面向企業內部數字化轉型的“小快輕準”解決方案和面向產業鏈的多領域模式創新服務。面向企業內部數字化轉型的“小快輕準”解決方案主要包括輕量化MES、WMS、穩健質量系列工業APP等，以低成本助力中小企業提升數字化能力。面向產業鏈的多領域模式創新服務主要包括在線制造、在線集采、供需對接、供應鏈金融、共享制造等，將行業中小企業通過工業互聯網接入社會化生產體系，為企業導入更多訂單、金融資源。