SMT⽣产线数据采集技术研究
2019-09-21
摘要：质量问题难追溯、上料续料出错率⾼、⽆法快速响应客户订单需求，以及经营管理层不能及时、准确地得到当前⽣产现场的设备状态和⽣产数据等是SMT（surfacemounttechnology）⽣产线普遍存在的问题。因此，为实现SMT⽣产线的实时、精细化管控，企业需对其信息化建设中⾯临的问题“如何有效的把先进的⽣产线控制系统与企业级的⽣产管理信息系统相结合”进⾏探究。研究发现，借助制造执⾏系统（MES）能够有效的解决这⼀问题[1-2]。该系统通过对现场实时数据进⾏采集，从⽽对整个⽣产过程（从订单下达到产品完成）进⾏优化管理。⽂章在分析SMT⼯艺基础上，重点对⽣产线数据采集⽅式进⾏了研究，详细分析了贴装过程物料防错流程。
关键词：SMT；制造执⾏系统；数据采集；上料防错
1前⾔
近年来，在外部需求（已交货产品发⽣质量事故⽽⾯临⼤批召回）和内部需求（提⾼企业服务能⼒、提升企业⽣产管理⽔平等）的双重驱动下，⼤部分企业通过对SMT⽣产线的⾃动化程度加以进⼀步的改善，并引⼊新型企业级的管理信息系统，从⽽在极⼤程度上提⾼企业的⽣产管理⽔平与市场竞争⼒。然
⽽，这样并不能够有效提⾼企业的⽣产效率，造成这⼀问题的原因为：企业⽣产过程中对于信息的采集存在费事、滞后、易出错等情况，MES在监控、反馈及动态调度管理⽅⾯有着较⾼的要求。随着物联⽹技术的应⽤，有些学者[3-4]提出，MES中引⼊射频识别RFID（radiofrequencyidentification）技术[5]，利⽤多种通讯⼿段、分层设计理念，这样能够对制品进⾏较好的跟踪、对产品质量进⾏较好的追溯、对车间现场产⽣的实时数据进⾏较好的采集、对车间的⽣产⽅案进⾏合理安排、对企业设备与⼯作⼈员进⾏较好的实时监控、对⼯艺反馈进⾏较好的校正。然⽽，该技术并没有⼴泛的在SMT⾏业中得到应⽤。因此，结合现有的研究成果，⽂章利⽤RFID技术，将RFID标签赋予在SMT ⽣产对象[6-7]上，对⽣产线数据采集⽅式进⾏了研究，应⽤到MES上，达到降低⽣产成本，缩短⽣产周期，提⾼产品质量的⽬的。
2SMT⼯艺分析
SMT⽣产线主要⼯艺流程为：PCB上板锡膏印刷元器件贴装回流焊检测PCB下板维修。虽然⼯序不多，但由于贴装过程中存在⼤量外观相似元器件且⼤量重复操作特性，因此，从线边库拣料、⼯位上料、锡膏供给、贴⽚物料⽐对、回焊等⼯序是PCB装配易出错的环节。然⽽，PCB板组装⾏业特性决定了若其中⼀环节发⽣问题，会导致全部制品报废。因此，企业需使⽤需对关键⽣产参数进⾏实时地、灵敏地监控，并对出错位置进⾏准确定位，提供准确的报警提⽰信息，及⾃动回控调整部分重要参数。关于SMT⽣产线设备，其主要组成的⾃动化设备包括：丝印机、贴⽚机、回流炉等，对于这些
设备的控制主要运⽤⼯控机。然⽽，在数据接⼝与格式上，设商⼚商存在极⼤的不同；同时，由于各个设备之间⽆⽹络连接，这就使得设备信息⽆法⾃动反馈，需借助⼈⼯才能够对设备信息进⾏收集，进⽽使得⽆法迅速的对整个⽣产线的作品情况进⾏反应，使得数据分析与处理⽆法实现统⼀。⽽⼈⼯采集⼯作效率低，准确性也⽆法得到保障。因此，企业采⽤的MES系统必须具备以下功能：可以实时显⽰车间每条⽣产线⽣产的进度、物料、在制品、产成品的型号、数量信息、设备状态信息，并实时监控产品质量的变化趋势，实时显⽰车间的各种KPI（KeyPerformenceIndicators）统计性能标准；同时，可依据不同装配产品动态配置可视化信息；需要MES系统能够对SMT车间原材料上线、⽣产、搬运、下线的整个过程的关键信息进⾏实时跟踪，为准确的故障产品的召回和追溯提供基础。
3⽣产线数据采集研究
3.1SMT⽣产线数据采集参数
SMT⽣产过程中需要采集的参数有：①⼈员信息采集。⼈员信息采集对象为：车间管理者、设备操作者以及质量检验者等；企业通过实⾏责任到⼈的管理理念，从⽽使产品质量追溯得以实现；②物料数据。相关⼯作⼈员在对每⼀种关键物料进⾏⼊库时，会得到⼀个唯⼀编号，该编号关联到产品⽣产过程和⽣产信息，⽅便今后在产品质量追溯时进⾏查询；③设备质量检测数据。现阶段⼤多数的贴⽚机、回流焊炉、AOI测试机等SMT设备都具备设备⾃检功能，能够将检测数据保存于检测设备中，因
此只需写⼊设备接⼝程序就能将数据传输到MES系统中提取使⽤；④⽣产过程状态数据。其指过程监控的核⼼数据，主要包括：⼯位实时状态信息、设备实时状态信息、在制品实时状态信息等，以上本次数据采集研究的要点。在PCB上板时，应对PCB的投⼊数、PCB的条码、刮⼑情况等信息进⾏写下来；开展锡膏印刷时，应对锡膏的信息、钢⽹的信息等加以记录；在元器件贴⽚过程中，应对物料的追溯信息、料等信息加以关注；开展回流焊时，应对炉温与贴⽚机传送速度等信息加以记录；开展炉后检测⼯作时，应对各项检测数据（如：SMT线产出、不良数量等）加以记录。
3.2RFID技术与智能对象采集
RFID（RadioFrequencyIdentification）是1990年期间出现⾃动识别技术，这项技术的优势有：不需接触即可⼤批量的对信息读取、对环境的适应能⼒⽐较强、⼯作效率⽐较⾼等。相较于条码技术，RFID技术的读取距离更长、数据存储量更⼤，并可以适应各种恶劣环境。如果对所有的制造对象（如：物料、容器、设备等）运⽤RFID标签进⾏部署，能够将⽣产对象变为可跟踪及追溯的智能对象。将固定式或移动式RFID读写器应⽤到在⽣产线布置管控点，能够对这些智能对象进⾏实时监测。若将RFID系统与企业信息系统⽆缝集成，标签携带⼤量数据传递给MES系统，实现了产品与⽣产信息的关联，也就能够准确、完整、实时了解物料消耗、机器状态、订单进度以及⽣产状况等。
3.3丝印机数据采集
丝印指在PCB板上进⾏焊膏、固化胶的涂布。如：借助DEK全⾃动丝印机对相关数据进⾏采集，相关数据主要包括：循环时间、刮印的速度与压⼒、印刷的⽅向与⽅式、⽣产的机种和数量等。DEK丝印机通过连接了⼯控机及MachineController，能够有效的控制相关设备。在⼯控机上使⽤相应的控制监视软件，如：MachineController可以有效的相应设备进⾏控制，使具体的设备控制得以实现，借助NextMoveCard完成通讯⼯作。DEK丝印机具有符合开放标准GEM/SECSII的主机通信功能，可便于对全部的⽣产线的丝印数据进⾏集成。利⽤SEMI相关协议对通讯驱动程序加以编写，从⽽有效的对驱动端及设备之间数据应答进⾏采集。
3.4贴⽚机数据采集
贴⽚指在PCB板上贴装元器件的过程，其是SMT⽣产线重要⼯艺。贴⽚机具有控制参数⽐较复杂、精度要求⽐较⾼的特点。其中采集内容有：程序、供料器、吸嘴、实装、⽣产等信息；主要参数包括：抛料、有⽣产、贴装的数量及停机与⼯作时间、⼯作效率、取料数。分析吸嘴、时间段、料架等条件，若吸附、贴装的效率低于相关标准，或造成某⼀机种的产量降低，会及时提⽰报警。（1）利⽤设备监控软件接⼝采集。运⽤DOS操作系统的相关贴⽚设备，借助离线软件、贴⽚机的COM⼝完成通讯，从⽽对离线软件产⽣的相关⽂件中取得有关数据加以直接的采集驱动。此外，在设备上进⾏串⼝通讯程序的安装，从⽽在DOS条件下与采集服务器中串⼝程序实现通讯，把过程数据传输到采集服务器，这样就能够较好的对相关数据进⾏存储、监控。（2）利⽤设备⾃定义通讯协议采集。多数贴⽚机
htmlradio传输数据是⼀种控制系统，其将主机板作为核⼼的，结构为：板卡。将P8000控制箱运⽤到Panasert贴⽚机，其中组成的控制模块包括：MMC、HMI。同时，主机通讯中的25针RS232串⼝是由Panasert 贴⽚机所提供，适⽤于制造信息系统的组⽹。主机和设备之间的双向应答通讯、通讯指令是由HostCommunication协议所提供，主要包括：长度段、数据段等，和校验⽅式是其中的主要运⽤⽅式。
3.5回流炉数据采集
回流焊⼯艺指通过对组件板进⾏加温，对焊膏进⾏熔化，进⽽实现PCB板焊盘与器件之间电⽓连接。回流焊⼯艺的采集数据有：各区炉温与带速。同时，以时间作为横轴，绘制炉温的变化图，这样⼀来，能够在炉温超过⼀定⾼度时，及时发出警报。回流炉数据的采集，则可以通过相应的设备控制系统，然后将采集应答程序安装到回流炉控制电脑上，将远程采集服务器上的采集驱动应答进⾏连接，从⽽实现数据的实时传输。
3.6采集驱动开发
采集驱动开发进⾏组建时，可选⽤多个⼚家的设备，从⽽实现对相关设备的优化配置。然⽽，⽬前我国市场上SMT设备的类型⽐较多，且型号不⼀；不同的SMT⽣产设备和型号，其数据的接⼝也不尽相同。因此，采集数据的⽅式和⼿段也不同，具体采集的⽅式有以下⼏种：通过设备控制系统的接⼝进
⾏采集、设备⾃⾏定义下的通讯协议进⾏采集、⾏业之间通⽤的协议采集以及采集板卡。
4贴装过程物料防错分析
在PCB⽣产过程中，产品多品种变批量，所⽤到的元件、元器等数⽬较为巨⼤，且辅助的种类、⼯具也⽐较繁复，因此，在很⼤程度上，让物料的上料、配送以及换料等也变得复杂；⽽仅仅依靠⼈⼯去辨别杂乱、复杂的物料难度较⼤，且还会导致⼯作效率过低，造成线边仓物料堆积，甚⾄在上料和拣料环节发⽣错误。因此，对于SMT⽣产线，应建⽴合理、科学的物料放错体系就显得尤为重要。⽂章主要就RFID采集⽣产过程中的实施数据，通过MES系统进⾏备料及看板，并从拣料和⼯位上料两个环节实现这⼀过程。在拣料过程中，相关⼯作⼈员利⽤MES数据库从⽽对SMT⽣产线物料的总需求加以⾃动获取，再开展拣料⼯作。在拣料时，对物料标签加以扫描，从⽽对物料是否符合⽣产标准及要求，若判断为符合，就继续拣料，直到完成所有⼯作量为⽌；如果判断为不符合，需要再⼀次拣料。在⼯位上料过程中，在贴装线的物料到达车间后，应对元器件进⾏正确的分配，使其进⼊对应的贴装⼯位线边仓。相关⼯作⼈员通过对物料标签进⾏扫描，根据⼯位备料看板，将物料进⾏合适分配。若上料符合相关规定及要求，备料看板会提⽰继续上料；若上料不符合相关规定及要求，看板会提⽰错误且⽴即报警。备料看板可以显⽰设备运⾏中的备料任务、完成情况、物料信息，并可以显⽰下⼀阶段的备料料号及料站信息，对当前备料任务的执⾏进度进⾏提⽰。
5结束语
⽂章在分析SMT⼯艺基础上，研究SMT⽣产线的数据采集模式，对贴装过程物料的防错流程进⾏分析。但由于时间因素的限制，本课题对采集数据的挖掘、统计分析、决策分析等研究尚显粗浅，下⼀步将对电⼦产品通⽤制造执⾏系统的敏捷化、智能化进⾏研究。
参考⽂献：
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[6]张映锋，赵曦滨，孙树栋，等.⼀种基于物联技术的制造执⾏系统实现⽅法与关键技术[J].计算机集成制造系统,2012,18(12):2634-2642.
[7]郑林江.基于智能对象的混流装线敏捷⽣产管理技术研究[D].重庆⼤学,2010.
作者：王和敏张洪亮王⽴苗封跃鹏单位：北⽅⼯程设计研究院有限公司
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