張偉 王威 王羚薇

（長春光學精密機械與物理研究所 吉林省長春市 130033）

印制電路板裝配(PCB，printed circuit board assemble)企業越來越多面對的是短周期、低成本、高要求的市場需求。企業要想在瞬息萬變的市場競爭中站穩腳跟，得以生存發展，必須采用先進的生產模式，快速響應客戶訂單需求。為此，一方面需要通過增加制造過程的可視化、柔性化，降低產品的廢品率;另一方面要保證優化預測和計劃調度，減少生產的待機時間。只有通過確保生產設備高效利用和信息快速反饋才能最大化地實現生產的高效。

目前，許多企業通過采用企業級管理信息系統（ERP）使生產管理水平和市場競爭力有所提高。但通常只能處理歷史或預測數據，不能及時、準確地反映當前生產現場的設備狀態和生產數據。導致企業資源計劃層缺乏有效的設備實時信息支持，控制環節不能得到有效優化的調度與協調。因此，企業迫切需要一個集成的、實時的IT系統來協調和控制生產。制造執行系統(MES，manufacturing execution system)正是滿足這種需求的生產信息系統。

1 PCBA行業的信息化現狀及問題

PCB板組裝行業特性決定了如果某一環節出現問題，將造成整批在制品的報廢。因此需要實時、靈敏地監控關鍵生產參數并定位出錯位置，給予正確的報警提示信息。同時，對部分重要參數進行自動回控調整。事實上，PCBA中的SMT生產線是典型的數字化生產線，由一個個獨立的、先進的數字化加工單元組成，然而，由于設備廠商數據接口和格式各不相同，相互之間的信息傳遞僅僅是停留在前后工序設備的上料、下料通知等表層交互，與上層管理系統缺乏信息的集成與統一，設備信息不能集中共享。這種信息不統一、存儲分散無序的狀況使得數據分析與利用更為困難。若通過人工查看顯示屏或磁盤備份的方式完成，則會大大增加工作量、降低工作效率，準確性也無法得到保障。

2 面向PCB裝配的閉環制造執行系統（C-MES）功能架構

在PCBA企業中構建MES系統的主要目標是通過關注生產條件變化，利用信息技術實現生產組織的快速響應。相對于ERP系統MES能夠提供一種額外實時與詳細的控制。MES和ERP系統之間的關系如圖1所示。當客戶下訂單后，由ERP系統生成主生產計劃并傳遞產品細節，如產品類型、加工數量和交貨期限給MES系統。MES通過調度來有效地管理資源和控制生產系統的運作。并將信息傳給ERP，由ERP更新信息。也就是說MES是控制層和ERP之間的重要鏈條，是通過協同各種活動來實現訂單的快速執行。

3 面向PCBA的C-MES實施

3.1 實施拓撲圖建立

圖1：MES系統功能模塊示意圖

圖2：SMT段實施拓撲圖

圖3：組裝段實施拓撲圖

圖2給出了SMT段的拓撲圖。首先是物料的收檢和分包，由智能掃碼系統對物料進行識別和處理，然后是SMT產線管理，包括輔料管理、物料用量檢測、上料檢驗，包裝/預警/設備管理以及質量和SPC分析等，最后是成品庫房的出入庫管理。

圖3給出了組裝段的實施拓撲圖。系統留有現場數據的收集/測試設備接口，值得注意的是該階段的操作過程中數據的收集和測試需要人工參與完成的環節較多。而數據獲得后的處理分析與統計則仍由系統智能完成。

3.2 實施步驟

閉環制造執行管理系統C-MES的實施步驟包括：接口管理、工單計劃管理、倉庫管理、生產管理、質量管理、設備管理和監控管理，各部分功能獨立又互有關聯，順序執行。

3.2.1 接口管理

MES與ERP的數據對接方式如圖4所示。

圖4：MES與ERP的數據對接框圖

3.2.2 工單計劃管理

工單計劃管理包括計劃排產、生產任務查詢、達成率狀況查詢、齊套率報告、工單延期報告等內容。工單狀態包括以下內容：

（1）下發：工單導入并選定生產流程后，將工單進行下發。這是生產線針對該工單的數據采集才可進行。

（2）生產中：在系統中該工單有一筆數據采集成功后，工單狀態將自動變為“生產中”。

（3）取消下發：對“下發”狀態工單進行回退，選擇新的生產工藝或退回到初始化狀態。

（4）暫停：對生產中的工單進行暫停，生產線停止數據采集。當實際業務發生變化導致生產停滯時，用戶可以采取該方式控制數據流轉，防止錯誤信息進入系統。

（5）取消暫停：對暫停狀態的工單進行取消暫停，工單狀態轉換為生產中。如果在暫停時，產品工序BOM發生了變更，取消暫停操作后，新的產品工序BOM將對該工單生效。

（6）完工：當已經投入到某工單的產品數量=已完工數量+報廢數量時，可以進行關單的處理，工單完工表示該工單的生產任務已經完成，該過程是不可逆的。

工單計劃管理流程如圖5所示。

圖5：工單計劃管理流程圖

3.2.3 倉庫管理

倉儲管理系統是制造執行系統的關鍵組成部分，通過物料系統接口獲取料號信息。根據來料單據進行來料檢驗。根據來料單打印唯一碼條碼。唯一碼條碼信息可由廠家統一打印或由工廠內部自定義打印（唯一碼包含料號、數量、日期、批次、廠商信息等）。二維碼系統及編碼信息示例如6所示。

圖6：二維碼系統及編碼信息示例

物料的出入庫業務流程如圖7所示。

圖7：物料出入庫管理流程

3.2.4 生產管理

生產管理的內容較多，包括工廠建模、SMT防錯件、數據收集、輔材管理、包裝管理、成品出入庫管理、維修及返工作業、產品追溯、客訴管理、E-SOP管理、權限管理、績效管理等。其中，SMT防錯件、數據收集、物料管理是核心內容。

SMT防錯件：通過導入防錯件系統，可以有效的杜絕接料換料造成的錯料問題，同時后續再也不用記錄換料記錄表，能節省操作員工的作業時間，提高生產效率。首先，開啟機臺自動讀取條碼功能，機臺底層通訊，實現無縫對接。實時抓取機臺生產效率及控制機臺停線功能。（需要購買上位機通訊接口）通過移動智能小車連接方式，實現快速備料、續料。唯一料盤作業模式。防止錯位和錯件生產，自動記錄員工備料、對料、續料、卸料、異常操作信息。自動完成扣料追溯以及物料預警。

圖8：C-MES數據采集系統示意圖

數據收集：設備數據采集模式包括設備開放接口方式、機臺文件轉檔方式、機臺數據庫方式和RJ45連線方式。采集內容包括設備生產數據、設備測試結果、設備運行數據等。通過以上資料收集實現生產訊息、設備狀況、安燈自動報警、OEE分析等相關功能。測試數據可以從設備中自動采集，支持有網線接口，串口的設備（需要客戶提供設備接口文件），支持人工手動輸入。C-MES數據采集系統示意圖如圖8所示。

物料管理：C-MES系統通過對物料，特別是特殊物料的管控來保證產品的質量。SMT生產特殊物料一般包括錫膏/紅膠、PCB裸板、濕敏/靜電敏感元器件以及鋼網、刮刀和喂料器等。SMT特殊物料類型及管理如圖9所示。

3.2.5 質量管理

質量檢驗涵蓋來料、過程、首件和終檢所有環節，包括檢驗項目設定、檢驗計劃設定、檢驗標準設定等功能。質量檢驗流程如圖10所示。

3.2.5 質量管理

設備管理提供設備檔案、設備保養計劃、設備點檢、設備維修、備品備件等管理。形成設備管理數據庫，便于對設備過程的追蹤和查看，最終形成設備狀態維護的功能和設備統計報表的相關查詢。部分模塊如圖11、圖12所示。

圖9：C-MES系統SMT特殊物料管控

圖10：C-MES系統質量檢驗流程

圖11：設備保養維護模塊

圖12：設備監控模塊

4 結束語

MES系統的實施可以有效的提高PCB裝配企業的管理效率，特別是在倉儲方面可實現供應商及物料關鍵信息追蹤，通過電子貨架或智能料倉的導入，降本增效，實現智能化管理；同時可以真正實現全過程的質量追溯，這在軍方航天等高可靠應用場合尤為關鍵，同時，通過各種智能防錯手段保證產品的質量和高效生產，此外系統還可根據分析生產數據對團隊人員的績效管理提供依據，是PCB裝配企業發展的趨勢。