PCB數控鉆孔綜合管理信息系統的開發

陳海斌

（深圳市金洲精工科技股份有限公，廣東 深圳 518116）

0 引言

越來越多的PCB企業正在實施或已經實施全制程智能工廠項目。智能工廠在追溯及產品質量監管上提供切實的幫助?，F大多數PCB工廠數控鉆孔車間（以下稱“鉆房”）作為一個工序，僅僅實現了機臺與加工批號對應追溯，其它管理功能甚少。智能工廠的設計者們不可忽略PCB孔加工過程中使用的微型刀具鉆頭（以下稱“鉆針”）的可追溯管理，數控鉆孔加工制造環節有自身的特點，對信息系統有迫切需要。深入研究需求，并開發相應的系統，有助于鉆房管理的數字化，實現鉆針可追溯管理，提升鉆房物料管理水平，為鉆房的智能化奠定基礎，相關工作有重要的現實意義。

1 研究的基礎

PCB數控鉆孔綜合管理信息系統的研究建立在現有信息基礎之上，主要包括ERP（Enterprise Resource Planning）系統、MES（Manufacturing Execution System）系統、WMS（Warehouse Management Systems）系統等。

1.1 ERP系統

ERP是企業資源計劃的簡稱，主要包括：財務、供應鏈、生產制造等模塊。其中，生產制造模塊通常會含生產定單和工序管理等功能。目前，中大規模PCB企業大部分都擁有ERP系統并包含上述模塊和功能。

1.2 MES系統

MES系統又稱生產制造執行系統[1]，它上承ERP，本身帶有工序級人機料物環的管理，生成生產加工、人員操作以及品質與可追溯等數據。標準功能的MES管理的對象主要為PCB、加工機臺以及看機人員；不包含鉆針的管理。

1.3 WMS系統

WMS是倉庫管理系統簡稱[2]。中大規模PCB企業通常會使用簡單功能的WMS，其功能類似超市收費用系統，僅管理物流的進和出，不涉及庫內業務，且不與生產MES系統對接。據了解，部分微鉆生產專業廠家也在使用簡單功能的WMS。

PCB用精密微型鉆頭制造商金洲公司現在使用的WMS是全流程數字化倉庫管理系統（Full Process Digital WMS，FPDWMS）。FPDWMS能夠對倉庫全流程進行管理，包括人的操作及指引、物資的移轉、拆零、裝箱、進出貨位，批次管控和全過程追溯等功能。該系統由作者率團隊自主研發而成，具有自主知識產權。系統已在公司穩定運行多年，并進行了三次大升級，確保了基礎架構與功能的與時俱進。

2 鉆房管理個性化信息系統需求

2.1 鉆房鉆針倉庫管理的難點

（1）鉆針倉庫管理難度較大。與專業鉆針廠家的新針管理不同，鉆房的鉆針管理的維度多，涉及到鉆針的品種、型號規格、磨次及數量。除此之外，還需要對鉆針狀態進行管理，鉆房的鉆針倉庫通常會存在新針、返磨鉆針、待返磨鉆針、報廢鉆針等四種狀態。在此基礎上，疊加鉆針批次管理則是難上加難。

（2）存在鉆針庫存數量不準，倉庫員找貨難。鉆針品種多，磨次多，零頭多，加上鉆針辨識度小，鉆房鉆針倉庫管出現差錯和找貨難是大概率事件。

2.2 鉆房計劃員的需求

鉆房計劃員主要工作是做好PCB鉆孔定單的機臺排產計劃、鉆針及其它耗材的備貨計劃。他們通常會根據PCB的加工要求，計算鉆針及其它耗材的需求，根據庫存的信息進行備貨。發現缺貨，則需要提請補充。鉆房數據查詢和計劃的工作量巨大。鉆房計劃員迫切地希望鉆房管理系統具有計劃和備貨功能，通過信息化手段減少工作量，提高勞動效率。

2.3 鉆針可追溯管理

實現鉆針的批次管理，不僅需要新針的追溯信息，而且需要返磨針的追溯信息。返磨針追溯信息要與包括新針或上一磨次鉆針的追溯信息相關聯，才會形完整的追溯信息鏈。

3 數控鉆孔綜合管理信息系統設計

3.1 綜合管理系統整體框架

根據以上需求分析，設計了數控鉆孔綜合管理信息系統整體框架，如圖1所示。

圖1 數控鉆孔綜合管理信息系統整體框架

3.2 FPDWMS

（1）FPDWMS系統模塊如圖2。

（2）FPDWMS實施場所為數控鉆孔車間和鉆針返磨車間，由于管理重點不完全一致功能略有差異。

圖2 FPDWMS系統模塊

鉆房FPDWMS主要功能包括：來料入庫、生產領料、生產退料、補針、非備料的補料、拆盒并盒、料品（直徑、磨次）查詢、待研磨倉入庫、雜收、雜發、貨位調整、貨位盤點、期初盤點、調撥、新增貨位、創建盒標簽及相關ERP的接口服務、自動導入銷售訂單。另外，需提供操作日志可追溯查詢。研磨車間條碼系統的主要功能包括：客戶來料入庫、生產領料、生產領料（整箱）、合格品入庫、銷售出庫、銷售出庫（整箱）、貨位調整、調撥、存貨數據查詢、及相關ERP的接口服務。

通過PDA掃碼進行鉆針的收、發、退、補，有效保證了庫存數量準確，實現了鉆針的全流程可追溯管理。通過PDA的物料查詢功能，指引倉管找到相關物料所在貨位，提升了倉庫的找貨效率。

（3）整個FPDWMS應用體系包括四個部分：服務器端軟件、無線網絡、終端設備、手持終端系統。

①服務器端軟件（包括無線通訊）：功能實現無線終端與服務器端進行無線通訊等；

FPDWMS：實現與ERP、MES 管理系統的接口應用的條碼應用系統。

②無線網絡：使用基于WLAN主流協議。

③無線終端：無線手持終端。

④手持終端系統：是一套嵌入在無線終端設備中的條碼系統，與服務器端軟件進行數據交互。

（4）鉆房FPDWMS難點與解決方案。

鉆房FPDWMS難點比較突出的兩點：鉆針零頭處理與PDA網絡環境的穩定性。

鉆針出入庫過程中，不可避免會出現大量的零頭，處理不當，就會造成操作效率屏頸，影響使用。為了提高員工操作效率，系統引入了可變數量二維碼；可變數量二維碼進的變動均會產生日志，以便日后審計。

倉庫員移動范圍較大時，PDA會出現斷網或服務中斷的情況，為了解決此問題，采用多個AP實現了大區域PDA的無縫漫游，同時AP之間互為備份，在個別AP出現故障，不影響PDA的高頻使用。

3.3 鉆孔排單系統

在庫存精確的基礎上，鉆孔排單系統通過導入ERP銷售訂單及各項加工參數、鉆針壽命、機臺參數實現對鉆刀用量及磨次由高到低的自動運算，在鉆針使用效率最大化的同時進行快速的生產排單。鉆孔排單系統輸入輸出如圖3所示。

圖3 排單系統輸入輸出

相關單據可以設置為自動打印，根據需要設置庫存預警點。

通過圖2可知，排單系統運行在ERP與FPDWMS的基礎上，可以實現自動查找數據，自動或輔助排單、自動或輔助編制備料計劃。

排單算法是整個排單系統的關鍵所在。這里采用基于Hopfield神經網絡與遺傳算法的排序算法，建立了網絡和數學模型，給出了基于排序原則的參數化表達式，通過仿真計算實例驗證了算法的可行性。該方法不僅可實現對加工活動的自動排序，而且考慮到其它排序原則、工藝約束條件和物料約束條件，可提高算法的實用性和工序排序解的滿意度。

3.4 ERP

ERP包含的業務模塊主要有：基礎設置、生產管理、銷售管理、采購管理、倉庫管理、總賬、應收、應付、票據管理、固定資產、成本管理、人力資源等。

ERP為多組織、SOA架構，方便組織之間實現單據拋轉，各異構系統數據交互。將FPDWMS與生產排單系統數據通過服務調用傳入ERP系統，在ERP系統生成相應的單據來實現ERP相應部分的快速化操作，精簡單據錄入操作，減少工作量。

3.5 MES

MES主要用于實現生產過程數據的收集、質量數據的收集、設備運行、維護與保養數據的收集、看板管理。MES的生產定單數據來自于ERP，收集的數據發送給ERP、FPDWMS等系統。

3.6 數據中心

FPDWMS及MES系統產生的實時數據來自于員工PDA和機器，輸出數據用于實時指導員工的操作和機器的操作，對系統和數據安全的要求較高。為了保證系統和數據安全，選用的是雙活數據容災中心。雙活數據容災中心具有以下優點。

支撐的應用系統在兩個站點間計劃內、計劃外、故障、災害時自由遷移而無需人工干預切換即業務系統不中斷運行[3]；

具有數據同步鏡像功能，所有虛擬機及系統數據庫均保存在不同機房的兩個存儲設備上，且數據同步無差異，應用系統數據可同時更新至兩個存儲設備中；

雙活數據容災中心架構靈活，開發人員可根據后續需要在線更新、擴展服務器節點或存儲節點，并實現后續計劃內硬件增加時保證應用系統不中斷運行；

本地數據采用CDP保護[4]，提供I/O級別保護，實現業務系統數據任意時間點備份數據回滾。

4 系統的實施和結論

PCB數控鉆孔綜合管理信息系統設計開發完成后，首次在金洲公司數控鉆孔分公司和針尖磨尖中心落地投入使用。從系統測試到正式上線過程中，項目團隊逐步完善系統功能，對問題逐一改進、并對新需求進行開發。截至目前，訪系統已交付使用三年時間，功能基本完善，滿足鉆孔中心業務發展的需求。通過實施PCB數控鉆孔綜合管理信息系統，金洲數控鉆孔分公司實現了鉆針的可追溯性管理；提升了員工勞動效率，減少了工作差錯，精簡了人員8人，降低了人工成本；提高的物料周轉率。數控鉆孔綜合管理信息系統有較好的經濟性。

數控鉆孔車間迫切希望通過信息系統提高管理效率和工作質量。通過深入挖掘鉆房的需求，開發了適用于鉆房管理的FPDWMS，實現鉆針倉庫的全流程數字化和追溯管理。在FPDWMS、ERP、MES等系統的基礎上，基于Hopfield神經網絡與遺傳算法的排序算法開發了高效鉆孔排單系統，該系統具備鉆孔排產和備料計劃的功能，全面提升了數控鉆孔加工環節的管理水平，構成了PCB數控鉆孔綜合管理信息系統。系統已在金洲公司得到成功應用，應用前景看好。