一、行業(yè)概述

表面組裝技術(shù)，英文名稱(chēng) Surface Mount Technology，縮寫(xiě)為SMT。是一種將表面組裝元器件（SMD）安裝到印制電路板（PCB）上的板極組裝技術(shù)，它是現代電子組裝技術(shù)的核心。SMT最早起源于20世紀60年代的厚膜電路外貼元器件技術(shù)，在20世紀80年代隨著(zhù)彩色電視機電子調諧器的大規模生產(chǎn)而得到迅速發(fā)展，到了20世紀90年代中期基本成熟，成為現代主流的電子組裝技術(shù)。SMT為電子產(chǎn)品帶來(lái)了高密度、高性能、低成本、高可靠性這四大優(yōu)勢，從而促進(jìn)了該技術(shù)被廣泛應用，反過(guò)來(lái)亦推動(dòng)了這項技術(shù)自身的發(fā)展。

隨著(zhù)電子技術(shù)的快速發(fā)展和電子產(chǎn)品生命周期的不斷變短，給PCB板組裝制造商提出的要求也越來(lái)越高。同時(shí)，隨著(zhù)全球化的市場(chǎng)競爭帶來(lái)的企業(yè)國際壓力增大，現代PCB板組裝制造企業(yè)要想在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競爭中站穩腳跟，得以生存發(fā)展，必須采用更為先進(jìn)的生產(chǎn)模式，快速響應客戶(hù)、訂單的需求，并提供物美價(jià)廉的產(chǎn)品。

系統集成和信息集成是當前提高企業(yè)管理效率的重要技術(shù)。許多企業(yè)都通過(guò)不斷提高表面組裝技術(shù)（SMT）的自動(dòng)化程度和導入先進(jìn)的企業(yè)級管理信息系統（如MRPII、ERP等） , 使本企業(yè)的生產(chǎn)管理水平和市場(chǎng)競爭力提升到了一定的高度。但MRPII、ERP系統一般僅管理企業(yè)級資源計劃, 它通常只能處理歷史或預測類(lèi)型的數據，不能及時(shí)、準確地反映當前生產(chǎn)現場(chǎng)的設備狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程數據。同時(shí), 現場(chǎng)生產(chǎn)設備控制系統也不能實(shí)時(shí)的將生產(chǎn)數據傳遞到上層資源管理系統。這也就導致了企業(yè)資源計劃層缺乏有效的設備實(shí)時(shí)信息支持,控制環(huán)節不能得到有效優(yōu)化的調度與協(xié)調，屬于典型的開(kāi)環(huán)系統。因此如何將先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)控制系統和企業(yè)級的管理類(lèi)信息系統有效地結合起來(lái)，并在兩者之間搭建橋梁提供信息溝通，使系統功能閉環(huán)，就是企業(yè)信息化建設所迫切需要解決的問(wèn)題。以現階段的技術(shù)手段，從科學(xué)角度來(lái)看，生產(chǎn)制造執行系統（MES）恰好可以用來(lái)解決這一難題。

MES系統是位于上層的計劃管理系統與底層的生產(chǎn)過(guò)程控制系統之間的面向車(chē)間層的管理信息系統。它通過(guò)采集現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據，實(shí)現從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化管理。PCB板組裝行業(yè)的設備自動(dòng)化程度較高，為了充分挖掘先進(jìn)設備的生產(chǎn)潛力, 優(yōu)化生產(chǎn)行為, 全面提高企業(yè)信息化管理水平, MES 的建設及應用就顯得尤為重要了。

本解決方案基于這一思想，依據PCB板組裝企業(yè)的信息化現狀及特點(diǎn)，以智能制造為核心理念，對SMT行業(yè)的MES相關(guān)功能模塊進(jìn)行設計以及搭建，提供一系列獨特的管理方式以及管理工具，用以提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品品質(zhì)，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，并進(jìn)行全面的防錯防呆，實(shí)現全面科學(xué)的可追溯管理。

二、現狀及需求

1. 現狀描述

現階段，大多數工廠(chǎng)進(jìn)行系統上層建設的條件還不充足。主要原因是底層基礎建設和相關(guān)條件都還不完善，已有系統的開(kāi)放性也還不夠。具體表現在，當前生產(chǎn)線(xiàn)中一些設備并不具備直接進(jìn)行數據采集的條件，有些是數據接口已被占用，有些是不具備通訊的能力，還有一些則是工位上手工進(jìn)行操作的，這些問(wèn)題都需要通過(guò)一些硬件方面的改造以及相應的基礎建設來(lái)使其具備數據傳輸的條件。對于可以進(jìn)行數據采集的部分，還需要進(jìn)一步明確相關(guān)數據在控制器中的存儲區域以及通訊鏈路的處理方式等問(wèn)題。對于企業(yè)中已存在的上層系統，如ERP，目前也還不能確定與其數據互通可以采用何種方式，這也是在項目開(kāi)始前簽訂技術(shù)實(shí)施協(xié)議及相關(guān)合同時(shí)需要明確的地方之一。

在生產(chǎn)過(guò)程中，SMT生產(chǎn)制造部門(mén)大量應用絲印機、貼片機、回流爐等自動(dòng)化設備，這些設備基本都采用工控機進(jìn)行控制。由于設商廠(chǎng)商采用的數據接口和格式各不相同，設備信息也就無(wú)法集中共享，從而形成了很多“信息孤島”，無(wú)法實(shí)現統一數據分析及處理。雖然大多數設備都具備采集生產(chǎn)過(guò)程數據的能力，但設備之間缺少網(wǎng)絡(luò )連接，采集過(guò)程也只能通過(guò)人工查看顯示屏或以磁盤(pán)拷貝的方式完成，這樣的處理方式也就不能及時(shí)的反應整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的作業(yè)狀況，對于系統的管理效果而言無(wú)疑是極差的。

與此同時(shí)，人工采集、記錄、傳遞生產(chǎn)數據不僅增加了工人的工作量，也無(wú)形之中將數據傳輸過(guò)程中最不可靠的因素放到了最重要的位置，效率自然十分不穩定，準確性更無(wú)法得到保障，更甚者還可能會(huì )影響生產(chǎn)的進(jìn)行。SMT行業(yè)特性決定了如果生產(chǎn)過(guò)程中某一環(huán)節出現問(wèn)題，就會(huì )造成整批在制品的報廢，因此在生產(chǎn)過(guò)程中更需要實(shí)時(shí)、高效地監控關(guān)鍵生產(chǎn)參數，并快速的定位出錯點(diǎn)，以正確的報警預警信息來(lái)提示相關(guān)人員注意和處理，并對部分重要參數自動(dòng)進(jìn)行響應。

 企業(yè)現階段不再滿(mǎn)足于最簡(jiǎn)單、直接的看板信息，而是需要根據實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據，對生產(chǎn)行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監控。在此基礎上，輔以相應的MES功能模塊，對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行科學(xué)、系統的管理，以實(shí)現對于生產(chǎn)的全面管理以及與其它子系統間的互聯(lián)互通。最終才能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本消耗。

企業(yè)管理層與現場(chǎng)設備控制層之間存在斷層會(huì )導致無(wú)法實(shí)現完整的自動(dòng)/半自動(dòng)閉環(huán)業(yè)務(wù)流程。PCB板組裝行業(yè)的特點(diǎn)就是小批量多樣化，定單變動(dòng)頻繁。目前的生產(chǎn)管理方式中，生產(chǎn)計劃和定單需求往往不能及時(shí)地下達到現場(chǎng)作業(yè)層，生產(chǎn)車(chē)間自然也就不能及時(shí)根據實(shí)際情況對生產(chǎn)計劃進(jìn)行調整。工作效率低下的直接后果就是對交貨時(shí)間產(chǎn)生的影響，而交貨期是否穩定又是客戶(hù)采購時(shí)的重要考察因素之一，這無(wú)疑形成了一種惡性循環(huán)。 車(chē)間現場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中還存在大量的重復操作且易出錯的環(huán)節，例如：如何對現場(chǎng)大量貼片機料架使用狀態(tài)進(jìn)行有效管理，如何保證上料位置的正確性，如何核實(shí)下達工單與生產(chǎn)BOM之間是否正確對應等問(wèn)題。 這些問(wèn)題都是密切關(guān)聯(lián)和互相影響的，最終則會(huì )嚴重制約企業(yè)的發(fā)展，導致資源浪費，使企業(yè)效率低下。

在日益激烈的市場(chǎng)競爭環(huán)境之下，行之有效的生產(chǎn)管理解決方案將對SMT行業(yè)具有重要意義，并可帶來(lái)巨大的直接經(jīng)濟收益。

2. 需求描述

面向SMT行業(yè)MES 的主要建設目標是：

構建基于統一基礎數據、統一系統框架的MES指揮調度平臺。提供可柔性組合定制的用戶(hù)界面、相關(guān)業(yè)務(wù)模塊及二次開(kāi)發(fā)接口；

MES系統需要面向精益生產(chǎn)管理模式要求，以生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制為目標。通過(guò)建立SMT流水線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的管理控制模型，實(shí)現關(guān)鍵工序與相應的生產(chǎn)和質(zhì)量數據的實(shí)時(shí)采集、監控與調度。實(shí)現從產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)分派、設備管理及現場(chǎng)動(dòng)態(tài)調度的信息化集成管理，消除老舊的以人核心的管理模式帶來(lái)的不利影響；

提供動(dòng)態(tài)質(zhì)量分析相關(guān)手段，對實(shí)時(shí)質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行報警, 促進(jìn)管理水平的提高, 使質(zhì)量管理模式由手工檢驗逐步過(guò)渡到自動(dòng)處理、實(shí)時(shí)控制的方式。建立系統的質(zhì)量知識庫，促進(jìn)質(zhì)量標準的優(yōu)化。通過(guò)采集、分析、處理、積累的循環(huán)過(guò)程，實(shí)現質(zhì)量的持續改善；

完成與企業(yè)已有信息化系統的集成，并根據實(shí)際需要提供互聯(lián)網(wǎng)功能。

三、建設方案

1．平臺結構設計

基于對行業(yè)情況的了解，結合目的現狀，配合力控相關(guān)產(chǎn)品，對上層信息化平臺做如下建設：

力控產(chǎn)品主要部署在操作層、管理層以及企業(yè)層。IOServer以及通訊網(wǎng)關(guān)pFiledComn負責數據的采集工作。ForceControl組態(tài)軟件則負責操作級的現場(chǎng)監控環(huán)節，eForcecon則在管理層實(shí)現對整廠(chǎng)的集中監控，完成對廠(chǎng)區工業(yè)數據的統一以及傳統的監控功能。三維可視化平臺FCVP用于將廠(chǎng)區乃至企業(yè)的整體規模以及現場(chǎng)工況以三維的視覺(jué)效果進(jìn)行展示，便于使用者獲得區別于傳統SCADA系統的更為直觀(guān)的體驗。pSpace一般用于存儲系統中所產(chǎn)生的全部數據 ，為數據的安全以及數據的分析運算提供可靠的保障；信息化平臺則采用FMES來(lái)完成，其傳統MES平臺的核心功能組件和模塊，同時(shí)可以作為企業(yè)信息化平臺面向互聯(lián)網(wǎng)的窗口，讓互聯(lián)互通跨平臺訪(fǎng)問(wèn)更加簡(jiǎn)單。相關(guān)軟件平臺還提供API接口、OPC和一些常用接口等擴展功能，便于企業(yè)內部基于該平臺的功能以及數據完成企業(yè)內部需要自研的相關(guān)功能的開(kāi)發(fā)，增強平臺的可用性和對于企業(yè)的友好性。

2．平臺模塊設計原理

2.1. 數據處理功能模塊

數據處理功能模塊為最基本的功能模塊之一，其主要功能已經(jīng)在第四部分數字化功能建設中進(jìn)行了說(shuō)明。該模塊負責生產(chǎn)過(guò)程中數據的收集、存儲以及接口的互通等工作。數據來(lái)源一般是現場(chǎng)的硬件設備或其它已投入使用的軟件，這部分數據包含歷史數據和實(shí)時(shí)數據兩部分內容，通過(guò)數據處理模塊的工作，數據會(huì )被儲存下來(lái)以及進(jìn)行應用和轉發(fā)等操作。

2.2. 生產(chǎn)實(shí)時(shí)追蹤模塊

該模塊主要對生產(chǎn)過(guò)程的數據進(jìn)行計算和分析，從而可以及時(shí)的獲取當前的生產(chǎn)狀況信息如：設備運行實(shí)時(shí)數據、人員班組當前信息、關(guān)鍵監測點(diǎn)數據、報警預警情況、看板顯示功能、客戶(hù)端展示功能等，這些功能都是以數據采集模塊為基礎支撐的。綜合利用這些時(shí)效性數據的好處就是即使現場(chǎng)無(wú)人，我們也可以將現場(chǎng)情況一覽無(wú)遺，同時(shí)，生產(chǎn)的實(shí)時(shí)追蹤也為計劃的落實(shí)程度提供評判的依據和直觀(guān)的反映。

2.3. 計劃管理功能模塊

該功能主要包含“計劃排產(chǎn)功能”、“計劃追蹤功能”、以及隨著(zhù)使用過(guò)程中不斷優(yōu)化最終可以形成固定算法后再配置的“計劃自動(dòng)優(yōu)化功能”三部分。

計劃排產(chǎn)功能是根據ERP或相關(guān)訂單系統中的原始訂單信息，經(jīng)過(guò)算法模型分解成工單任務(wù)并經(jīng)過(guò)生產(chǎn)關(guān)鍵人審核簽名后下發(fā)到現場(chǎng)級去執行，根據實(shí)際的需要也可人工制定工單；計劃追蹤功能是在規定的時(shí)間范圍內將當前實(shí)時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)度信息與計劃內的預定信息進(jìn)行系統內的對比，然后按照目前的生產(chǎn)進(jìn)度情況進(jìn)行計算，預估出訂計劃后續還需要執行的剩余時(shí)間，從而將計劃執行情況以及對于計劃執行結果的預估情況進(jìn)行及時(shí)的反饋。對于不能及時(shí)完成的訂單，則需要人為進(jìn)行干預和調整，計劃在調整后將會(huì )再次下發(fā)；計劃優(yōu)化功能則是針對生產(chǎn)中出現的頻繁調整等問(wèn)題或是經(jīng)驗性問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化和建議，從而改善初始計劃制定過(guò)程中的偏誤，一般來(lái)說(shuō)該功能屬于未來(lái)型功能，需要大量的歷史數據作為支撐，所以現階段一般還是靠人工進(jìn)行調整，使計劃的執行運行在一個(gè)相對準確的決策環(huán)境中。

2.4. 報警預警功能模塊

報警預警的作用就是用以減少現場(chǎng)異常事故（生產(chǎn)異常以及安全事故）發(fā)生幾率以及已發(fā)生的事故的持續時(shí)間，所以快速響應是關(guān)鍵。在這一功能模塊中，我們必須強調速度這一要求，凡是可以避免的中間環(huán)節一律優(yōu)化掉，化被動(dòng)為主動(dòng)。

報警和預警的處理機制會(huì )變成直達關(guān)鍵人、負責人的流程，并在一定時(shí)間后對未經(jīng)處理的報警預警進(jìn)行等級提升，讓更高層管理人參與進(jìn)來(lái)監督處理。

2.5. 追溯分析功能模塊

追溯分析功能模塊作用于已發(fā)生的數據（歷史數據），將數據間通過(guò)相互的聯(lián)系，以需要分析的結果為可追溯的條件之一，進(jìn)行檢索，并得出大量的數據對該事件進(jìn)行支撐。

通過(guò)追溯分析模塊，可以有效的定位到數據產(chǎn)生和流轉的關(guān)鍵節點(diǎn)，通過(guò)對所存儲的數據進(jìn)行系統的分析和處理，深入挖掘數據的價(jià)值，對于生產(chǎn)過(guò)程的追溯，主要可以從產(chǎn)品、設備、人員三方面進(jìn)行，從這三個(gè)先決條件看數據在整個(gè)過(guò)程中的連貫性。每個(gè)維度觸發(fā)的追溯將會(huì )生成不同的結果，但其結果都應是從各個(gè)維度上清晰的反映出生產(chǎn)的實(shí)際情況，從而便于我們分析歷史過(guò)程以及對現階段進(jìn)行判斷，然后再去調整以避免未來(lái)可能發(fā)生的問(wèn)題。該功能需要的數據往往比較全面，所以需要數據處理模塊對于底層的數據已進(jìn)行了全面的管理，還需要對應生產(chǎn)中的一些標志性的狀態(tài)數據，使數據內部產(chǎn)生相應的聯(lián)系。

在基于產(chǎn)品信息的追溯分析模式中，可以獲取到產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)系到的所被記錄的信息。至少包括了：訂單相關(guān)信息，生產(chǎn)相關(guān)信息，生產(chǎn)能耗，物料信息，生產(chǎn)班組信息，質(zhì)量信息。

在基于設備的追溯分析模式中，可以獲取到設備全生命周期的被記錄的信息。至少包括了：設備基礎信息（廠(chǎng)家、造價(jià)、采購時(shí)間、運行時(shí)間、設計壽命、設備負責人、設備地理位置等），設備維修信息，設備保養信息，設備能耗信息，OEE分析等。

在基于人員的追溯分析模式中，可以獲取到人員在參與生產(chǎn)過(guò)程中所被記錄的信息。

2.6. 訂單追蹤功能模塊

該功能模塊從屬于計劃管理功能，與其也存在數據的互通，但適合單獨出來(lái)進(jìn)行建設。在進(jìn)行訂單追蹤時(shí)，主要是根據選擇的訂單信息，進(jìn)行分析，了解訂單的完成情況以及交付時(shí)間，在系統功能相對完善的后期，還可對訂單提出一些報警和預處理功能，將解決方案直達銷(xiāo)售層、管理人員。

該模塊的功能主要是用于今后系統接口的開(kāi)放，將這一塊的追蹤功能直接給相關(guān)的大客戶(hù)銷(xiāo)售及大客戶(hù)使用，便于授權的使用者更方便的了解自己所屬范圍的訂單目前的完成情況，避免不必要的催單產(chǎn)生。

2.7. 設備管理功能模塊

對設備進(jìn)行全生命周期的管理是有效提高設備運行效率的手段之一，設備管理包括了常規的設備臺帳，采購、保養、報廢等管理，還提供設備的OEE（設備綜合效率）分析，確保設備能在其生命周期內發(fā)揮的價(jià)值接近或超過(guò)預估的理想值。對于專(zhuān)業(yè)設備和重點(diǎn)設備還需要提供重點(diǎn)的關(guān)注，保障其無(wú)障礙運行，以支撐整個(gè)生產(chǎn)流程。

2.8. 質(zhì)量管理功能模塊

該模塊主要對于生產(chǎn)中以及生產(chǎn)結束后中間品和產(chǎn)品的質(zhì)量檢測結果進(jìn)行管理和分析。對于檢測結果的收集，盡可能的對接質(zhì)檢設備以及原質(zhì)檢系統，用直接的數據采集替換掉以前陳舊模式（紙質(zhì)單據、人工錄入等），從而避免過(guò)多的人工輸入環(huán)節，確保結果的準確可靠。對于質(zhì)量管理，一般會(huì )實(shí)時(shí)監測生產(chǎn)線(xiàn)上一些關(guān)鍵質(zhì)量點(diǎn)的數據，包括各工藝參數，各階段抽樣指標，成品檢測結果等，這些數據將會(huì )全面的描述一件成品的生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量情況，構成質(zhì)量管理的核心內容。

2.9. 人員管理功能模塊

該模塊主要是對人員數據進(jìn)行管理。人員信息錄入后，與考勤績(jì)效形成數據間的關(guān)聯(lián)。人員排班的編制、管理，電子工票以及使用人員的權限控制等都在該部分進(jìn)行設計和實(shí)現?，F階段圍繞人員管理方面的需求，一般體現在排班、績(jì)效管理、安全等級三個(gè)方面，其中結合生產(chǎn)數據還可以實(shí)現人員工資的核算、投入產(chǎn)出比核算等。

2.10. 庫房管理功能模塊

該模塊的功能主要是對倉庫（物料庫、成品庫）的整個(gè)出入庫過(guò)程以及庫存狀態(tài)進(jìn)行管理，全過(guò)程應支持數字采集管理（條碼掃描或電子標簽等）。物品從到貨驗收再到生產(chǎn)投料全程條碼化，以此記錄物品名稱(chēng)、物料批號、規格、數量、供應商批號等信息，利用條碼跟蹤和驗證物料，實(shí)現物料管理的智能化。庫存管理對生產(chǎn)過(guò)程中的領(lǐng)料、返工和報廢等操作進(jìn)行管控，在操作過(guò)程中盡可能的減少人工記錄的操作量，確保準確程度以及效率的提升。

2.11. 能源管理功能模塊

能源是生產(chǎn)的核心，所以，對工廠(chǎng)、車(chē)間或產(chǎn)線(xiàn)的用能情況進(jìn)行合理的預測分析是十分必要的。

對于生產(chǎn)過(guò)程中的能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)統計分析，能耗超標要產(chǎn)生報警提醒，原理則是因為能耗不會(huì )無(wú)緣無(wú)故的拉高或落低，這其中異常的原因往往值得深入探究。那么對各級能源計量表間的平衡分析，找出能耗異常的環(huán)節，提出改善能耗的合理措施就是能源管理功能模塊的重點(diǎn)內容。

有些企業(yè)或管理者對能源方面的需求不是很強烈，這也就意味著(zhù)在節能方面的功能可以不用做過(guò)多的設計，而是將能源管理功能的方向轉向從能源消耗上分析生產(chǎn)中隱含的一些不利因素，如：設備的老化，人工的倦怠、不合理的計劃變動(dòng)等，再配合其他過(guò)程數據以確定并及時(shí)的處理發(fā)現的這些不利因素。

2.12. 可擴展功能模塊

該部分功能主要是面向客戶(hù)和社會(huì )開(kāi)放的，可以是接口程序也可以是一個(gè)完整的應用程序，主要用于客戶(hù)及時(shí)的了解自己訂單信息，增強廠(chǎng)家與社會(huì )的聯(lián)系，如適時(shí)的發(fā)布通告、產(chǎn)品信息等，同時(shí)可用于收集客戶(hù)的意見(jiàn)和建議，加強企業(yè)與社會(huì )間聯(lián)系。

業(yè)務(wù)人員也可以利用該擴展功能快速的實(shí)現相關(guān)數據的訪(fǎng)問(wèn)。該功能將會(huì )以開(kāi)放數據接口為主，方便廠(chǎng)家在此項目基礎之上做更多的擴展定制，從而獲得一個(gè)擁有自主特色的門(mén)戶(hù)型平臺。

3．工業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全建設

關(guān)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的安全性建設，本解決方案中主要推薦采用工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)、工業(yè)安全隔離網(wǎng)關(guān)以及工業(yè)防火墻來(lái)完成。具體下來(lái)主要涉及力控的三款網(wǎng)絡(luò )安全產(chǎn)品：pSafetyLink系列工業(yè)安全隔離網(wǎng)關(guān)、pFieldComm系列工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)、HC-ISG系列工業(yè)防火墻。通過(guò)構建工業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全性平臺，保障數據和運行環(huán)境的安全運行。