基于二维码技术的电路板制造执行系统研究

何立发　朱贵娥　文伟峰　刘长松　王仁浪

摘 要：针对印制电路板制造企业资源计划管理层和车间现场过程控制层之间的信息不通畅和管理断层，引入二维码技术和物联技术，构建了一个可以随时掌控各订单的加工进度和各加工设备/生产线的运行情况，同时实现异常问题的现场闭环控制和全流程品质追溯的制造执行系统。

关键词：印制电路板 二维码技术 品质追溯 制造执行系统

中图分类号：TL362+.7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）11-0-01

引言

印制电路板（PCB）主要用于支撑和连接电子元器件，被广泛用于电子设备和装备。中国PCB企业普遍存在以下问题：管理者对于企业的运营情况不能准确的掌握，企业的库存、在制品储备高，设备利用率不高，生产计划执行力弱，品质问题层出不穷，使得生产成本高，企业利润低[1]。为解决PCB企业的困境，研究和构建一种透明高效的面对车间生产现场的制造执行系统，是必要和急迫的。

一、系统需求及架构

制造执行系统（MES）是位于上层计划管理系统与底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统[2]。它为操作人员、管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源（在制品、人、设备、物料等）的当前状态信息。

PCB制造过程是一种典型的离散工业生产过程，其具有流程长、设备种类繁多、信息物联基础差、生产资源管理复杂等特性。PCB企业迫切的需要一种可以随时掌控各订单的加工进度，各加工设备/生产线的运行情况，以及实现异常问题的现场闭环控制和产品质量问题追溯的制造执行系统。

按照PCB行业特性设计开发的MES，可以分为两个层级，即数据采集层和功能模块层，数据采集层主要指通过各种自动化和物联网技术手段收集生产现场的产品、设备、品质等方面的实时信息，功能模块层主要指在统计分析实时数据的基础上，提升过程管理和品质管控水平的管理流程方法。

二、数据采集的实施

1.产品二维码数据采集

对于每一批产品，MES根据订单号和生产数量自动编制一系列编号，開料后的每一张电路板都会分配到唯一的编号，通过激光或机械钻孔编码设备使每一张在制电路板从开料到出货都带上唯一二维码。

每台设备和每条生产线都安装各自的对应唯一编号的读码器，每次进出加工设备/生产线，都对每一张PCB进行扫描读码，扫描数据通过局域网传输到管理服务器并存储到条码数据库中，系统自动记录每一张PCB是在什么时候、什么加工设备/生产线生产的[3]。

2.设备数据采集

针对不同类型的生产设备，通过采用分布式数控（DNC）网卡提取、宏指令解读、PLC通讯、PLC采集、视频识别等方法采集设备开关机状态（含加工、待机、关机、维修和保养）和运行状态（含运行数控程序、主轴转速、输送速度，药水缸温度，喷淋压力等），设备数据通过局域网传输到管理服务器并存储到数据库中[4]。

三、系统各模块的功能设计

1.自动过数

每个工序选定两个扫描点，作为该工序开始和结束的节点，MES直接取该扫描点的数据，统计工序实时产量和库存，实时更新在制品信息。

2.过程防呆

设备对应的读码器读到PCB上的二维码，MES自动调出该订单生产指示（Manufacturing Instruction，MI）中的生产流程与之前的读码记录进行对比，如果该PCB前工序没有完成或者过程品质管理部门检测到其具有品质问题而没有处理的，现场立即停机并警示提醒，同时发送邮件或短信给相关管理人员。只有在拥有权限的人解除该异常报警后，这些异常板才能继续加工。

3.自动设置加工参数

每一批板到达设备后，设备对应的读码器读到PCB上的二维码，如果流程没有出错，MES自动调出该订单MI中的加工参数，通过给设备控制系统指令自动将设备参数设置为与MI相匹配。

4.品质追溯管理

各工序品质检查部门先扫PCB上条码再将该工序的品质检测数据直接录入MES；系统对各品质检测设备进行数据采集，集中分析，对定位及重复性缺陷进行及时反馈和处理。

一张在制PCB含有若干个产品单元，在MES系统中建立扫条码报废模块，全面建立按单元报废制度，报废时先扫板边条码，可选择整板报废或者单元报废，对于单元报废在MES报废模块界面内选择报废的单元位置编号并记录。

MES实现全流程品质追溯，一旦出现品质问题，能够精准定位发生工序和设备，通过读码数据将存在同样品质风险的PCB精确筛选隔离，将负面影响降到最小。

四、系统实现

本系统采用三层网络计算架构模式，即客户机、应用服务器和数据服务器三层，在三层结构中，应用逻辑程序从客户机上分离出来，这是一种“瘦客户机”网络结构模式，客户端只存在界面显示程序，调整灵活，维护费用低。

采用.NET开发框架和C#语言进行开发，企业数据库采用Microsoft SQL Server数据库管理，利用GDI+、OWC等绘图工具和水晶报表，完成交互图形表的绘制和数据可视化的呈现以及高效的生产管理。

五、结语

本文分析了PCB企业制造管理水平的不足，引入二维码技术和设备物联技术，提出了按照PCB行业特性定制的MES架构，实现了自动过数、自动设置设备加工参数、流程防呆和品质管理等模块的系统化管理。一年的企业实践证明，在集成的平台上实现可视化，在可视化的基础上实现均衡高效化，解决了生产计划无效、设备稼动率低和品质管理失控等问题，使PCB企业降低生产成本，调高效率和品质。

参考文献

[1]闵秀红.信息化在PCB设备管理中的实践与探索[J].印制电路信息，2012（4）：185-191.

[2]荣冈，张灵泉.MES的现状及发展[J].自动化博览，2008，25（3）：14-18.

[3]翟军华，苏通. 液晶面板制造业中制造执行系统的设计与实现[J].液晶与显示， 2014，29（1）： 60-63.

[4]吴斌方，陈中瑾，汪超台.基于制造执行系统（MES）数据采集的研究与实现 [J].中国集体经济 ， 2008 （27） ：177-178 .

作者简介：何立发（1988-）硕士，工程师，红板（江西）有限公司，研究方向：物联网技术，智能制造。