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PCB二維碼激光鐳雕追溯信息系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2018-06-12 來(lái)源:元祿光電

生產(chǎn)追溯,可以正向、逆向、或者不定向地追蹤產(chǎn)品,便捷快速地確認(rèn)產(chǎn)品的原材料、加工方式、加工過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)等信息,與追溯密不可分的就是產(chǎn)品管理方案,主要包括批次管理和單品管理。批次管理,是指產(chǎn)品從原材料到交付成品的生產(chǎn)過(guò)程,嚴(yán)格按照批次進(jìn)行科學(xué)管理,確保每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)批次清、數(shù)量清、質(zhì)量清、責(zé)任清、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)清;分批發(fā)料、分批加工、分批轉(zhuǎn)工、分批入庫(kù)、分批發(fā)配等,嚴(yán)格按照先進(jìn)先出管理。如此,一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,就能夠迅速核查原因,劃清問(wèn)題產(chǎn)品范圍,將影響率降低。

 

印制電路板(PCB)行業(yè),在生產(chǎn)過(guò)程中采用的一般都是基于批次的管理方案。單批次數(shù)量的大小是由最佳批量的算法計(jì)算得出的,不同的板件類型,批次數(shù)量也不盡相同,EBSE-Business Suit)系統(tǒng)以及MES系統(tǒng)(Manufacturing Execution System)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基于批次的管理方案[2]。如果生產(chǎn)過(guò)程中,某一塊板子出現(xiàn)異常,則導(dǎo)致整個(gè)批次的板子停滯生產(chǎn);如果已經(jīng)入庫(kù)或者發(fā)給客戶的板子出現(xiàn)異常則確認(rèn)異常原因之后,需要將整個(gè)批次的板子全部退回核查,最佳批量越大,召回核查實(shí)物就越多,在一定程度上也造成了人力和物料資源、成本的浪費(fèi)。

 

本文所研究的基于PCB行業(yè)的單板追溯系統(tǒng),是將生產(chǎn)批次管理方案中的追溯信息精細(xì)化到每一塊板件,然后根據(jù)板件的條碼信息以及系統(tǒng)記錄,快速準(zhǔn)確的定位問(wèn)題板件范圍,核查異常原因。將生產(chǎn)管理精細(xì)化,也方便質(zhì)量、產(chǎn)品召回或者退貨管理。

 

1. PCB單板追溯方案

本文提出的單板追溯管理的前提是基于批次管理,將PCB生產(chǎn)工單批次中的所有大板,每一塊維護(hù)唯一的二維碼,并將板件二維條碼綁定生產(chǎn)批次號(hào)。在加工過(guò)程中的設(shè)備上安裝掃描設(shè)備,每次只要有板件經(jīng)過(guò)該設(shè)備,則掃描記錄該板件經(jīng)過(guò)的時(shí)間,加工人員,加工參數(shù),環(huán)境參數(shù)等信息。

 

PCB單板追溯方案,主要包括三個(gè)模塊(圖1):板件二維條碼、硬件掃描、軟件系統(tǒng)。

001.png

 

1.1 板件條碼形式

根據(jù)生產(chǎn)批次及批次數(shù)量,按照特定的規(guī)則生成每一個(gè)大板的二維碼,該二維條碼具有唯一性,且綁定批次信息。由于PCB加工工藝路線的特殊性,如果只是通過(guò)PCB二維碼激光打標(biāo)機(jī)鐳雕的形式,將前期生成的二維條碼信息印在PCB板件上,則在經(jīng)過(guò)后續(xù)的加工工藝路線時(shí),很容易會(huì)被抹掉或者污染,導(dǎo)致掃描不到或者難以辨識(shí)。因此,本文的方案是把二維條碼信息鉆在板邊,在外圖的絲印字符之前,一直保留板邊二維碼,以記錄加工過(guò)程記錄。在外圖工序之后,通過(guò)PCB二維碼激光打標(biāo)設(shè)備,將板邊二維條碼轉(zhuǎn)移至每一個(gè)板件上,通過(guò)外形加工之后,板邊會(huì)被切除,就繼續(xù)記錄小板上激光標(biāo)記二維碼。

 

通過(guò)以上方式,可以將二維條碼從工藝路線的起始到最后入庫(kù),一直保持可識(shí)別狀態(tài),且不影響客戶交貨要求,以達(dá)到單板追溯需求。

 

在這個(gè)環(huán)節(jié)里面PCB二維碼激光打標(biāo)機(jī)必不可少。

 

1.2 硬件掃描設(shè)備

基于PCB板件二維條碼的特殊性,選用掃描硬件設(shè)備,應(yīng)該具有如下功能:

 

1.2.1  高識(shí)別性

鉆孔二維碼在加工過(guò)程中可能會(huì)由于阻塞,污染等原因,導(dǎo)致二維條碼會(huì)有部分不清晰,因此,掃描設(shè)備必須有高分辨率,可讀取點(diǎn)陣二維碼,且有容錯(cuò)機(jī)制可識(shí)別錯(cuò)碼;掃描設(shè)備固定在設(shè)備前水平線,在板件經(jīng)過(guò)水平線時(shí),由于過(guò)板的速度及放置板件位置等不確定因素影響,掃描設(shè)備可識(shí)別區(qū)域廣且讀取速度快。

 

1.2.2  通訊接口

由于掃描設(shè)備讀取的條碼信息,需要與生產(chǎn)追溯系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián),因此該掃描設(shè)備需有通訊接口,可以滿足文件傳輸?shù)刃枨蟆M瑫r(shí),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)偶然中斷恢復(fù)之后,可以斷點(diǎn)續(xù)傳,以防數(shù)據(jù)丟失或者遺漏等情況發(fā)生。

 

1.2.3  存儲(chǔ)

掃描硬件設(shè)備,可以存儲(chǔ)掃描信息。在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)的情況下,依然可以工作,并將掃描數(shù)據(jù)存儲(chǔ);此外,可以設(shè)置文件存儲(chǔ)時(shí)間間隔,滿足不同生產(chǎn)線不同間隔時(shí)間上傳掃描記錄的需求。

 

1.3  系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是追溯查詢的媒介,也是連接二維條碼和掃描設(shè)備的重要組成部分。一方面,系統(tǒng)根據(jù)指定規(guī)則生成二維編碼,通過(guò)接口程序與硬件設(shè)備(鉆孔設(shè)備等)互聯(lián);另一方面,系統(tǒng)讀取掃描設(shè)備的文件并解析為系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)格式,存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中以供使用。

 

2. PCB單板追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PCB單板追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì),是在MES系統(tǒng)和EBS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的。該系統(tǒng)主要功能模塊包括:基礎(chǔ)配置,生產(chǎn)追溯,質(zhì)量管控,報(bào)表管理等(圖2)。

002.png

 

2.1  基礎(chǔ)配置

主要功能是綁定IP地址、掃描設(shè)備、加工設(shè)備之間的關(guān)系,以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理。在MES系統(tǒng)和EBS系統(tǒng)中,加工工藝流程與加工設(shè)備之間通過(guò)資源實(shí)例關(guān)聯(lián),追溯系統(tǒng)中,主要是將掃描設(shè)備作為輸入端,準(zhǔn)確得到加工時(shí)間等先關(guān)生產(chǎn)記錄。

 

2.2  同步接口

主要功能是同步二維條碼數(shù)據(jù)與掃描數(shù)據(jù)。首先,追溯系統(tǒng)需同步得到鉆孔的條碼,為防止系統(tǒng)紊亂錯(cuò)誤,需要在鉆孔成功之后方可將條碼與工單批次的綁定信息,同步到追溯系統(tǒng);條碼同步驗(yàn)證需要在下一個(gè)設(shè)備加工此板件之前,否則可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)條碼綁定有誤。其次,掃描數(shù)據(jù)的同步,每一塊板件經(jīng)過(guò)加工設(shè)備時(shí),都會(huì)先經(jīng)過(guò)掃描設(shè)備,并記錄當(dāng)前加工時(shí)間,生產(chǎn)信息,設(shè)備環(huán)境因素等。將這些掃描信息以及與設(shè)備相關(guān)聯(lián)得到的加工記錄信息,通過(guò)接口形式同步到單板追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

 

2.3  追溯記錄

單板加工歷程追溯,是MES系統(tǒng),EBS系統(tǒng)以及單板追溯系統(tǒng)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)整合,人、機(jī)、料、法、環(huán)等五個(gè)環(huán)節(jié)的追溯信息可視化。該模塊的主要功能是能夠根據(jù)板件二維碼,快速定位加工過(guò)程各種參數(shù)信息,以及與之相同加工參數(shù)的板件。

 

2.4  質(zhì)量管控

該模塊的主要功能是實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地記錄每一塊板件的品質(zhì)異常。板件報(bào)廢之后,確認(rèn)報(bào)廢原因,分析解決方案,解決質(zhì)量問(wèn)題等一系列的品質(zhì)控制和管理都可以在此模塊進(jìn)行。同時(shí),根據(jù)板件二維條碼的報(bào)廢記錄,可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)批次報(bào)廢率,當(dāng)超過(guò)預(yù)警范圍時(shí),則通過(guò)推送郵件、短信、微信等形式,提醒相關(guān)人員,實(shí)時(shí)關(guān)注該批次生產(chǎn)進(jìn)度,預(yù)防并快速解決異常問(wèn)題等。

 

2.5  報(bào)表管理

報(bào)表管理是該系統(tǒng)與其他相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的最大體現(xiàn),主要功能是各種不同層級(jí)管理報(bào)表的定時(shí)推送,此外,當(dāng)報(bào)表中某項(xiàng)指標(biāo)異常時(shí),預(yù)警推送指定人員,提前發(fā)現(xiàn),預(yù)防重大問(wèn)題與異常等。通過(guò)單板追溯系統(tǒng)的報(bào)表平臺(tái),細(xì)化各個(gè)管理報(bào)表,為管理人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參考。

 

3. 關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

單板追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,關(guān)鍵的問(wèn)題是其與各個(gè)系統(tǒng)之間的接口開(kāi)發(fā)。

 

3.1  網(wǎng)絡(luò)互連

某公司PCB生產(chǎn)廠設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)是分離的,鉆孔及掃描設(shè)備等使用的是設(shè)備網(wǎng),而系統(tǒng)是部署在辦公網(wǎng),所以此單板追溯系統(tǒng)的需要將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)同步。為了便于兩個(gè)不同網(wǎng)段之間的連通與同步,采用了FTP作為中間服務(wù)器,將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)上傳至FTP服務(wù)器,系統(tǒng)再?gòu)?/span>FTP服務(wù)器上讀取相關(guān)數(shù)據(jù),解析至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

 

3.2  數(shù)據(jù)同步

系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)批次及批次數(shù)量,生成每塊板件唯一的二維條碼信息,將二維條碼信息傳送給鉆孔程序,按照此條碼信息,進(jìn)行鉆孔程式的調(diào)用。此接口程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中,鑒于對(duì)網(wǎng)絡(luò)通暢性能的依賴性,優(yōu)化了此接口程序調(diào)用方式。本文開(kāi)發(fā)的單板追溯系統(tǒng)采用了反向回傳的方式,在鉆孔程式服務(wù)器中,通過(guò)掃描工單批次,根據(jù)批次數(shù)量直接在該程式中生成二維條碼信息,待鉆孔完成之后,將鉆孔服務(wù)器上已經(jīng)執(zhí)行完的鉆孔程序數(shù)據(jù),及時(shí)同步到單板追溯系統(tǒng)中。

 

3.3  文件解析

掃描設(shè)備的掃描文件一般存儲(chǔ)為excel文本格式,本文開(kāi)發(fā)的單板追溯系統(tǒng)需要解析掃描文件并存儲(chǔ)至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。雖然掃描設(shè)備已經(jīng)盡量避免錯(cuò)誤條碼等問(wèn)題的出現(xiàn),但是還是會(huì)有部分丟失信息或者異常情況,因此,解析文件的過(guò)程中,一旦有不符合編碼規(guī)則或者異常的數(shù)據(jù),則需要將文件的錯(cuò)誤信息輸出到錯(cuò)誤文檔中做記錄,以便后續(xù)核查確認(rèn)。如果網(wǎng)絡(luò)突然中斷,掃描設(shè)備可以存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中斷期間的掃描文件,待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)之后,需繼續(xù)傳回?cái)帱c(diǎn)處的所有數(shù)據(jù)。

 

4. 系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控與結(jié)果

為了驗(yàn)證PCB單板追溯系統(tǒng)方案的可行性和有效性,開(kāi)發(fā)的單板追溯系統(tǒng)已經(jīng)在某PCB生產(chǎn)廠試運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,與EBSMES系統(tǒng)接口及各項(xiàng)數(shù)據(jù)均正常。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行分析,證明了單板追溯方案的可行性與有效性。

 

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,有如下案例:某批次板件共280塊,在過(guò)程檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其中某幾片是固定位置劃傷,通過(guò)確認(rèn)原因發(fā)現(xiàn)是某個(gè)設(shè)備硬件異常,持續(xù)約10分鐘。如果僅僅依靠批次管理,則需要核查當(dāng)天時(shí)間段內(nèi)加工的所有批次板件;但是通過(guò)單板追溯系統(tǒng),可以確定劃傷板件在此設(shè)備加工的時(shí)間為2016108日,下午15:13分,因此只需要核查當(dāng)天下午15:03~15:23分之間的所有板件即可,單板追溯系統(tǒng)中記錄的板件共32塊。由此可見(jiàn),通過(guò)單板追溯系統(tǒng),大大減少了問(wèn)題板件核查范圍,縮短核查時(shí)間。

 

單板追溯系統(tǒng)不僅僅對(duì)PCB生產(chǎn)過(guò)程可以達(dá)到追溯效果,當(dāng)板件已經(jīng)到達(dá)客戶端的時(shí)候,也可以發(fā)揮很大的作用。比如說(shuō)某批次板件已經(jīng)在客戶端,發(fā)現(xiàn)了塞孔異常等其他問(wèn)題,就需要反查問(wèn)題板件,如果召回整個(gè)批次,對(duì)雙方都會(huì)有很大的影響,不僅僅影響客戶的進(jìn)度,也會(huì)造成人力資源和時(shí)間的浪費(fèi)。依靠單板追溯系統(tǒng),就可以快速準(zhǔn)確的定位是本批次的哪些板件有問(wèn)題,其他的批次是否會(huì)有類似異常,只需要召回異常板件,快速修復(fù)完成即可。從根本上快速解決問(wèn)題,節(jié)約客戶的時(shí)間和成本。

 

5.  結(jié)論

在研究PCB單板追溯系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上,通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)以及實(shí)際使用情況分析,證明了PCB單板追溯系統(tǒng)方案的有效性與可行性,不僅僅將批次管理、生產(chǎn)追溯、品質(zhì)管理和控制更加精細(xì)化,而且便于質(zhì)量問(wèn)題的定位,可以快速區(qū)分出問(wèn)題板件,減少召回?fù)p失。本文的單板追溯方案,為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了基礎(chǔ),對(duì)PCB行業(yè)的追溯管理趨勢(shì)的發(fā)展有一定的參考價(jià)值,可以在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究PCB單板追溯系統(tǒng)中其他的擴(kuò)展功能,為PCB行業(yè)在智能信息化發(fā)展上提供更加多元化的系統(tǒng)支持。


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