数字化是现代智能制造的重要标签，也是生产效率和管理标准化提升的有效手段。本文基于工业互联网，针对某公司SMT车间的实际情况，阐述了一种包含了众多模块的数字化解决方案。该方案实现了SMT车间全流程可视化管理的同时，也可以辅助生产单位及时获取生产执行进度、进行精益生产管理、有效管控产品品质。该方案通过过程管控、放错预警、辅助决策员工动作，可以有效的提升生产效率，保证工厂高端精密制造的质量，助力设备管理提效，给企业带来较大经济收益。

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引言

        目前我国生产制造企业大多处于数字化转型前期阶段，各个工序或工位虽然部分实现了信息化，但基本是一个个的信息孤岛，各个工序或工位无法相互关联成一个整体，这种情况大大阻碍了企业数字化转型的进程，也带来较大的质量隐患。

        基于以上项目背景、需求及现状，国内某大型科技公司自愿组建研发团队，历时3年左右，通过对SMT车间业务的数字化方案开发与应用（引入全产业链供应商及批次唯一码机制），实现了多任务多模块多工序或工位统一管理，其中包含了在制过程管控、物料管理、物料追溯、工艺管理、质量管理、设备管理、维修管理、BI报表、高阶排产等功能模块。该方案应用后，将整个车间关联成一个整体，实现了SMT车间的数字化转型，提升了制造企业的产品品质、提高了生产效率、降低了生产成本，提升了工厂智能制造水平。其成果在工业界产生巨大影响力，能够很大意义上为其同行及上下游生态链提供可复制经验。

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目标的制定

        本项的目的是围绕智能终端制造过程中供应链管理标准化、物料过程管理精细化、智能终端全生命周期物料可追溯等课题，通过MES项目的建设，引入全产业链供应商及批次唯一码机制，完成智能终端SMT段流程物料信息数字化管理系统MES项目的建设，实现工厂多任务统一管理、提升产品品质、提高生产效率、降低生产成本，提升工厂智能制造水平。

        经过一系列调研与探讨，制定如下的项目目标：

1）建设基于全球物料唯一码的端到端供应链管理平台，从物料采购维度，针对所有供应商，统一物料采购的最小单位唯一码即REELID），替代原有物料批次码管理方式；

2）研发智能终端全生命周期物料管理与精准防错系统，实现单板生产物料与供应商信息及供应商生产批次信息的追溯贯通。完成从ERP、WMS、MMES之间的物料、供应商、品牌、物料批次以及REELID之间的数据系统接口改造和数据统一。在生产系统中，能够及时准确获取物料REELID相关的所有信息，实现基于唯一码REELID的生产过程物料防错和物料数据追溯管理；

3）实现物料信息的追溯贯通及全程可视化系统，在生产过程管理的MES系统中，实现在SMT贴片生产过程的PCB扫码与物料上料关联，以及生产过程的物料追溯可视；

4）提出可推广的智能终端全球物料追溯系统集成解决方案，通过项目的建设与应用示范，提炼工业领域高通用性的供应链管理平台及全球物料追溯系统集成解决方案，在工业企业进行复制推广。

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方案设计

        该项目业务范围涉及多组织多任务管理、车间智能排产、在制过程管控、物料管理、工艺管理、质量管理、设备管理、维修管理、查询报表等内容，覆盖了工厂

SMT生产从任务接收、物料配送、贴片生产、质量抽检、半成品入库以及任务下线等内容。故整体方案需要从顶层设计出发，多方面多角度考虑。

2.1 整体方案设计

        试点工厂的生产订单来源于集团公司，相关BOM等基础数据通过系统接口贯穿到工厂MES系统。在任务排产调度阶段，涉及的生产物料齐套、生产资源准备以及线体分配方面，使用APS高阶排产功能进行辅助。在物料注册等上线准备阶段，MES系统获取料盘实物数据及WMS系统等数据进行比对初次防错。在线生产、首件和制程测试、数据采集、物料防错、制程管控、拉式补料、不良品维修等生产过程均由部署在生产现场的MES客户端支撑。针对物料追溯、质量控制与分析等管理内容，通过全球物料追溯系统实现物料端到端可视与追溯。项目总体方案设计如下图1所示。

图1 总体方案设计图

2.2 基于物料唯一码的端到端供应链管理平台设计

        为实现物料端到端的管理，单板段导入Reel ID追溯系统，保证物料ID的唯一性，该操作给制程管控与质量管理的深化提供基础支持与二次开发的条件。

1）全流程过程管控与物料在线管理模块包含以下几个功能：生产过程物料管理、工序过程精准管控、维修物料闭环控制、生产进度及物料状态监控。

        关键工位的采集数据都与板号关联，基于设备实时联机实现产品在制工序全程闭环制程控制、高精度的单板物料追溯、SPI/AOI检测信息追溯、实现（印刷机、前后AOI、SPI和整SMT段）良率、直通率的统计管理，工位的作业数据、生产报警、故障报警等等。

产线生产流程如图2所示。

 图2 产线生产流程

2）高精确度物料追溯系统模块包括以下几个功能：在制品锁定与放行管理、不良物料自动拦截处理、基于REELID的质量追溯、多维度质量数据分析。

        实现质量管控，实时有效锁定/隔离异常产品；质量追溯管理精细化，所有关键追溯全面覆盖；实时统计与分析关键工位设备不良率、直通率、同一故障重复率等，进行设备及时停机处理。

3）管控设备要求：实现对激光打码机、锡膏印刷机、SPI、贴片机、前AOI、回流焊炉、后AOI工位各项数据采集功能。关键工位的采集数据都与板号关联，实现产品在工厂各个工位的生产（包括不良维修操作）履历查询，清楚追溯到其生产状态及流向，所有关键追溯全面覆盖。

        生产过程数据至少保存三年。AOI、SPI检测的原始图片(检测NG的图片)文本等数据至少保存一年以上。每个工序有独立的报表查询生产数据并导出生产报表。各关键设备采集数据如下：

a.激光打码机：读码或打码记录（板号、打码时间）、打码故障报警（重码、漏打码等）、拼板和子板的关联信息等。

b.锡膏印刷机：刮刀记录、锡膏记录、钢网记录等。

c.SPI：读码失败报警、读码记录、检测不良信息（不良现象、叉板信息、误判信息）等。

d.贴片机：贴片程序、读码记录信息、贴片物料信息、过板数、抛料数等。

e.炉前炉后AOI：读码失败报警、读码记录、检测不良信息（不良点位、不良现象、叉板信息、误判信息）等。

2.3 智能终端全生命周期物料管理与精准防错系统

        全球物料追溯系统研发，为智能工厂实现精准物料管控与自动化工艺管理打下基础，成为无纸化工艺推广的关键。有了以上条件，即可实现物料管控与自动无纸化工艺管理。

1）SMT物料管控模块主要包括以下几个功能：物料接收管理、上料防错管理、补料管理、借料管理、托盘料的追溯、锡膏管理。该功能优化整合设备厂家自带的独立的防错料系统，实现库房备料及配送管理、补料和退料的系统化管控，实现对物料全过程的精益化管控，全面防呆、防错，简化配料、备料、尾料清点、退库、换料等生产过程，节省物控人力。

2）无纸化工艺管理系统主要包括以下几个功能：工艺路线配置管理、工艺文件管理、工艺制作管理、贴片机程序管理、工单BOM管理。该功能实现系统化生产任务和BOM接收、工艺文件制作、工艺自动下发、贴片机程序管理、工艺路径及工位维护等功能。实现工艺无纸化。

2.4 物料信息的追溯贯通及全程可视化系统

        为实现物料端到端可视与追溯，单板段导入Reel ID追溯系统。Reel ID 追溯系统是以ITAC-MES系统为载体，同步推动实现精准追溯功能。

1）数据录入：所有物料信息通过扫码设备将数据录入到物料信息系统中去。项目选用的是cognex150Q扫码设备。

2）设备集成：包括MES与镭雕机、锡膏印刷机、SPI、AOI、贴片机的集成。从贴片线体第一台设备开始，MES系统与各设备进行实时数据对接，汇集生产设备数据进行规范性管理，针对部分设备需要深度集成，能够向下控制设备行为，以达到设备执行MES系统防错指令的要求。

3）智能看板：通过制造大数据分析，实现对生产过程的状态、质量等的各项数据分析和展示、警报，辅助运营管理，实现全流程物料管理与可视化。

2.5 可推广的智能终端物料追溯系统集成解决方案

以上技术方案的实施，智能贴片线体的改造，智能工厂一站式综合解决方案，还需要有一个统一的数据接口与系统软件平台，故相关接口与系统的设计实际上是该方案的关键。

2.5.1全生命周期统一数据接口的设计与交互方案

物料唯一码的智能设备联机方案：

1）与贴片机设备以SOCKET方式建立实时的通讯连接。

2）将已注册进FUJI贴片机的物料，按贴片程序设定上料并与对应的模组站位绑定。

3）外置固定扫码枪设备，扫到PCB二维码后，上传至系统服务进行板号有效性和状态校验。校验通过后，发送进板信号，同时获取贴片机的PCB跟踪号，将其与PCB二维码绑定。在各个模组的贴片过程以PCB跟踪号进行用料唯一码等信息的数据采集和跟踪贴片过程。到达最后一个模组后，将所有PCB跟踪号附带的所有贴片数据信息，传递给PCB二维码。完成贴片数据采集进程。

2.5.2通用系统平台的选取与开发

1）标准化自动测试软件

        软件产品的系统架构、采用技术、选用平台上具有一定的先进性、前瞻性、扩充性。特别要考虑一定时期内应用量的增长和业务流程的变化趋势。从而保证系统具有良好的稳定性、可扩展性和安全性；

2）权限控制要求

        系统控制需求：具备用户管理、功能模块管理、数据管理功能及权限控制。系统功能能够人工控制开关，系统不能影响设备正常运行；

管理员权限：为系统管理员提供方便的维护功能，必须包含但不限于：源数据设置、权限设置、系统数据维护、系统数据备份和恢复、系统服务管理。同时要求提供详细的管理员手册；用户权限管理：能根据不同用户等级（管理员、工程师、组长、作业员），开放不同系统权限；针对修改数量、物料在线注册、系统功能开关等权限区分等级控制，支持个性化开发。

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项目实施实施效果

3.1实施过程 

       项目方案确定后，组织了10多名开发人员投入开发，历时9个月左右，实现了制过程管控、物料管理、物料追溯、工艺管理、质量管理、设备管理、维修管理、BI报表、高阶排产等20多个模块的功能实现和拓展。在开发的同时，协同测试验证团队组成大项目组，采用每日晨会等制度，加强沟通，反复迭代，在实现了系统的基本功能的同时，将数据对接到公司私有云。开发完成后在制造车间25条贴片线上进行了全面部署，通过全球物料追溯系统，实现了对每条生产线的数字化管理与实时监控。在达成最初的数字化转型目标的同时，还研发出了“云管端”的生产系统并扩展到多个生产工位。

3.2实施效果

        项目平台成功实施后，该工厂贴片生产业务从计划、上线生产到结算退料全程进行系统化管理，全面提升数字化建设水平，每年直接产生经济效益达百余万元，另外在无形收益方面，该项目提升了制造执行交付能力，让生产以及物流环节全程可视，生产过程精确追溯，协助生产单位在效率、质量、成本三个方面科学管理。在项目开发落地过程中，同时培养了一批熟练操作专家系统的车间直接人员，也锻炼了一批掌握系统开发能力的IT人员，这些都为后期系统应用的拓展、支撑更大范围、更深层次业务需求提供了基础，也为公司工业互联网和大数据应用提供了基础数据。

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结束语

        中国正在经历从高速发展阶段向平稳发展阶段过渡，产业转型升级正在进行，经济处于弱复苏阶段，经济环境波动性特征明显，所以整个通信业的市场需求可能面临经济波动的风险。但中国必然从中国制造到中国智造，制造业转型升级势在必行。

        制造业的转型升级中，数字化是必须要经历的一环，对于工业4.0和智能制造国家战略有着重大意义。本项目通过对SMT车间各项操作数字化，实现了SMT车间全流程可视化管理，为未来5G无线移动通信网在工业制造领域的深度应用奠定基础。因此，本项目有着非常广阔的应用前景。通过本项目形成在通讯与电子制造行业可复制的应用解决方案，也可以推广到机械、轻工等典型行业，对我国制造领域技术革新起到重要的推动和示范作用。

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