表面組裝技術，英文名稱 Surface Mount Technology，縮寫為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，它是現(xiàn)代電子組裝技術的核心。SMT起源于20世紀60年代的厚膜電路外貼元器件技術，在20世紀80年代隨著彩色電視機電子調諧器的大規(guī)模生產而得到迅速發(fā)展，到了20世紀90年代中期基本成熟，成為現(xiàn)代主流的電子組裝技術。SMT為電子產品帶來了高密度、高性能、低成本、高可靠性這四大優(yōu)勢，從而促進了該技術被廣泛應用，反過來亦推動了這項技術自身的發(fā)展。

隨著電子技術的快速發(fā)展和電子產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越高。同時，隨著化的市場競爭帶來的企業(yè)國際壓力增大，現(xiàn)代PCB板組裝制造企業(yè)要想在瞬息萬變的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，得以生存發(fā)展，必須采用更為*的生產模式，快速響應客戶、訂單的需求，并提供物美價廉的產品。

系統(tǒng)集成和信息集成是當前提高企業(yè)管理效率的重要技術。許多企業(yè)都通過不斷提高表面組裝技術（SMT）的自動化程度和導入*的企業(yè)級管理信息系統(tǒng)（如MRPII、ERP等） , 使本企業(yè)的生產管理水平和市場競爭力提升到了一定的高度。但MRPII、ERP系統(tǒng)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型的數(shù)據(jù)，不能及時、準確地反映當前生產現(xiàn)場的設備狀態(tài)和生產過程數(shù)據(jù)。同時, 現(xiàn)場生產設備控制系統(tǒng)也不能實時的將生產數(shù)據(jù)傳遞到上層資源管理系統(tǒng)。這也就導致了企業(yè)資源計劃層缺乏有效的設備實時信息支持,控制環(huán)節(jié)不能得到有效優(yōu)化的調度與協(xié)調，屬于典型的開環(huán)系統(tǒng)。因此如何將*的生產線控制系統(tǒng)和企業(yè)級的管理類信息系統(tǒng)有效地結合起來，并在兩者之間搭建橋梁提供信息溝通，使系統(tǒng)功能閉環(huán)，就是企業(yè)信息化建設所迫切需要解決的問題。以現(xiàn)階段的技術手段，從科學角度來看，生產制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）恰好可以用來解決這一難題。

MES系統(tǒng)是位于上層的計劃管理系統(tǒng)與底層的生產過程控制系統(tǒng)之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)。它通過采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從訂單下達到產品完成的整個生產過程的優(yōu)化管理。PCB板組裝行業(yè)的設備自動化程度較高，為了充分挖掘*設備的生產潛力, 優(yōu)化生產行為, 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(jù)PCB板組裝企業(yè)的信息化現(xiàn)狀及特點，以智能制造為核心理念，對SMT行業(yè)的MES相關功能模塊進行設計以及搭建，提供一系列的管理方式以及管理工具，用以提高生產效率，改善產品品質，縮短生產周期，降低制造成本，并進行全面的防錯防呆，實現(xiàn)全面科學的可追溯管理。

1.現(xiàn)狀描述

現(xiàn)階段，大多數(shù)工廠進行系統(tǒng)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條件都還不完善，已有系統(tǒng)的開放性也還不夠。具體表現(xiàn)在，當前生產線中一些設備并不具備直接進行數(shù)據(jù)采集的條件，有些是數(shù)據(jù)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行操作的，這些問題都需要通過一些硬件方面的改造以及相應的基礎建設來使其具備數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件。對于可以進行數(shù)據(jù)采集的部分，還需要進一步明確相關數(shù)據(jù)在控制器中的存儲區(qū)域以及通訊鏈路的處理方式等問題。對于企業(yè)中已存在的上層系統(tǒng)，如ERP，目前也還不能確定與其數(shù)據(jù)互通可以采用何種方式，這也是在項目開始前簽訂技術實施協(xié)議及相關合同時需要明確的地方之一。

在生產過程中，SMT生產制造部門大量應用絲印機、貼片機、回流爐等自動化設備，這些設備基本都采用工控機進行控制。由于設商廠商采用的數(shù)據(jù)接口和格式各不相同，設備信息也就無法集中共享，從而形成了很多“信息孤島"，無法實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析及處理。雖然大多數(shù)設備都具備采集生產過程數(shù)據(jù)的能力，但設備之間缺少網(wǎng)絡連接，采集過程也只能通過人工查看顯示屏或以磁盤拷貝的方式完成，這樣的處理方式也就不能及時的反應整個生產線的作業(yè)狀況，對于系統(tǒng)的管理效果而言無疑是極差的。

與此同時，人工采集、記錄、傳遞生產數(shù)據(jù)不僅增加了工人的工作量，也無形之中將數(shù)據(jù)傳輸過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(wěn)定，準確性更無法得到保障，更甚者還可能會影響生產的進行。SMT行業(yè)特性決定了如果生產過程中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會造成整批在制品的報廢，因此在生產過程中更需要實時、高效地監(jiān)控關鍵生產參數(shù)，并快速的定位出錯點，以正確的報警預警信息來提示相關人員注意和處理，并對部分重要參數(shù)自動進行響應。

 企業(yè)現(xiàn)階段不再滿足于、直接的看板信息，而是需要根據(jù)實時生產數(shù)據(jù)，對生產行為進行動態(tài)的監(jiān)控。在此基礎上，輔以相應的MES功能模塊，對整個生產過程進行科學、系統(tǒng)的管理，以實現(xiàn)對于生產的全面管理以及與其它子系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。最終才能提高產品質量，降低成本消耗。

企業(yè)管理層與現(xiàn)場設備控制層之間存在斷層會導致無法實現(xiàn)完整的自動/半自動閉環(huán)業(yè)務流程。PCB板組裝行業(yè)的特點就是小批量多樣化，定單變動頻繁。目前的生產管理方式中，生產計劃和定單需求往往不能及時地下達到現(xiàn)場作業(yè)層，生產車間自然也就不能及時根據(jù)實際情況對生產計劃進行調整。工作效率低下的直接后果就是對交貨時間產生的影響，而交貨期是否穩(wěn)定又是客戶采購時的重要考察因素之一，這無疑形成了一種惡性循環(huán)。 車間現(xiàn)場生產過程中還存在大量的重復操作且易出錯的環(huán)節(jié)，例如：如何對現(xiàn)場大量貼片機料架使用狀態(tài)進行有效管理，如何保證上料位置的正確性，如何核實下達工單與生產BOM之間是否正確對應等問題。 這些問題都是密切關聯(lián)和互相影響的，最終則會嚴重制約企業(yè)的發(fā)展，導致資源浪費，使企業(yè)效率低下。

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

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(tǒng)一基礎數(shù)據(jù)、統(tǒng)一系統(tǒng)框架的MES指揮調度平臺。提供可柔性組合定制的用戶界面、相關業(yè)務模塊及二次開發(fā)接口；

      MES系統(tǒng)需要面向精益生產管理模式要求，以生產過程動態(tài)質量控制為目標。通過建立SMT流水線生產過程的管理控制模型，實現(xiàn)關鍵工序與相應的生產和質量數(shù)據(jù)的實時采集、監(jiān)控與調度。實現(xiàn)從產品生產任務分派、設備管理及現(xiàn)場動態(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的不利影響；

      提供動態(tài)質量分析相關手段，對實時質量問題進行報警, 促進管理水平的提高, 使質量管理模式由手工檢驗逐步過渡到自動處理、實時控制的方式。建立系統(tǒng)的質量知識庫，促進質量標準的優(yōu)化。通過采集、分析、處理、積累的循環(huán)過程，實現(xiàn)質量的持續(xù)改善；

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

1．平臺結構設計

基于對行業(yè)情況的了解，結合目的現(xiàn)狀，配合力控相關產品，對上層信息化平臺做如下建設：

力控產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pFiledComn負責數(shù)據(jù)的采集工作。ForceControl組態(tài)軟件則負責操作級的現(xiàn)場監(jiān)控環(huán)節(jié)，eForcecon則在管理層實現(xiàn)對整廠的集中監(jiān)控，完成對廠區(qū)工業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一以及傳統(tǒng)的監(jiān)控功能。三維可視化平臺FCVP用于將廠區(qū)乃至企業(yè)的整體規(guī)模以及現(xiàn)場工況以三維的視覺效果進行展示，便于使用者獲得區(qū)別于傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的更為直觀的體驗。pSpace一般用于存儲系統(tǒng)中所產生的全部數(shù)據(jù) ，為數(shù)據(jù)的安全以及數(shù)據(jù)的分析運算提供可靠的保障；信息化平臺則采用FMES來完成，其傳統(tǒng)MES平臺的核心功能組件和模塊，同時可以作為企業(yè)信息化平臺面向互聯(lián)網(wǎng)的窗口，讓互聯(lián)互通跨平臺訪問更加簡單。相關軟件平臺還提供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(shù)據(jù)完成企業(yè)內部需要自研的相關功能的開發(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(shù)據(jù)處理功能模塊

數(shù)據(jù)處理功能模塊為最基本的功能模塊之一，其主要功能已經在第四部分數(shù)字化功能建設中進行了說明。該模塊負責生產過程中數(shù)據(jù)的收集、存儲以及接口的互通等工作。數(shù)據(jù)來源一般是現(xiàn)場的硬件設備或其它已投入使用的軟件，這部分數(shù)據(jù)包含歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)兩部分內容，通過數(shù)據(jù)處理模塊的工作，數(shù)據(jù)會被儲存下來以及進行應用和轉發(fā)等操作。

2.2.生產實時追蹤模塊

該模塊主要對生產過程的數(shù)據(jù)進行計算和分析，從而可以及時的獲取當前的生產狀況信息如：設備運行實時數(shù)據(jù)、人員班組當前信息、關鍵監(jiān)測點數(shù)據(jù)、報警預警情況、看板顯示功能、客戶端展示功能等，這些功能都是以數(shù)據(jù)采集模塊為基礎支撐的。綜合利用這些時效性數(shù)據(jù)的好處就是即使現(xiàn)場無人，我們也可以將現(xiàn)場情況一覽無遺，同時，生產的實時追蹤也為計劃的落實程度提供評判的依據(jù)和直觀的反映。

2.3.計劃管理功能模塊

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

計劃排產功能是根據(jù)ERP或相關訂單系統(tǒng)中的原始訂單信息，經過算法模型分解成工單任務并經過生產關鍵人審核簽名后下發(fā)到現(xiàn)場級去執(zhí)行，根據(jù)實際的需要也可人工制定工單；計劃追蹤功能是在規(guī)定的時間范圍內將當前實時的生產進度信息與計劃內的預定信息進行系統(tǒng)內的對比，然后按照目前的生產進度情況進行計算，預估出訂計劃后續(xù)還需要執(zhí)行的剩余時間，從而將計劃執(zhí)行情況以及對于計劃執(zhí)行結果的預估情況進行及時的反饋。對于不能及時完成的訂單，則需要人為進行干預和調整，計劃在調整后將會再次下發(fā)；計劃優(yōu)化功能則是針對生產中出現(xiàn)的頻繁調整等問題或是經驗性問題進行優(yōu)化和建議，從而改善初始計劃制定過程中的偏誤，一般來說該功能屬于未來型功能，需要大量的歷史數(shù)據(jù)作為支撐，所以現(xiàn)階段一般還是靠人工進行調整，使計劃的執(zhí)行運行在一個相對準確的決策環(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(xiàn)場異常事故（生產異常以及安全事故）發(fā)生幾率以及已發(fā)生的事故的持續(xù)時間，所以快速響應是關鍵。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(jié)一律優(yōu)化掉，化被動為主動。

報警和預警的處理機制會變成直達關鍵人、負責人的流程，并在一定時間后對未經處理的報警預警進行等級提升，讓更高層管理人參與進來監(jiān)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(shù)據(jù)（歷史數(shù)據(jù)），將數(shù)據(jù)間通過相互的聯(lián)系，以需要分析的結果為可追溯的條件之一，進行檢索，并得出大量的數(shù)據(jù)對該事件進行支撐。

通過追溯分析模塊，可以有效的定位到數(shù)據(jù)產生和流轉的關鍵節(jié)點，通過對所存儲的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析和處理，深入挖掘數(shù)據(jù)的價值，對于生產過程的追溯，主要可以從產品、設備、人員三方面進行，從這三個先決條件看數(shù)據(jù)在整個過程中的連貫性。每個維度觸發(fā)的追溯將會生成不同的結果，但其結果都應是從各個維度上清晰的反映出生產的實際情況，從而便于我們分析歷史過程以及對現(xiàn)階段進行判斷，然后再去調整以避免未來可能發(fā)生的問題。該功能需要的數(shù)據(jù)往往比較全面，所以需要數(shù)據(jù)處理模塊對于底層的數(shù)據(jù)已進行了全面的管理，還需要對應生產中的一些標志性的狀態(tài)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)內部產生相應的聯(lián)系。

在基于產品信息的追溯分析模式中，可以獲取到產品在生產過程中關系到的所被記錄的信息。至少包括了：訂單相關信息，生產相關信息，生產能耗，物料信息，生產班組信息，質量信息。

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（廠家、造價、采購時間、運行時間、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(yǎng)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過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(shù)據(jù)的互通，但適合單獨出來進行建設。在進行訂單追蹤時，主要是根據(jù)選擇的訂單信息，進行分析，了解訂單的完成情況以及交付時間，在系統(tǒng)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，將解決方案直達銷售層、管理人員。

該模塊的功能主要是用于今后系統(tǒng)接口的開放，將這一塊的追蹤功能直接給相關的大客戶銷售及大客戶使用，便于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生。

2.7.設備管理功能模塊

對設備進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(guī)的設備臺帳，采購、保養(yǎng)、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)揮的價值接近或超過預估的理想值。對于專業(yè)設備和重點設備還需要提供重點的關注，保障其無障礙運行，以支撐整個生產流程。

2.8.質量管理功能模塊

該模塊主要對于生產中以及生產結束后中間品和產品的質量檢測結果進行管理和分析。對于檢測結果的收集，盡可能的對接質檢設備以及原質檢系統(tǒng)，用直接的數(shù)據(jù)采集替換掉以前陳舊模式（紙質單據(jù)、人工錄入等），從而避免過多的人工輸入環(huán)節(jié)，確保結果的準確可靠。對于質量管理，一般會實時監(jiān)測生產線上一些關鍵質量點的數(shù)據(jù)，包括各工藝參數(shù)，各階段抽樣指標，成品檢測結果等，這些數(shù)據(jù)將會全面的描述一件成品的生產過程中的質量情況，構成質量管理的核心內容。

2.9.人員管理功能模塊

該模塊主要是對人員數(shù)據(jù)進行管理。人員信息錄入后，與考勤績效形成數(shù)據(jù)間的關聯(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行設計和實現(xiàn)?，F(xiàn)階段圍繞人員管理方面的需求，一般體現(xiàn)在排班、績效管理、安全等級三個方面，其中結合生產數(shù)據(jù)還可以實現(xiàn)人員工資的核算、投入產出比核算等。

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）的整個出入庫過程以及庫存狀態(tài)進行管理，全過程應支持數(shù)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投料全程條碼化，以此記錄物品名稱、物料批號、規(guī)格、數(shù)量、供應商批號等信息，利用條碼跟蹤和驗證物料，實現(xiàn)物料管理的智能化。庫存管理對生產過程中的領料、返工和報廢等操作進行管控，在操作過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

能源是生產的核心，所以，對工廠、車間或產線的用能情況進行合理的預測分析是十分必要的。

對于生產過程中的能耗進行實時統(tǒng)計分析，能耗超標要產生報警提醒，原理則是因為能耗不會無緣無故的拉高或落低，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(jié)，提出改善能耗的合理措施就是能源管理功能模塊的重點內容。

有些企業(yè)或管理者對能源方面的需求不是很強烈，這也就意味著在節(jié)能方面的功能可以不用做過多的設計，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、不合理的計劃變動等，再配合其他過程數(shù)據(jù)以確定并及時的處理發(fā)現(xiàn)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和社會開放的，可以是接口程序也可以是一個完整的應用程序，主要用于客戶及時的了解自己訂單信息，增強廠家與社會的聯(lián)系，如適時的發(fā)布通告、產品信息等，同時可用于收集客戶的意見和建議，加強企業(yè)與社會間聯(lián)系。

業(yè)務人員也可以利用該擴展功能快速的實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的訪問。該功能將會以開放數(shù)據(jù)接口為主，方便廠家在此項目基礎之上做更多的擴展定制，從而獲得一個擁有自主特色的門戶型平臺。

3．工業(yè)網(wǎng)絡安全建設

關于工業(yè)網(wǎng)絡的安全性建設，本解決方案中主要推薦采用工業(yè)通訊網(wǎng)關、工業(yè)安全隔離網(wǎng)關以及工業(yè)防火墻來完成。具體下來主要涉及力控的三款網(wǎng)絡安全產品：pSafetyLink系列工業(yè)安全隔離網(wǎng)關、pFieldComm系列工業(yè)通信網(wǎng)關、HC-ISG系列工業(yè)防火墻。通過構建工業(yè)網(wǎng)絡安全性平臺，保障數(shù)據(jù)和運行環(huán)境的安全運行。