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發布時間：2018-06-12 來源：元祿光電
生產追溯，可以正向、逆向、或者不定向地追蹤產品，便捷快速地確認產品的原材料、加工方式、加工過程關鍵參數等信息，與追溯密不可分的就是產品管理方案，主要包括批次管理和單品管理。批次管理，是指產品從原材料到交付成品的生產過程，嚴格按照批次進行科學管理，確保每個生產環節批次清、數量清、質量清、責任清、生產動態清；分批發料、分批加工、分批轉工、分批入庫、分批發配等，嚴格按照先進先出管理。如此，一旦出現質量問題，就能夠迅速核查原因，劃清問題產品范圍，將影響率降低。
印制電路板（PCB）行業，在生產過程中采用的一般都是基于批次的管理方案。單批次數量的大小是由最佳批量的算法計算得出的，不同的板件類型，批次數量也不盡相同，EBS（E-Business Suit）系統以及MES系統（Manufacturing Execution System）中已經實現基于批次的管理方案[2]。如果生產過程中，某一塊板子出現異常，則導致整個批次的板子停滯生產；如果已經入庫或者發給客戶的板子出現異常則確認異常原因之后，需要將整個批次的板子全部退回核查，最佳批量越大，召回核查實物就越多，在一定程度上也造成了人力和物料資源、成本的浪費。
本文所研究的基于PCB行業的單板追溯系統，是將生產批次管理方案中的追溯信息精細化到每一塊板件，然后根據板件的條碼信息以及系統記錄，快速準確的定位問題板件范圍，核查異常原因。將生產管理精細化，也方便質量、產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生產工單批次中的所有大板，每一塊維護唯一的二維碼，并將板件二維條碼綁定生產批次號。在加工過程中的設備上安裝掃描設備，每次只要有板件經過該設備，則掃描記錄該板件經過的時間，加工人員，加工參數，環境參數等信息。
PCB單板追溯方案，主要包括三個模塊（圖1）：板件二維條碼、硬件掃描、軟件系統。
1.1 板件條碼形式
根據生產批次及批次數量，按照特定的規則生成每一個大板的二維碼，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PCB二維碼激光打標機鐳雕的形式，將前期生成的二維條碼信息印在PCB板件上，則在經過后續的加工工藝路線時，很容易會被抹掉或者污染，導致掃描不到或者難以辨識。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，以記錄加工過程記錄。在外圖工序之后，通過PCB二維碼激光打標設備，將板邊二維條碼轉移至每一個板件上，通過外形加工之后，板邊會被切除，就繼續記錄小板上激光標記二維碼。
通過以上方式，可以將二維條碼從工藝路線的起始到最后入庫，一直保持可識別狀態，且不影響客戶交貨要求，以達到單板追溯需求。
在這個環節里面PCB二維碼激光打標機必不可少。
1.2 硬件掃描設備
基于PCB板件二維條碼的特殊性，選用掃描硬件設備，應該具有如下功能：
1.2.1 高識別性
鉆孔二維碼在加工過程中可能會由于阻塞，污染等原因，導致二維條碼會有部分不清晰，因此，掃描設備必須有高分辨率，可讀取點陣二維碼，且有容錯機制可識別錯碼；掃描設備固定在設備前水平線，在板件經過水平線時，由于過板的速度及放置板件位置等不確定因素影響，掃描設備可識別區域廣且讀取速度快。
1.2.2 通訊接口
由于掃描設備讀取的條碼信息，需要與生產追溯系統進行關聯，因此該掃描設備需有通訊接口，可以滿足文件傳輸等需求。同時，當網絡偶然中斷恢復之后，可以斷點續傳，以防數據丟失或者遺漏等情況發生。
1.2.3 存儲
掃描硬件設備，可以存儲掃描信息。在沒有網絡的情況下，依然可以工作，并將掃描數據存儲；此外，可以設置文件存儲時間間隔，滿足不同生產線不同間隔時間上傳掃描記錄的需求。
1.3 系統軟件
系統軟件是追溯查詢的媒介，也是連接二維條碼和掃描設備的重要組成部分。一方面，系統根據指定規則生成二維編碼，通過接口程序與硬件設備（鉆孔設備等）互聯；另一方面，系統讀取掃描設備的文件并解析為系統所需數據格式，存儲在數據庫中以供使用。
2. PCB單板追溯系統設計
PCB單板追溯系統的設計，是在MES系統和EBS系統的基礎上進一步開發的。該系統主要功能模塊包括：基礎配置，生產追溯，質量管控，報表管理等（圖2）。
2.1 基礎配置
主要功能是綁定IP地址、掃描設備、加工設備之間的關系，以方便后續的數據關聯處理。在MES系統和EBS系統中，加工工藝流程與加工設備之間通過資源實例關聯，追溯系統中，主要是將掃描設備作為輸入端，準確得到加工時間等先關生產記錄。
2.2 同步接口
主要功能是同步二維條碼數據與掃描數據。首先，追溯系統需同步得到鉆孔的條碼，為防止系統紊亂錯誤，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；條碼同步驗證需要在下一個設備加工此板件之前，否則可能會導致系統條碼綁定有誤。其次，掃描數據的同步，每一塊板件經過加工設備時，都會先經過掃描設備，并記錄當前加工時間，生產信息，設備環境因素等。將這些掃描信息以及與設備相關聯得到的加工記錄信息，通過接口形式同步到單板追溯系統數據庫。
2.3 追溯記錄
單板加工歷程追溯，是MES系統，EBS系統以及單板追溯系統的多個數據庫的數據整合，人、機、料、法、環等五個環節的追溯信息可視化。該模塊的主要功能是能夠根據板件二維碼，快速定位加工過程各種參數信息，以及與之相同加工參數的板件。
2.4 質量管控
該模塊的主要功能是實時準確地記錄每一塊板件的品質異常。板件報廢之后，確認報廢原因，分析解決方案，解決質量問題等一系列的品質控制和管理都可以在此模塊進行。同時，根據板件二維條碼的報廢記錄，可以實時統計批次報廢率，當超過預警范圍時，則通過推送郵件、短信、微信等形式，提醒相關人員，實時關注該批次生產進度，預防并快速解決異常問題等。
2.5 報表管理
報表管理是該系統與其他相關系統數據關聯性的最大體現，主要功能是各種不同層級管理報表的定時推送，此外，當報表中某項指標異常時，預警推送指定人員，提前發現，預防重大問題與異常等。通過單板追溯系統的報表平臺，細化各個管理報表，為管理人員提供實時數據參考。
3. 關鍵技術和系統實現
單板追溯系統設計中，關鍵的問題是其與各個系統之間的接口開發。
3.1 網絡互連
某公司PCB生產廠設備網絡與辦公網絡是分離的，鉆孔及掃描設備等使用的是設備網，而系統是部署在辦公網，所以此單板追溯系統的需要將設備網絡和辦公網的數據同步。為了便于兩個不同網段之間的連通與同步，采用了FTP作為中間服務器，將設備網絡的數據上傳至FTP服務器，系統再從FTP服務器上讀取相關數據，解析至系統數據庫中。
3.2 數據同步
系統根據生產批次及批次數量，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，進行鉆孔程式的調用。此接口程序開發過程中，鑒于對網絡通暢性能的依賴性，優化了此接口程序調用方式。本文開發的單板追溯系統采用了反向回傳的方式，在鉆孔程式服務器中，通過掃描工單批次，根據批次數量直接在該程式中生成二維條碼信息，待鉆孔完成之后，將鉆孔服務器上已經執行完的鉆孔程序數據，及時同步到單板追溯系統中。
3.3 文件解析
掃描設備的掃描文件一般存儲為excel文本格式，本文開發的單板追溯系統需要解析掃描文件并存儲至系統數據庫中。雖然掃描設備已經盡量避免錯誤條碼等問題的出現，但是還是會有部分丟失信息或者異常情況，因此，解析文件的過程中，一旦有不符合編碼規則或者異常的數據，則需要將文件的錯誤信息輸出到錯誤文檔中做記錄，以便后續核查確認。如果網絡突然中斷，掃描設備可以存儲網絡中斷期間的掃描文件，待網絡恢復之后，需繼續傳回斷點處的所有數據。
4. 系統運行監控與結果
為了驗證PCB單板追溯系統方案的可行性和有效性，開發的單板追溯系統已經在某PCB生產廠試運行很長一段時間，系統運行穩定，與EBS，MES系統接口及各項數據均正常。經過系統運行分析，證明了單板追溯方案的可行性與有效性。
實際生產過程中，有如下案例：某批次板件共280塊，在過程檢驗時發現其中某幾片是固定位置劃傷，通過確認原因發現是某個設備硬件異常，持續約10分鐘。如果僅僅依靠批次管理，則需要核查當天時間段內加工的所有批次板件；但是通過單板追溯系統，可以確定劃傷板件在此設備加工的時間為2016年10月8日，下午15:13分，因此只需要核查當天下午15:03~15:23分之間的所有板件即可，單板追溯系統中記錄的板件共32塊。由此可見，通過單板追溯系統，大大減少了問題板件核查范圍，縮短核查時間。
單板追溯系統不僅僅對PCB生產過程可以達到追溯效果，當板件已經到達客戶端的時候，也可以發揮很大的作用。比如說某批次板件已經在客戶端，發現了塞孔異常等其他問題，就需要反查問題板件，如果召回整個批次，對雙方都會有很大的影響，不僅僅影響客戶的進度，也會造成人力資源和時間的浪費。依靠單板追溯系統，就可以快速準確的定位是本批次的哪些板件有問題，其他的批次是否會有類似異常，只需要召回異常板件，快速修復完成即可。從根本上快速解決問題，節約客戶的時間和成本。
5. 結論
在研究PCB單板追溯系統方案的基礎上，通過系統開發以及實際使用情況分析，證明了PCB單板追溯系統方案的有效性與可行性，不僅僅將批次管理、生產追溯、品質管理和控制更加精細化，而且便于質量問題的定位，可以快速區分出問題板件，減少召回損失。本文的單板追溯方案，為物聯網發展提供了基礎，對PCB行業的追溯管理趨勢的發展有一定的參考價值，可以在此基礎上，進一步研究PCB單板追溯系統中其他的擴展功能，為PCB行業在智能信息化發展上提供更加多元化的系統支持。
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