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PCB二维码激光镭雕追溯信息系统研究与设计

发布时间:2018-06-12 来源:元禄光电

生产追溯,可以正向、逆向、或者不定向地追踪产品,便捷快速地确认产品的原材料、加工方式、加工过程关键参数等信息,与追溯密不可分的就是产品管理方案,主要包括批次管理和单品管理。批次管理,是指产品从原材料到交付成品的生产过程,严格按照批次进行科学管理,确保每个生产环节批次清、数量清、质量清、责任清、生产动态清;分批发料、分批加工、分批转工、分批入库、分批发配等,严格按照先进先出管理。如此,一旦出现质量问题,就能够迅速核查原因,划清问题产品范围,将影响率降低。

 

印制电路板(PCB)行业,在生产过程中采用的一般都是基于批次的管理方案。单批次数量的大小是由最佳批量的算法计算得出的,不同的板件类型,批次数量也不尽相同,EBSE-Business Suit)系统以及MES系统(Manufacturing Execution System)中已经实现基于批次的管理方案[2]。如果生产过程中,某一块板子出现异常,则导致整个批次的板子停滞生产;如果已经入库或者发给客户的板子出现异常则确认异常原因之后,需要将整个批次的板子全部退回核查,最佳批量越大,召回核查实物就越多,在一定程度上也造成了人力和物料资源、成本的浪费。

 

本文所研究的基于PCB行业的单板追溯系统,是将生产批次管理方案中的追溯信息精细化到每一块板件,然后根据板件的条码信息以及系统记录,快速准确的定位问题板件范围,核查异常原因。将生产管理精细化,也方便质量、产品召回或者退货管理。

 

1. PCB单板追溯方案

本文提出的单板追溯管理的前提是基于批次管理,将PCB生产工单批次中的所有大板,每一块维护唯一的二维码,并将板件二维条码绑定生产批次号。在加工过程中的设备上安装扫描设备,每次只要有板件经过该设备,则扫描记录该板件经过的时间,加工人员,加工参数,环境参数等信息。

 

PCB单板追溯方案,主要包括三个模块(图1):板件二维条码、硬件扫描、软件系统。

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1.1 板件条码形式

根据生产批次及批次数量,按照特定的规则生成每一个大板的二维码,该二维条码具有唯一性,且绑定批次信息。由于PCB加工工艺路线的特殊性,如果只是通过PCB二维码激光打标机镭雕的形式,将前期生成的二维条码信息印在PCB板件上,则在经过后续的加工工艺路线时,很容易会被抹掉或者污染,导致扫描不到或者难以辨识。因此,本文的方案是把二维条码信息钻在板边,在外图的丝印字符之前,一直保留板边二维码,以记录加工过程记录。在外图工序之后,通过PCB二维码激光打标设备,将板边二维条码转移至每一个板件上,通过外形加工之后,板边会被切除,就继续记录小板上激光标记二维码。

 

通过以上方式,可以将二维条码从工艺路线的起始到最后入库,一直保持可识别状态,且不影响客户交货要求,以达到单板追溯需求。

 

在这个环节里面PCB二维码激光打标机必不可少。

 

1.2 硬件扫描设备

基于PCB板件二维条码的特殊性,选用扫描硬件设备,应该具有如下功能:

 

1.2.1  高识别性

钻孔二维码在加工过程中可能会由于阻塞,污染等原因,导致二维条码会有部分不清晰,因此,扫描设备必须有高分辨率,可读取点阵二维码,且有容错机制可识别错码;扫描设备固定在设备前水平线,在板件经过水平线时,由于过板的速度及放置板件位置等不确定因素影响,扫描设备可识别区域广且读取速度快。

 

1.2.2  通讯接口

由于扫描设备读取的条码信息,需要与生产追溯系统进行关联,因此该扫描设备需有通讯接口,可以满足文件传输等需求。同时,当网络偶然中断恢复之后,可以断点续传,以防数据丢失或者遗漏等情况发生。

 

1.2.3  存储

扫描硬件设备,可以存储扫描信息。在没有网络的情况下,依然可以工作,并将扫描数据存储;此外,可以设置文件存储时间间隔,满足不同生产线不同间隔时间上传扫描记录的需求。

 

1.3  系统软件

系统软件是追溯查询的媒介,也是连接二维条码和扫描设备的重要组成部分。一方面,系统根据指定规则生成二维编码,通过接口程序与硬件设备(钻孔设备等)互联;另一方面,系统读取扫描设备的文件并解析为系统所需数据格式,存储在数据库中以供使用。

 

2. PCB单板追溯系统设计

PCB单板追溯系统的设计,是在MES系统和EBS系统的基础上进一步开发的。该系统主要功能模块包括:基础配置,生产追溯,质量管控,报表管理等(图2)。

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2.1  基础配置

主要功能是绑定IP地址、扫描设备、加工设备之间的关系,以方便后续的数据关联处理。在MES系统和EBS系统中,加工工艺流程与加工设备之间通过资源实例关联,追溯系统中,主要是将扫描设备作为输入端,准确得到加工时间等先关生产记录。

 

2.2  同步接口

主要功能是同步二维条码数据与扫描数据。首先,追溯系统需同步得到钻孔的条码,为防止系统紊乱错误,需要在钻孔成功之后方可将条码与工单批次的绑定信息,同步到追溯系统;条码同步验证需要在下一个设备加工此板件之前,否则可能会导致系统条码绑定有误。其次,扫描数据的同步,每一块板件经过加工设备时,都会先经过扫描设备,并记录当前加工时间,生产信息,设备环境因素等。将这些扫描信息以及与设备相关联得到的加工记录信息,通过接口形式同步到单板追溯系统数据库。

 

2.3  追溯记录

单板加工历程追溯,是MES系统,EBS系统以及单板追溯系统的多个数据库的数据整合,人、机、料、法、环等五个环节的追溯信息可视化。该模块的主要功能是能够根据板件二维码,快速定位加工过程各种参数信息,以及与之相同加工参数的板件。

 

2.4  质量管控

该模块的主要功能是实时准确地记录每一块板件的品质异常。板件报废之后,确认报废原因,分析解决方案,解决质量问题等一系列的品质控制和管理都可以在此模块进行。同时,根据板件二维条码的报废记录,可以实时统计批次报废率,当超过预警范围时,则通过推送邮件、短信、微信等形式,提醒相关人员,实时关注该批次生产进度,预防并快速解决异常问题等。

 

2.5  报表管理

报表管理是该系统与其他相关系统数据关联性的最大体现,主要功能是各种不同层级管理报表的定时推送,此外,当报表中某项指标异常时,预警推送指定人员,提前发现,预防重大问题与异常等。通过单板追溯系统的报表平台,细化各个管理报表,为管理人员提供实时数据参考。

 

3. 关键技术和系统实现

单板追溯系统设计中,关键的问题是其与各个系统之间的接口开发。

 

3.1  网络互连

某公司PCB生产厂设备网络与办公网络是分离的,钻孔及扫描设备等使用的是设备网,而系统是部署在办公网,所以此单板追溯系统的需要将设备网络和办公网的数据同步。为了便于两个不同网段之间的连通与同步,采用了FTP作为中间服务器,将设备网络的数据上传至FTP服务器,系统再从FTP服务器上读取相关数据,解析至系统数据库中。

 

3.2  数据同步

系统根据生产批次及批次数量,生成每块板件唯一的二维条码信息,将二维条码信息传送给钻孔程序,按照此条码信息,进行钻孔程式的调用。此接口程序开发过程中,鉴于对网络通畅性能的依赖性,优化了此接口程序调用方式。本文开发的单板追溯系统采用了反向回传的方式,在钻孔程式服务器中,通过扫描工单批次,根据批次数量直接在该程式中生成二维条码信息,待钻孔完成之后,将钻孔服务器上已经执行完的钻孔程序数据,及时同步到单板追溯系统中。

 

3.3  文件解析

扫描设备的扫描文件一般存储为excel文本格式,本文开发的单板追溯系统需要解析扫描文件并存储至系统数据库中。虽然扫描设备已经尽量避免错误条码等问题的出现,但是还是会有部分丢失信息或者异常情况,因此,解析文件的过程中,一旦有不符合编码规则或者异常的数据,则需要将文件的错误信息输出到错误文档中做记录,以便后续核查确认。如果网络突然中断,扫描设备可以存储网络中断期间的扫描文件,待网络恢复之后,需继续传回断点处的所有数据。

 

4. 系统运行监控与结果

为了验证PCB单板追溯系统方案的可行性和有效性,开发的单板追溯系统已经在某PCB生产厂试运行很长一段时间,系统运行稳定,与EBSMES系统接口及各项数据均正常。经过系统运行分析,证明了单板追溯方案的可行性与有效性。

 

实际生产过程中,有如下案例:某批次板件共280块,在过程检验时发现其中某几片是固定位置划伤,通过确认原因发现是某个设备硬件异常,持续约10分钟。如果仅仅依靠批次管理,则需要核查当天时间段内加工的所有批次板件;但是通过单板追溯系统,可以确定划伤板件在此设备加工的时间为2016108日,下午15:13分,因此只需要核查当天下午15:03~15:23分之间的所有板件即可,单板追溯系统中记录的板件共32块。由此可见,通过单板追溯系统,大大减少了问题板件核查范围,缩短核查时间。

 

单板追溯系统不仅仅对PCB生产过程可以达到追溯效果,当板件已经到达客户端的时候,也可以发挥很大的作用。比如说某批次板件已经在客户端,发现了塞孔异常等其他问题,就需要反查问题板件,如果召回整个批次,对双方都会有很大的影响,不仅仅影响客户的进度,也会造成人力资源和时间的浪费。依靠单板追溯系统,就可以快速准确的定位是本批次的哪些板件有问题,其他的批次是否会有类似异常,只需要召回异常板件,快速修复完成即可。从根本上快速解决问题,节约客户的时间和成本。

 

5.  结论

在研究PCB单板追溯系统方案的基础上,通过系统开发以及实际使用情况分析,证明了PCB单板追溯系统方案的有效性与可行性,不仅仅将批次管理、生产追溯、品质管理和控制更加精细化,而且便于质量问题的定位,可以快速区分出问题板件,减少召回损失。本文的单板追溯方案,为物联网发展提供了基础,对PCB行业的追溯管理趋势的发展有一定的参考价值,可以在此基础上,进一步研究PCB单板追溯系统中其他的扩展功能,为PCB行业在智能信息化发展上提供更加多元化的系统支持。


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