半導體行業MES方案簡介

  隨著電子技術的快速發展和電子產品生命周期的不斷變短，給PCB板組裝制造商提出了越來越高的要求， 同時，全球化的市場競爭使企業面臨的國際壓力越來越大?，F代PCB板組裝制造企業要想在瞬息萬變的市場競爭中站穩腳跟， 得以生存發展，必須采用先進的生產模式，快速響應客戶訂單需求，并提供低價的產品。

  1、PCB板組裝行業的信息化現狀及問題

  現代PCB板組裝企業的生產制造部門大量使用絲印機、貼片機、回流爐等自動化設備，基本都采用工控機進行控制。由于設商廠商數據接口和格式各不相同，設備信息不能集中共享，形成了很多“信息孤島”，無法實現統一數據分析及處理。雖然大多數設備都具備采集生產過程參數的能力，但設備之間沒有網絡連接，采集參數只能通過人工查看顯示屏或磁盤備份的方式完成，不能夠及時反應整個生產線的作業狀況，實時性差。同時人工采集增加工作量、降低工作效率，準確性也無法得到保障。 PCB板組裝行業特性決定了如果某一環節出現問題，將造成整批在制品的報廢。因此需要實時、靈敏地監控關鍵生產參數并定位出錯位置，給予正確的報警提示信息。同時，對部分重要參數進行自動回控調整。 企業不再滿足于簡單、直接的看板信息，需要根據實時生產數據，對生產行為進行動態監控。在此基礎上，輔以質量過程控制方法論手段，進行科學、系統的質量過程分析，以支持現場生產過程的判斷和及時處理，提高生產質量。 企業計劃層和現場設備控制(DCS)之間存在斷層，無法實現完整的自動/半自動閉環業務流程。作為PCB板組裝行業小批量多樣化，定單變動頻繁的特性，生產計劃和定單需求不能及時下達到現場作業，車間不能及時根據實際情況對生產計劃進行調整。降低了工作效率，影響交付時間。而交貨期是否穩定是客戶采購時的重要考察因素。 另外，車間現場生產過程中存在大量重復操作且易出錯的環節。例如：如何對現場大量貼片機料架使用狀態進行有效管理，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等。 上述問題是密切關聯和互相影響的，其綜合后果嚴重制約了企業的發展。在日益激烈的市場競爭環境下，行之有效的解決方案將對PCB行業具有重要意義，并可獲取巨大的直接經濟效益。

  2、實現目標及技術路線

  面向PCB板組裝行業MES 的主要建設目標是： 

  1) 構建基于統一基礎數據、統一系統框架的MES指揮調度平臺。提供可柔性組合定制的用戶界面、業務模塊和二次開發接口。

  2) 研究開發面向精益生產管理模式要求的，以生產過程動態質量控制為目標的MES系統。通過建立SMT流水線生產過程的管理控制模型。 實現關鍵工序與設備的生產和質量數據的實時采集、監控與調度。實現從產品生產任務分派、設備管理及現場動態調度的集成信息化管理。

  3) 提供動態質量分析手段，實時質量問題報警, 促進管理水平提高, 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。 建立質量知識庫，促進質量標準的優化。通過采集、分析、處理、積累的循環過程，實現質量的持續改善。

  4)完成與企業已有信息化系統的集成。

  3、半導體行業MES解決方案

  根據PCB板組裝行業特征, 本方案功能模塊劃分主要包括數據采集、高級排產、現場管理、統計過程控制、設備管理等。各模塊業務關系如圖1所示：

  圖1 MES模塊業務關系圖

  3.1數據采集

  將SMT生產線上的自動化設備組建成工業網絡并與內部辦公局域網連接起來，在生產線自動化設備的控制電腦上安裝軟、硬件通信模塊，自動采集實時生產數據， 通過網絡傳遞到數據處理中心。并將數據處理中心的共享信息通過網絡傳遞到監控終端上。 該模塊用于從SMT車間現場自動化設備中采集實時生產信息，并傳輸到監控終端分解成用戶所需要的界面形式顯示。同時，根據用戶需求，對采集數據進行存儲、輸出等二次處理。按照報警條件輸出報警信息。 考慮與SMT車間其它DCS控制系統的集成。目前大多數先進設備均提供OPC/DDE接口，因此，在數據采集系統中，還應具備與OPC/DDE服務的接口程序，提供可靠的讀寫交互， 方便從控制系統獲取即時的生產和質量信息。

  3.2高級排產

  MES以JIT(Just In Time)作為基層的計劃執行與控制系統的核心，采用高級排產將日生產計劃細化。該模塊從ERP中讀取主生產計劃信息， 根據訂單類型、生產模式等確定目標函數、約束條件，選擇排產算法，建立調度規則，生成詳細的生產計劃，并下達到執行層組織生產。 為實現SMT流水線生產調度的實時性，要求調度算法準確性高、計算周期短、計算過程簡單。以分鐘為單位或新任務的到來(瓶頸環節)確定期望調度周期。 可根據企業生產線和其它人為因素等實際情況進行柔性調度，提供人工調整方式，以及緊急情況下的調度方案。計劃執行完成后，由數據采集模塊反饋向ERP反饋。

  3.3現場管理

  為用于簡化車間現場操作，系統提供生產車間日常管理功能。包括：

  1) 料架管理模塊：維護料架基礎及使用信息，提高料架的管理效率。方便查詢所有料架的在庫狀態、保養記錄、維修記錄、報廢記錄、在線明細等信息。

  2) 換料對比模塊：對生產線換料進行比對，確認其是否符合當前站位的要求，并記錄換料行為，有利于對換料信息的查詢。

  3) 工單比對模塊：通過生產BOM數據文件與工單文件的比對，匯總BOM用料數量，查找差異信息，保證加工的正確性。采用無線數據采集終端(掌上PDA)，分別讀取料站、 料槍及物料條碼，系統后臺自動完成物料信息校驗，校驗無誤后將自動記錄物料信息，建立追溯檔案。在導入規范的物料編碼標示體系的基礎上，結合生產加工單位的及時數據采集與系統后臺的實時校驗。

  3.4 統計過程控制

  由于采集數據量很大，需要高效、快速的分析手段自動導入現場數據，實時進行質量分析、掌控當前生產狀態。 而動態質量過程控制模塊(Statistical Process Control)正是利用統計學原理，對質量檢測數據進行收集和分析， 有效控制企業生產過程、不斷改進品質、降低不良品率、提升企業的效益和競爭力。 SPC提供的質量分析內容包括：變化分析、穩定性分析、有效能力分析、變異因素分析、過程相關性分析。 與之對應，本方案提供計數型和計量型共13種統計圖表：X-MR圖、X-R圖、X-S圖、P圖、NP圖、U圖、C圖、運行圖、直方圖、缺陷排列圖、原因排列圖、散點圖， 根據PCB板組裝行業特征，提供DPMO(百萬分之缺陷數)控制圖分析。

  3.5設備管理

  設備管理主要負責車間SMT流水線設備信息的管理，它從數據采集系統中獲取設備的實時運行信息。通過對這些信息的統計分析，得出設備的利用情況。 同時，設備信息可供工序計劃調度系統派工時調用。設備管理的各項任務主要由車間設備管理部門和生產部門來實施。 主要包括基礎信息數據的維護、業務信息數據和狀態信息數據的維護。根據功能需求，設備管理模塊主要包括以下幾部分： 設備檔案管理、設備變動管理、設備檢查管理、設備保養管理、設備維修管理、設備潤滑管理、設備運行管理、設備狀態統計和分析、設備查詢等。

  3.6 與ERP接口模塊

  完成與企業已有ERP系統的通用接口，實現與ERP軟件的數據互換與共享，動態查詢、顯示生產計劃信息，并將完工情況及時返饋。

  4、系統效益

  通過實施本項目可以達到以下經濟目標：

  1)監控生產過程質量，預先完成分析發現和糾正異常因素，可以減少停機時間，提高設備利用率，增加加工產能;

  2)監控生產進度，合理安排生產計劃，減少機種轉換的次數和停線時間，提高產量，加工產能;

  3)通過生產可視化、管理透明化，每年降低5%管理費用。