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生產(chǎn)追溯，可以正向、逆向、或者不定向地追蹤產(chǎn)品，便捷快速地確認(rèn)產(chǎn)品的原材料、加工方式、加工過程關(guān)鍵參數(shù)等信息，與追溯密不可分的就是產(chǎn)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(chǎn)品從原材料到交付成品的生產(chǎn)過程，嚴(yán)格按照批次進(jìn)行科學(xué)管理，確保每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)批次清、數(shù)量清、質(zhì)量清、責(zé)任清、生產(chǎn)動態(tài)清；分批發(fā)料、分批加工、分批轉(zhuǎn)工、分批入庫、分批發(fā)配等，嚴(yán)格按照先進(jìn)先出管理。如此，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，就能夠迅速核查原因，劃清問題產(chǎn)品范圍，將影響率降低。

印制電路板（PCB）行業(yè)，在生產(chǎn)過程中采用的一般都是基于批次的管理方案。單批次數(shù)量的大小是由最佳批量的算法計(jì)算得出的，不同的板件類型，批次數(shù)量也不盡相同，EBS（E-Business Suit）系統(tǒng)以及MES系統(tǒng)（Manufacturing Execution System）中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基于批次的管理方案[2]。如果生產(chǎn)過程中，某一塊板子出現(xiàn)異常，則導(dǎo)致整個(gè)批次的板子停滯生產(chǎn)；如果已經(jīng)入庫或者發(fā)給客戶的板子出現(xiàn)異常則確認(rèn)異常原因之后，需要將整個(gè)批次的板子全部退回核查，最佳批量越大，召回核查實(shí)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(fèi)。

本文所研究的基于PCB行業(yè)的單板追溯系統(tǒng)，是將生產(chǎn)批次管理方案中的追溯信息精細(xì)化到每一塊板件，然后根據(jù)板件的條碼信息以及系統(tǒng)記錄，快速準(zhǔn)確的定位問題板件范圍，核查異常原因。將生產(chǎn)管理精細(xì)化，也方便質(zhì)量、產(chǎn)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(chǎn)工單批次中的所有大板，每一塊維護(hù)唯一的二維碼，并將板件二維條碼綁定生產(chǎn)批次號。在加工過程中的設(shè)備上安裝掃描設(shè)備，每次只要有板件經(jīng)過該設(shè)備，則掃描記錄該板件經(jīng)過的時(shí)間，加工人員，加工參數(shù)，環(huán)境參數(shù)等信息。

PCB單板追溯方案，主要包括三個(gè)模塊（圖1）：板件二維條碼、硬件掃描、軟件系統(tǒng)。

1.1 板件條碼形式

根據(jù)生產(chǎn)批次及批次數(shù)量，按照特定的規(guī)則生成每一個(gè)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(biāo)機(jī)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(jīng)過后續(xù)的加工工藝路線時(shí)，很容易會被抹掉或者污染，導(dǎo)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(biāo)設(shè)備，將板邊二維條碼轉(zhuǎn)移至每一個(gè)板件上，通過外形加工之后，板邊會被切除，就繼續(xù)記錄小板上激光標(biāo)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(tài)，且不影響客戶交貨要求，以達(dá)到單板追溯需求。

在這個(gè)環(huán)節(jié)里面PCB二維碼激光打標(biāo)機(jī)必不可少。

1.2 硬件掃描設(shè)備

基于PCB板件二維條碼的特殊性，選用掃描硬件設(shè)備，應(yīng)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(dǎo)致二維條碼會有部分不清晰，因此，掃描設(shè)備必須有高分辨率，可讀取點(diǎn)陣二維碼，且有容錯(cuò)機(jī)制可識別錯(cuò)碼；掃描設(shè)備固定在設(shè)備前水平線，在板件經(jīng)過水平線時(shí)，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(shè)備可識別區(qū)域廣且讀取速度快。

1.2.2  通訊接口

由于掃描設(shè)備讀取的條碼信息，需要與生產(chǎn)追溯系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，因此該掃描設(shè)備需有通訊接口，可以滿足文件傳輸?shù)刃枨蟆Ｍ瑫r(shí)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)偶然中斷恢復(fù)之后，可以斷點(diǎn)續(xù)傳，以防數(shù)據(jù)丟失或者遺漏等情況發(fā)生。

1.2.3  存儲

掃描硬件設(shè)備，可以存儲掃描信息。在沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，依然可以工作，并將掃描數(shù)據(jù)存儲；此外，可以設(shè)置文件存儲時(shí)間間隔，滿足不同生產(chǎn)線不同間隔時(shí)間上傳掃描記錄的需求。

1.3  系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是追溯查詢的媒介，也是連接二維條碼和掃描設(shè)備的重要組成部分。一方面，系統(tǒng)根據(jù)指定規(guī)則生成二維編碼，通過接口程序與硬件設(shè)備（鉆孔設(shè)備等）互聯(lián)；另一方面，系統(tǒng)讀取掃描設(shè)備的文件并解析為系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)格式，存儲在數(shù)據(jù)庫中以供使用。

2. PCB單板追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PCB單板追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是在MES系統(tǒng)和EBS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)的。該系統(tǒng)主要功能模塊包括：基礎(chǔ)配置，生產(chǎn)追溯，質(zhì)量管控，報(bào)表管理等（圖2）。

2.1  基礎(chǔ)配置

主要功能是綁定IP地址、掃描設(shè)備、加工設(shè)備之間的關(guān)系，以方便后續(xù)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理。在MES系統(tǒng)和EBS系統(tǒng)中，加工工藝流程與加工設(shè)備之間通過資源實(shí)例關(guān)聯(lián)，追溯系統(tǒng)中，主要是將掃描設(shè)備作為輸入端，準(zhǔn)確得到加工時(shí)間等先關(guān)生產(chǎn)記錄。

2.2  同步接口

主要功能是同步二維條碼數(shù)據(jù)與掃描數(shù)據(jù)。首先，追溯系統(tǒng)需同步得到鉆孔的條碼，為防止系統(tǒng)紊亂錯(cuò)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(tǒng)；條碼同步驗(yàn)證需要在下一個(gè)設(shè)備加工此板件之前，否則可能會導(dǎo)致系統(tǒng)條碼綁定有誤。其次，掃描數(shù)據(jù)的同步，每一塊板件經(jīng)過加工設(shè)備時(shí)，都會先經(jīng)過掃描設(shè)備，并記錄當(dāng)前加工時(shí)間，生產(chǎn)信息，設(shè)備環(huán)境因素等。將這些掃描信息以及與設(shè)備相關(guān)聯(lián)得到的加工記錄信息，通過接口形式同步到單板追溯系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

2.3  追溯記錄

單板加工歷程追溯，是MES系統(tǒng)，EBS系統(tǒng)以及單板追溯系統(tǒng)的多個(gè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合，人、機(jī)、料、法、環(huán)等五個(gè)環(huán)節(jié)的追溯信息可視化。該模塊的主要功能是能夠根據(jù)板件二維碼，快速定位加工過程各種參數(shù)信息，以及與之相同加工參數(shù)的板件。

2.4  質(zhì)量管控

該模塊的主要功能是實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地記錄每一塊板件的品質(zhì)異常。板件報(bào)廢之后，確認(rèn)報(bào)廢原因，分析解決方案，解決質(zhì)量問題等一系列的品質(zhì)控制和管理都可以在此模塊進(jìn)行。同時(shí)，根據(jù)板件二維條碼的報(bào)廢記錄，可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)批次報(bào)廢率，當(dāng)超過預(yù)警范圍時(shí)，則通過推送郵件、短信、微信等形式，提醒相關(guān)人員，實(shí)時(shí)關(guān)注該批次生產(chǎn)進(jìn)度，預(yù)防并快速解決異常問題等。

2.5  報(bào)表管理

報(bào)表管理是該系統(tǒng)與其他相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性的最大體現(xiàn)，主要功能是各種不同層級管理報(bào)表的定時(shí)推送，此外，當(dāng)報(bào)表中某項(xiàng)指標(biāo)異常時(shí)，預(yù)警推送指定人員，提前發(fā)現(xiàn)，預(yù)防重大問題與異常等。通過單板追溯系統(tǒng)的報(bào)表平臺，細(xì)化各個(gè)管理報(bào)表，為管理人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)參考。

3. 關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

單板追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵的問題是其與各個(gè)系統(tǒng)之間的接口開發(fā)。

3.1  網(wǎng)絡(luò)互連

某公司PCB生產(chǎn)廠設(shè)備網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)是分離的，鉆孔及掃描設(shè)備等使用的是設(shè)備網(wǎng)，而系統(tǒng)是部署在辦公網(wǎng)，所以此單板追溯系統(tǒng)的需要將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)同步。為了便于兩個(gè)不同網(wǎng)段之間的連通與同步，采用了FTP作為中間服務(wù)器，將設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)上傳至FTP服務(wù)器，系統(tǒng)再從FTP服務(wù)器上讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，解析至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

3.2  數(shù)據(jù)同步

系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)批次及批次數(shù)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(jìn)行鉆孔程式的調(diào)用。此接口程序開發(fā)過程中，鑒于對網(wǎng)絡(luò)通暢性能的依賴性，優(yōu)化了此接口程序調(diào)用方式。本文開發(fā)的單板追溯系統(tǒng)采用了反向回傳的方式，在鉆孔程式服務(wù)器中，通過掃描工單批次，根據(jù)批次數(shù)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(wù)器上已經(jīng)執(zhí)行完的鉆孔程序數(shù)據(jù)，及時(shí)同步到單板追溯系統(tǒng)中。

3.3  文件解析

掃描設(shè)備的掃描文件一般存儲為excel文本格式，本文開發(fā)的單板追溯系統(tǒng)需要解析掃描文件并存儲至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。雖然掃描設(shè)備已經(jīng)盡量避免錯(cuò)誤條碼等問題的出現(xiàn)，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(guī)則或者異常的數(shù)據(jù)，則需要將文件的錯(cuò)誤信息輸出到錯(cuò)誤文檔中做記錄，以便后續(xù)核查確認(rèn)。如果網(wǎng)絡(luò)突然中斷，掃描設(shè)備可以存儲網(wǎng)絡(luò)中斷期間的掃描文件，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)之后，需繼續(xù)傳回?cái)帱c(diǎn)處的所有數(shù)據(jù)。

4. 系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控與結(jié)果

為了驗(yàn)證PCB單板追溯系統(tǒng)方案的可行性和有效性，開發(fā)的單板追溯系統(tǒng)已經(jīng)在某PCB生產(chǎn)廠試運(yùn)行很長一段時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，與EBS，MES系統(tǒng)接口及各項(xiàng)數(shù)據(jù)均正常。經(jīng)過系統(tǒng)運(yùn)行分析，證明了單板追溯方案的可行性與有效性。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，有如下案例：某批次板件共280塊，在過程檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其中某幾片是固定位置劃傷，通過確認(rèn)原因發(fā)現(xiàn)是某個(gè)設(shè)備硬件異常，持續(xù)約10分鐘。如果僅僅依靠批次管理，則需要核查當(dāng)天時(shí)間段內(nèi)加工的所有批次板件；但是通過單板追溯系統(tǒng)，可以確定劃傷板件在此設(shè)備加工的時(shí)間為2016年10月8日，下午15:13分，因此只需要核查當(dāng)天下午15:03~15:23分之間的所有板件即可，單板追溯系統(tǒng)中記錄的板件共32塊。由此可見，通過單板追溯系統(tǒng)，大大減少了問題板件核查范圍，縮短核查時(shí)間。

單板追溯系統(tǒng)不僅僅對PCB生產(chǎn)過程可以達(dá)到追溯效果，當(dāng)板件已經(jīng)到達(dá)客戶端的時(shí)候，也可以發(fā)揮很大的作用。比如說某批次板件已經(jīng)在客戶端，發(fā)現(xiàn)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(gè)批次，對雙方都會有很大的影響，不僅僅影響客戶的進(jìn)度，也會造成人力資源和時(shí)間的浪費(fèi)。依靠單板追溯系統(tǒng)，就可以快速準(zhǔn)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(fù)完成即可。從根本上快速解決問題，節(jié)約客戶的時(shí)間和成本。

5.  結(jié)論

在研究PCB單板追溯系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)開發(fā)以及實(shí)際使用情況分析，證明了PCB單板追溯系統(tǒng)方案的有效性與可行性，不僅僅將批次管理、生產(chǎn)追溯、品質(zhì)管理和控制更加精細(xì)化，而且便于質(zhì)量問題的定位，可以快速區(qū)分出問題板件，減少召回?fù)p失。本文的單板追溯方案，為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供了基礎(chǔ)，對PCB行業(yè)的追溯管理趨勢的發(fā)展有一定的參考價(jià)值，可以在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究PCB單板追溯系統(tǒng)中其他的擴(kuò)展功能，為PCB行業(yè)在智能信息化發(fā)展上提供更加多元化的系統(tǒng)支持。