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高效数据采集技术在SMT行业的实现

21世纪的制造企业面临着日益激烈的国际竞争,传统方法通过实施MRPII/ERP来加强管理,只是一种黑箱作业,这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此如何将此黑箱作业透明化,找出任何影响产品品质和成本的问题,提高计划的实时性和灵活性,同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。而MES则是这十多年来生产形态的变革所产生的非常有效的解决方案。作为21世纪的核心产业之一的SMT行业,却迟迟未实现MES的普及。这是一种契机,如果MES能够在SMT行业实现广泛应用,必然能够实现生产效率的飞跃,同时也会对于质量的提高和物资的节约,也会有很大帮助。MES的关键是强调整个生产过程的优化,它需要收集生产过程中大量的实时数据,并对实时事件及时处理。同时又与计划层和控制层保持双向通信能力,从上下两层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令。

1 SMT车间数据采集技术

    对SMT车间进行数据采集是建立电子电路表面贴装MES系统的基础,通过对SMT车间数据的采集可以实现制造数据可视化、数据监控以及计划跟踪等。同时也是实现异常报警和生产、质量信息报表查询等功能的前提。SMT车间数据采集技术一强调与设备控制系统的集成,二是实现生产数据的实时收集。这需要对数据采集的采集方式、参数的确定、软硬件实现、信号处理方法等问题开展技术研究。

    1.1 需要实现的基本功能

    能够给MES系统提供数据的高效采集模块,其主旨就是在尽可能节省成本和资源的情况下,将各个设备的实时状况快速、稳定、有效地收集并集中起来,特点:

    1)把企业现有主要设备组成一个工业监控网络,实现分散设备的集中监控;2)通过一定的通讯协议或传感器,采集各设备的生产参数,实时监控生产过程;3)生产参数出现异常时,实时报警,报警信息实时反馈给生产管理人员及现场工程师;4)数据采集系统运行稳定,可靠性高,不影响原有设备的正常运转。

    1.2 可采用的采集方式

    在SMT车间中,由于设备的多样性,能够采用的数据采集方式有:1)从设备控制系统获得信号;2)通过传感器获取分立模拟信号;3)采集开关量信号。

    1.3 关键设备及主要需要采集的参数

    对SMT车间关键设备制造数据的收集、整理,是进行生产计划安排、产品历史记录维护以及其它生产管理的基础。实现数据采集的生产和检测的关键设备主要包括:1)焊膏印刷机;2)点胶机;3)贴装机;4)回流焊炉;5)飞针、X-Ray测试机台、光学检测仪(AOI)等其他检测设备。

2 自动数据采集的实现

    就当前的关键设备而言,它们的操作系统既有windows也有Unix,老一点的设备还有DOS系统;通讯接口也有RS232和RJ45、甚至于还有非标准电脑接口;数据存储格式也是一家一个样子,完全没有统一和协调性,只能针对不同类型的设备,实施相应的数据采集方法。

    2.1 从设备系统直接获得所需数据

    1)接口通讯方式采集

    在接口通讯中,GEM设备的广泛使用可谓是一大进步,SECS II(半导体设备通讯标准)/GEM(设备通讯模型)协议是由半导体设备和材料国际协会(SEMI)负责起草的一个行业规范,它的出现本来只是针对半导体生产设备,使来自不同供应商的控制系统和设备统一通讯协议,具有GEM兼容接口的设备可以方便地集成到企业的MES策略中去。目前市面上的绝大多数设备供应商的大多数设备通过多种扩展方式,都拥有了满足SECS II/GEM协议的兼容接口。

    2)直接获取数据文件

    其他的一些设备,有的已经将数据采集的功能集成在其控制软件里,可以导出我们所需的数据内容;而有的则是像飞针、X-Ray测试机台、光学检测仪等类似的检测设备,其运行成果就是数据文件,需要人工审核的。我们都可以同过与这些设备的控制电脑联网,使用TCP/IP等常用协议传输文件,实现数据的采集。

    2.2 加装传感器获取数据

    对于第一种方法无法实现的情况,我们可能会使用加装特定传感器来实现监控的目的。最为常见需要加装传感器的设备便是回流焊炉。虽然很多回流炉也提供了GEM兼容接口,或是可以实时记录自身温度传感器的数据,然而这些温度数据仅仅是反映了各个温区的大致温度,与PCB板在回流炉中的实际温度还是有所差异,这样采集到的数据就不能作为生产控制的参考。于是,炉温测试仪便应需要而产生。传统的炉温测试仪都是将传感器安装在PCB板上,随PCB板一同通过回流炉,并记录炉温曲线,这样可以得到相当精确的炉温曲线,真实反映了PCB在加热过程中的实时温度,不过其方式过于复杂,不便于批量生产中作实时数据采集。而像美国KIC公司新产品KIC 24/7则是采用了新的方式,将热传感器安装在PCB传送带上均匀分布,安装在炉子内的30个热电偶在持续不停的监控制程温度变化,这种变化将以制程温度曲线的方式连续显示在测试仪电脑屏幕上,而数据则同时被记录在硬盘上。

    2.3 采集开关量信号

    对于开关量信号的采集相对来说比较简单,只需要记录一些关键线路的通断,用于确定整个MES网络的工作良好,包括设备的运转正常和传输线路的畅通。

3 结论

    数据采集是实现MES的关键,要根据具体车间的现场环境采取有效的合理的方法,进行实时地数据采集。但数据采集的难度又是限制MES在SMT行业的发展,导致生产效率上不去的直接原因。因此,倡导各个SMT设备供应商联合起来统一接口、统一数据规范已是一种迫切需求。当数据采集如同探囊取物般容易时,MES才能SMT这片空间内得到真正的大发展,SMT行业也必迎来新的春天。


 

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