翟軍華，蘇 通

（合肥京東方光電科技有限公司，安徽 合肥230011）

1 引 言

制造企業(yè)不同程度地進行了企業(yè)信息化管理，提高制造過程中自動化能力，減少人力參與企業(yè)生產過程是一種必然趨勢［1］。液晶面板有著多品種、小批量，同時又需要按訂單設計和生產的特點。顯示技術的多樣性和快速化發(fā)展，導致工序加工的繁冗復雜和多變，減少人員現(xiàn)場操作，實現(xiàn)信息流連續(xù)暢通的傳輸，提高產品的質量和縮短產品的研發(fā)和生產制造周期是液晶面板企業(yè)發(fā)展的必然要求。研究和構建一種高效的制造執(zhí)行系統(tǒng)，是制造企業(yè)實現(xiàn)敏捷化制造，提高其市場競爭力的重要手段［2－3］。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)

制造 執(zhí) 行 系 統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）是由美國先進制造研究機構在20世紀90年代提出的。MES作為制造企業(yè)資源計劃層與底層控制層之間的執(zhí)行層，其強調計劃的執(zhí)行和控制，通過MES 把上層計劃層與底層生產現(xiàn)場有機地集成起來［4－5］。

液晶面板的制造活動是一種典型的離散工業(yè)生產過程，其具有生產過程并行，設備冗余度大，控制信息相互關聯(lián)，生產資源管理復雜等特性［6］。按照液晶面板的MES架構，可以將其分為以下4個環(huán)節(jié)：①上層計劃層的計劃通過人員進行柔性制定；②利用射頻識別技術對現(xiàn)場物流的自動搬送；③收集現(xiàn)場制品檢查結果形成制品品質判定；④利用通信軟件將制品出貨到下一個主工序。

3 物料搬送模塊

射頻 識 別（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信息自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)。一個典型的RFID 系統(tǒng)主要由射頻標簽、讀寫器、天線和應用軟件系統(tǒng)4部分構成［7－8］。

物料自動供給是自動化生產線設計過程中重要的環(huán)節(jié)。由于制品的一些特殊性，直接采用人工與設備相結合的搬送方式，易導致制品的不良和要料的誤供給。采用在卡匣（制品裝載裝置）設置射頻標簽來存儲卡匣中制品信息，結合AGV（自動有軌小車）、Stocker（自動化立體倉庫）和RFID 的讀寫器，MES輕易地實現(xiàn)了物料的自動搬送。

將射頻標簽固定在各個卡匣中，在各個Line（加工生產線）的Loader（面板取出裝置）和Unloader（面板裝載裝置）將RFID 的讀寫器固定在Loader和Unloader合適的位置上。通過讀寫器和射頻標簽來讀取或者寫入相應卡匣中的制品信息，從而有效地控制制品在加工生產線中的流動，增加了對制品生產信息進行實時管控。其加工生產線控制方式如圖1所示。

圖1 加工生產線控制示意圖Fig.1 Line control chart

操作員在計劃制定終端電腦（計劃PC）上選中需要加工的卡匣制作成生產計劃，計劃PC 通過程序中SQL語句將計劃信息更新到制造執(zhí)行系統(tǒng)中相應數(shù)據(jù)庫中。Line PC 利用在數(shù)據(jù)庫中檢索相應的數(shù)據(jù)表格內信息（即生產計劃）并保存到本地Line PC的數(shù)據(jù)庫中。

Line PC按照生產計劃的定制時間對各個生產計劃進行優(yōu)先級排序。并通過NET－G 通信協(xié)議將生產計劃依次傳遞到設備的PLC 中。生產計劃信息包括：素材制品的批次號、即將加工的Line名等。其中批次號中包含了制品的加工類型，各設備根據(jù)加工類型在本設備存儲中選擇相應的加工recipe。

Loader接收到生產計劃信息后，通過PLC將信息傳遞給Stocker控制PC，Stocker控制PC按照各個Line的Loader請求素材信息中的批次號和即將加工的Line 名在Stocker控制服務器的數(shù)據(jù)庫中查找相關表格記錄，找到素材卡匣在Stocker的貨架位置，并生成相應的搬送命令。

卡匣被搬送到相應Loader后，由Loader上的無線射頻讀寫器讀取卡匣射頻標簽。射頻標簽中存儲了此卡匣在上一個Line加工后的批次號和即將投入的Line名。視頻標簽的信息被讀取后，Loader將生產計劃中素材卡匣信息與讀取信息進行對比，檢查卡匣搬送正確與否。若一致，則允許投入，否則，在Loader設備上提示搬送錯誤。

制品在本加工生產線加工完成后，在Unloader存放空的卡匣裝載制品，裝載完畢后，由Unloader的無線射頻讀寫器將當前制品的批次號和即將投入的Line 名等信息寫入到卡匣的射頻標簽中。寫入完畢后，Unloader將寫入信息傳遞給Line PC并向自動化立體倉庫發(fā)送搬出請求。

Stocker接收卡匣后，將本Stocker內的卡匣信息形成文本格式文件以文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）上傳到制造執(zhí)行系統(tǒng)中的文件服務器上，文件服務器將卡匣信息登錄到數(shù)據(jù)庫中，供其他客戶端查詢或者定制計劃。

4 制品品質管理模塊

液晶面板在加工過程中，會產生很多不良品。根據(jù)不良的分類，某些制品可以通過修復裝置對制品進行修改，從而改變制品的判定。某些制品由于缺陷非常嚴重，無法修復，需要對這些制品進行及時分揀處理，以便盡早跳過后續(xù)工序，節(jié)省生產資材。其模型如圖2所示。

制品在工藝設備中加工完，需要利用檢查設備對制品的加工結果進行檢查，檢查設備針對制品中的缺陷種類、大小以及位置對制品形成一定的判定結果，之后檢查設備以制品ID 為文件名，按照約定的文件內容將檢查信息形成txt文件以FTP協(xié)議形式上傳到文件服務器中，文件服務器中數(shù)據(jù)庫登陸軟件利用SQL 語句將檢查信息登陸到數(shù)據(jù)庫中。

制品經過修復設備時，修復設備讀取制品ID，并將ID 傳輸給Line PC，Line PC 利用SQL語句在數(shù)據(jù)庫中相關表格中查詢此制品的品質信息，Line PC及時將品質信息反饋到修復設備，來決定此制品是否需要修復。

圖2 品質管理系統(tǒng)模型Fig.2 Model of quality management system

制品流到Unloader時，Unloader讀取制品ID 后，及時將ID 傳遞給Line PC，Line PC 根據(jù)制品ID 查找到相關品質信息，并將品質信息反饋到Unloader，從而在Unloader實現(xiàn)制品的OK／NG 的分裝，減少NG 制品向下一個工序流動。

5 制品出貨管理模塊

制品根據(jù)品質管理系統(tǒng)的最終品質信息，完成各種品質等級的分裝。在制品分裝的過程中，將卡匣內的制品信息通過XML 的格式發(fā)送到下一個主工序的MES中。同時為了便于下游工序對制品的品質管理，出貨管理系統(tǒng)從品質數(shù)據(jù)庫中抓取重要的品質信息形成文本文件，傳輸?shù)綄Ψ降姆掌魃?，保證了制品搬送動作與信息的同步。其模型如圖3所示。

液晶面板在加工完本工序中所有子工序后，流入到基板Stocker中。在基板Stocker中按照制品的判定等級（OK／NG）將制品邏輯上分為不同的組。當制品在基板Stocker中積累到一定數(shù)量時，通過機械手臂分別裝在不同的卡匣中，每裝載一枚制品時，將根據(jù)制品ID 在數(shù)據(jù)庫中查找制品的相關判定信息。以一個卡匣內所有制品信息形成一個XML文件，再將卡匣搬送到Stocker內時，將此XML 文件通過Tibco通信軟件傳遞到下一個工序（CELL）CIMS的服務器。

圖3 出貨管理系統(tǒng)模型Fig.3 Model of shipping management system

為了CELL 工序準確地掌握制品中詳細的缺陷信息，以制品ID 為單位，將缺陷的種類、大小、坐標等信息整合為一個文本文件，通過FTP協(xié)議傳輸?shù)紺ELL CIMS的相關服務器中。

6 對比結果

該系統(tǒng)在2011年7月上線以來，相對于之前系統(tǒng)，在系統(tǒng)穩(wěn)定性和對液晶面板生產良率上都得到了有效提高，表1對新舊系統(tǒng)進行了評價。

表1為某公司2010 年和2011 年8 月至12月實際生產數(shù)據(jù)報表，從系統(tǒng)的發(fā)生故障時間和制品良率兩個方向進行比較，由于舊系統(tǒng)的軟硬件集成化低，導致系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)增加，新系統(tǒng)上線后，使得其故障降低了0.6%。另外由于將制品品質信息與生產控制相結合，最大限度地減少了大批量不良品的流出，將制品良率提高了1.6%。

表1 性能評價Tab.1 Performance evaluation

7 結 論

在原有系統(tǒng)的基礎之上，結合實際生產需求，提出另一種液晶面板制造執(zhí)行系統(tǒng)。該系統(tǒng)中物料自動供給模塊結合了射頻識別技術，減少了數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)。針對制品品質管控環(huán)節(jié)采用了品質數(shù)據(jù)與生產數(shù)據(jù)同步原則，使得品質異常在第一時間內發(fā)現(xiàn)，使得產品的良率從76.5%提高到78.1%。由于減少了硬件的部署和提高了軟件耦合度，使得整個系統(tǒng)的稼動率提高了0.6%。此外為了保證生產數(shù)據(jù)可視化和業(yè)務集成化，該系統(tǒng)開發(fā)出具有采用B／S架構WEB 訪問的報告系統(tǒng)、對品質信息進行分析的過程控制系統(tǒng)等。實踐證明，該系統(tǒng)是一個較穩(wěn)定、完備的自動化控制系統(tǒng)。

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