陳海斌

（深圳市金洲精工科技股份有限公，廣東 深圳 518116）

0 引言

越來越多的PCB企業(yè)正在實施或已經(jīng)實施全制程智能工廠項目。智能工廠在追溯及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管上提供切實的幫助?，F(xiàn)大多數(shù)PCB工廠數(shù)控鉆孔車間（以下稱“鉆房”）作為一個工序，僅僅實現(xiàn)了機臺與加工批號對應追溯，其它管理功能甚少。智能工廠的設(shè)計者們不可忽略PCB孔加工過程中使用的微型刀具鉆頭（以下稱“鉆針”）的可追溯管理，數(shù)控鉆孔加工制造環(huán)節(jié)有自身的特點，對信息系統(tǒng)有迫切需要。深入研究需求，并開發(fā)相應的系統(tǒng)，有助于鉆房管理的數(shù)字化，實現(xiàn)鉆針可追溯管理，提升鉆房物料管理水平，為鉆房的智能化奠定基礎(chǔ)，相關(guān)工作有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究的基礎(chǔ)

PCB數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)的研究建立在現(xiàn)有信息基礎(chǔ)之上，主要包括ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)、MES（Manufacturing Execution System）系統(tǒng)、WMS（Warehouse Management Systems）系統(tǒng)等。

1.1 ERP系統(tǒng)

ERP是企業(yè)資源計劃的簡稱，主要包括：財務、供應鏈、生產(chǎn)制造等模塊。其中，生產(chǎn)制造模塊通常會含生產(chǎn)定單和工序管理等功能。目前，中大規(guī)模PCB企業(yè)大部分都擁有ERP系統(tǒng)并包含上述模塊和功能。

1.2 MES系統(tǒng)

MES系統(tǒng)又稱生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)[1]，它上承ERP，本身帶有工序級人機料物環(huán)的管理，生成生產(chǎn)加工、人員操作以及品質(zhì)與可追溯等數(shù)據(jù)。標準功能的MES管理的對象主要為PCB、加工機臺以及看機人員；不包含鉆針的管理。

1.3 WMS系統(tǒng)

WMS是倉庫管理系統(tǒng)簡稱[2]。中大規(guī)模PCB企業(yè)通常會使用簡單功能的WMS，其功能類似超市收費用系統(tǒng)，僅管理物流的進和出，不涉及庫內(nèi)業(yè)務，且不與生產(chǎn)MES系統(tǒng)對接。據(jù)了解，部分微鉆生產(chǎn)專業(yè)廠家也在使用簡單功能的WMS。

PCB用精密微型鉆頭制造商金洲公司現(xiàn)在使用的WMS是全流程數(shù)字化倉庫管理系統(tǒng)（Full Process Digital WMS，F(xiàn)PDWMS）。FPDWMS能夠?qū)}庫全流程進行管理，包括人的操作及指引、物資的移轉(zhuǎn)、拆零、裝箱、進出貨位，批次管控和全過程追溯等功能。該系統(tǒng)由作者率團隊自主研發(fā)而成，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。系統(tǒng)已在公司穩(wěn)定運行多年，并進行了三次大升級，確保了基礎(chǔ)架構(gòu)與功能的與時俱進。

2 鉆房管理個性化信息系統(tǒng)需求

2.1 鉆房鉆針倉庫管理的難點

（1）鉆針倉庫管理難度較大。與專業(yè)鉆針廠家的新針管理不同，鉆房的鉆針管理的維度多，涉及到鉆針的品種、型號規(guī)格、磨次及數(shù)量。除此之外，還需要對鉆針狀態(tài)進行管理，鉆房的鉆針倉庫通常會存在新針、返磨鉆針、待返磨鉆針、報廢鉆針等四種狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，疊加鉆針批次管理則是難上加難。

（2）存在鉆針庫存數(shù)量不準，倉庫員找貨難。鉆針品種多，磨次多，零頭多，加上鉆針辨識度小，鉆房鉆針倉庫管出現(xiàn)差錯和找貨難是大概率事件。

2.2 鉆房計劃員的需求

鉆房計劃員主要工作是做好PCB鉆孔定單的機臺排產(chǎn)計劃、鉆針及其它耗材的備貨計劃。他們通常會根據(jù)PCB的加工要求，計算鉆針及其它耗材的需求，根據(jù)庫存的信息進行備貨。發(fā)現(xiàn)缺貨，則需要提請補充。鉆房數(shù)據(jù)查詢和計劃的工作量巨大。鉆房計劃員迫切地希望鉆房管理系統(tǒng)具有計劃和備貨功能，通過信息化手段減少工作量，提高勞動效率。

2.3 鉆針可追溯管理

實現(xiàn)鉆針的批次管理，不僅需要新針的追溯信息，而且需要返磨針的追溯信息。返磨針追溯信息要與包括新針或上一磨次鉆針的追溯信息相關(guān)聯(lián)，才會形完整的追溯信息鏈。

3 數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)設(shè)計

3.1 綜合管理系統(tǒng)整體框架

根據(jù)以上需求分析，設(shè)計了數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)整體框架，如圖1所示。

圖1 數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)整體框架

3.2 FPDWMS

（1）FPDWMS系統(tǒng)模塊如圖2。

（2）FPDWMS實施場所為數(shù)控鉆孔車間和鉆針返磨車間，由于管理重點不完全一致功能略有差異。

圖2 FPDWMS系統(tǒng)模塊

鉆房FPDWMS主要功能包括：來料入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、生產(chǎn)退料、補針、非備料的補料、拆盒并盒、料品（直徑、磨次）查詢、待研磨倉入庫、雜收、雜發(fā)、貨位調(diào)整、貨位盤點、期初盤點、調(diào)撥、新增貨位、創(chuàng)建盒標簽及相關(guān)ERP的接口服務、自動導入銷售訂單。另外，需提供操作日志可追溯查詢。研磨車間條碼系統(tǒng)的主要功能包括：客戶來料入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、生產(chǎn)領(lǐng)料（整箱）、合格品入庫、銷售出庫、銷售出庫（整箱）、貨位調(diào)整、調(diào)撥、存貨數(shù)據(jù)查詢、及相關(guān)ERP的接口服務。

通過PDA掃碼進行鉆針的收、發(fā)、退、補，有效保證了庫存數(shù)量準確，實現(xiàn)了鉆針的全流程可追溯管理。通過PDA的物料查詢功能，指引倉管找到相關(guān)物料所在貨位，提升了倉庫的找貨效率。

（3）整個FPDWMS應用體系包括四個部分：服務器端軟件、無線網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備、手持終端系統(tǒng)。

①服務器端軟件（包括無線通訊）：功能實現(xiàn)無線終端與服務器端進行無線通訊等；

FPDWMS：實現(xiàn)與ERP、MES 管理系統(tǒng)的接口應用的條碼應用系統(tǒng)。

②無線網(wǎng)絡(luò)：使用基于WLAN主流協(xié)議。

③無線終端：無線手持終端。

④手持終端系統(tǒng)：是一套嵌入在無線終端設(shè)備中的條碼系統(tǒng)，與服務器端軟件進行數(shù)據(jù)交互。

（4）鉆房FPDWMS難點與解決方案。

鉆房FPDWMS難點比較突出的兩點：鉆針零頭處理與PDA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的穩(wěn)定性。

鉆針出入庫過程中，不可避免會出現(xiàn)大量的零頭，處理不當，就會造成操作效率屏頸，影響使用。為了提高員工操作效率，系統(tǒng)引入了可變數(shù)量二維碼；可變數(shù)量二維碼進的變動均會產(chǎn)生日志，以便日后審計。

倉庫員移動范圍較大時，PDA會出現(xiàn)斷網(wǎng)或服務中斷的情況，為了解決此問題，采用多個AP實現(xiàn)了大區(qū)域PDA的無縫漫游，同時AP之間互為備份，在個別AP出現(xiàn)故障，不影響PDA的高頻使用。

3.3 鉆孔排單系統(tǒng)

在庫存精確的基礎(chǔ)上，鉆孔排單系統(tǒng)通過導入ERP銷售訂單及各項加工參數(shù)、鉆針壽命、機臺參數(shù)實現(xiàn)對鉆刀用量及磨次由高到低的自動運算，在鉆針使用效率最大化的同時進行快速的生產(chǎn)排單。鉆孔排單系統(tǒng)輸入輸出如圖3所示。

圖3 排單系統(tǒng)輸入輸出

相關(guān)單據(jù)可以設(shè)置為自動打印，根據(jù)需要設(shè)置庫存預警點。

通過圖2可知，排單系統(tǒng)運行在ERP與FPDWMS的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)自動查找數(shù)據(jù)，自動或輔助排單、自動或輔助編制備料計劃。

排單算法是整個排單系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。這里采用基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的排序算法，建立了網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學模型，給出了基于排序原則的參數(shù)化表達式，通過仿真計算實例驗證了算法的可行性。該方法不僅可實現(xiàn)對加工活動的自動排序，而且考慮到其它排序原則、工藝約束條件和物料約束條件，可提高算法的實用性和工序排序解的滿意度。

3.4 ERP

ERP包含的業(yè)務模塊主要有：基礎(chǔ)設(shè)置、生產(chǎn)管理、銷售管理、采購管理、倉庫管理、總賬、應收、應付、票據(jù)管理、固定資產(chǎn)、成本管理、人力資源等。

ERP為多組織、SOA架構(gòu)，方便組織之間實現(xiàn)單據(jù)拋轉(zhuǎn)，各異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互。將FPDWMS與生產(chǎn)排單系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過服務調(diào)用傳入ERP系統(tǒng)，在ERP系統(tǒng)生成相應的單據(jù)來實現(xiàn)ERP相應部分的快速化操作，精簡單據(jù)錄入操作，減少工作量。

3.5 MES

MES主要用于實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的收集、質(zhì)量數(shù)據(jù)的收集、設(shè)備運行、維護與保養(yǎng)數(shù)據(jù)的收集、看板管理。MES的生產(chǎn)定單數(shù)據(jù)來自于ERP，收集的數(shù)據(jù)發(fā)送給ERP、FPDWMS等系統(tǒng)。

3.6 數(shù)據(jù)中心

FPDWMS及MES系統(tǒng)產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)來自于員工PDA和機器，輸出數(shù)據(jù)用于實時指導員工的操作和機器的操作，對系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全的要求較高。為了保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全，選用的是雙活數(shù)據(jù)容災中心。雙活數(shù)據(jù)容災中心具有以下優(yōu)點。

支撐的應用系統(tǒng)在兩個站點間計劃內(nèi)、計劃外、故障、災害時自由遷移而無需人工干預切換即業(yè)務系統(tǒng)不中斷運行[3]；

具有數(shù)據(jù)同步鏡像功能，所有虛擬機及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫均保存在不同機房的兩個存儲設(shè)備上，且數(shù)據(jù)同步無差異，應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)可同時更新至兩個存儲設(shè)備中；

雙活數(shù)據(jù)容災中心架構(gòu)靈活，開發(fā)人員可根據(jù)后續(xù)需要在線更新、擴展服務器節(jié)點或存儲節(jié)點，并實現(xiàn)后續(xù)計劃內(nèi)硬件增加時保證應用系統(tǒng)不中斷運行；

本地數(shù)據(jù)采用CDP保護[4]，提供I/O級別保護，實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)任意時間點備份數(shù)據(jù)回滾。

4 系統(tǒng)的實施和結(jié)論

PCB數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)完成后，首次在金洲公司數(shù)控鉆孔分公司和針尖磨尖中心落地投入使用。從系統(tǒng)測試到正式上線過程中，項目團隊逐步完善系統(tǒng)功能，對問題逐一改進、并對新需求進行開發(fā)。截至目前，訪系統(tǒng)已交付使用三年時間，功能基本完善，滿足鉆孔中心業(yè)務發(fā)展的需求。通過實施PCB數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)，金洲數(shù)控鉆孔分公司實現(xiàn)了鉆針的可追溯性管理；提升了員工勞動效率，減少了工作差錯，精簡了人員8人，降低了人工成本；提高的物料周轉(zhuǎn)率。數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)有較好的經(jīng)濟性。

數(shù)控鉆孔車間迫切希望通過信息系統(tǒng)提高管理效率和工作質(zhì)量。通過深入挖掘鉆房的需求，開發(fā)了適用于鉆房管理的FPDWMS，實現(xiàn)鉆針倉庫的全流程數(shù)字化和追溯管理。在FPDWMS、ERP、MES等系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的排序算法開發(fā)了高效鉆孔排單系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備鉆孔排產(chǎn)和備料計劃的功能，全面提升了數(shù)控鉆孔加工環(huán)節(jié)的管理水平，構(gòu)成了PCB數(shù)控鉆孔綜合管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)已在金洲公司得到成功應用，應用前景看好。