CN204116915U - 工业生产线中的流程控制及制造执行系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业生产线中的流程控制及制造执行系统，包括：一中央服务器，其包括TPOK中央数据库服务器及主应用服务器，连接至主应用服务器的客户端服务平台、基础数据和报表查询平台、测试文件服务器及信息采集终端，连接至TPOK中央数据库服务器的ERP中央数据库服务器，主应用服务器及测试文件服务器的信息与TPOK中央数据库服务器互传。该实用新型结合内部编码、客户编码和内部编码结合客户条码等方法，完全满足客户对条码的定制要求，最大程度避免了条码信息的重复，提供了生产的精确度和信息查询的速度，做到了原材料及产品的可追溯。

Description

工业生产线中的流程控制及制造执行系统

技术领域

本实用新型涉及一种工业生产线中的流程控制及制造执行系统，以用于电子集成制造生产流程中的系统控制。

背景技术

在电子代工行业，特别是SMT制造行业，对成本和精确性的要求日益提高，特别是对于小批量多品种的生产制造型企业来说，对精细生产的要求尤其突出。要达到小批量多品种的产品的生产，需要对产品种类、生产排程、物料投入与追中、制程、测试过程、品质和人力投入进行严格的管控，对于不同客户需求和不同设计要求的机种，如果单靠手工记录和手写流程卡来处理，很难实现精细化生产，特别是对于一个小批量多品种制造的公司，数十种制程，数百种测试仪器，上千种机种，上万的原材料来说，一个有针对性的生产控制系统尤为重要，这个系统解决的突出问题在如下几方面:

生产管理：一个完整的生产流程包含上料点、表面贴片机、若干个检验点和若干个测试点(AOI/FCT/ICT)，当多种产品同时生产时，需要每个机种选择的工站可能相同，也可能不同，如果完全通过手工来管理和追溯过站信息，出错的可能性非常高，对于类型为联板或者双面板的PCB来说，复杂程度是无法通过手工记录方式准确地控制生产和追溯的；

物料管理：对于SMT机器，一旦上料有误，就会大幅提高产品返修率及原材料抛料率，还要花费很多人力来测试和维修，而SMT手工上料时，靠人工检查很难确保完全的准确性；

另外，对于航空和医疗等产品，物料信息需要严格的追溯，而这些信息是很难通过手工来记录的；

序列号管理：作为代工，客户对各自的条码也有所要求，对于多个客户的不同机种如何避免序列号重复也是无法通过手工记录来解决的；

测试管理：测试是电子产品控制质量的关键手段，如果只是通过测试员目测结果并手工记录，很难避免漏测和误判，主要的三种测试为AOI、ICT、FCT，其中AOI测试模式和规范化比较强，但是对于联板和正反面板的序列号如何需要根据系统的测试结果确认；

产能和良率分析：一个批次的产品生产结束以后，每个站的平均过站时间、单位时间的过站率、良率和一次不良分析等都必须基于实际序列号的过站情况。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种工业生产线中的流程控制及制造执行系统，以用于小批量多品种的产品的生产时，对产品种类、生产排程、物料投入与追中、制程、测试过程、品质和人力投入进行严格的管控。

首先，在对技术方案进行详尽描述之前，对本实用新型涉及的相关技术加以介绍。

TPOK是一种MES(Manufacture Executive System)制造执行系统，按照不同行业需求来分，MES的流程和具体实施不尽相同，而TPOK是MES里面最侧重于小批量多品种的电子制造的一种订制开发的平台。

TPOK系统从架构来说包括两部分：1)基础数据维护及报表查询页面；2)数据采集和记录工具(如过站、测试和包装程序)。前者是基于EXTASP.net开源框架开发的，主要功能有人员权限角色管理、工作站、产线、不良与维修分类管理、工单、料号、制程和序列号等基础信息的管理，这些信息是SN生命周期的开始；另外这个页面平台还提供了生产数据和追溯信息的查询。后者是各种数据采集和前端操作的程序集，是基于.Net2.0的Window Form/Mobile开发的，包括过站、包装、维修、测试、上料和上下阶关联程序等，这部分主要是提供用户完成生产和物料数据的采集，在一个维护完整的制程中，任何序列号都必须按照预先定义好的制程顺序过站，且后站卡前站。另外，数据采集模块中包含自动测试结果采集，防止人为失误影响测试结果的准确性，测试文件被自动抛到中央测试服务器，在多线程程序的处理下，完成前站状态监测，测试结果分析，最后将测试数据同步到数据库中。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种工业生产线中的流程控制及制造执行系统，包括：

一中央服务器，其包括基于SQL Server的TPOK中央数据库服务器及基于.Net framkWork的主应用服务器，其中所述TPOK中央数据库服务器用于存储来自于各个工序的相关数据信息，所述主应用服务器则用于控制各个工序的生产过程；

一客户端服务平台，所述客户端服务平台连接至所述主应用服务器；其连接有采集工作站、维修工作站、包装工作站及过站设备，以用于信息采集、设备维修、产品包装及产品的过站；所述采集工作站及包装工作站均连接有条码打印机，以用于自动打印序号标签、收料标签、出货标签，并在线补打物料追述标签；

一基础数据和报表查询平台，所述基础数据和报表查询平台连接至所述主应用服务器；其连接有管理者仪表盘工作站，以用于报表查询；其连接有系统维护人员工作站，以用于工单、料号、序列号、制程等基础信息维护；

一测试文件服务器，其设置在中央机房并连接至所述主应用服务器，以用于对各种工作站抛来的测试程序进行处理，其连接有多个测试工作站，每个所述测试工作站均连接有对应的测试设备；

一ERP中央数据库服务器，所述ERP中央数据库连接至所述TPOK中央数据库服务器；其中基于工单、料号同步的排程信息上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；其中，收料时生产的用于原材料追踪的物料主键上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；

一信息采集终端，所述信息采集终端连接至所述主应用服务器，其用于在上料时扫描物料主键，及在线补打物料主键标签；

所述主应用服务器及测试文件服务器的信息与所述TPOK中央数据库服务器互传。

其中，所述信息采集终端采用无线采集功能模块，其为一/二维条码枪、Win Mobile PDA或流水线固定条码枪。

其中，所述采集工作站、维修工作站、包装工作站及测试工作站均包括电脑或终端，所述终端为固定终端或手持移动终端。

其中，还包括查询器，所述查询器设置于每个工作站的每台电脑中，所述电脑和工作站可以通过企业内部的Web页面查询所需的数据，如序列号当前位置、不良明细、物料关联情况等。

通过上述技术方案，本实用新型提供的工业生产线中的流程控制及制造执行系统，通过对客户设计需求的分析，按照机种定义具体的制程，在制程的设置中采用虚拟制程和子制程来确保产品生产阶段的可控制和可追溯性，每个序列号的信息都通过条码来在系统中关联，条码的格式灵活性对于多产品多客户的生产尤为重要，本实用新型结合内部编码、客户编码和内部编码结合客户条码等方法，完全满足客户对条码的定制要求，最大程度避免了条码信息的重复，提供了生产的精确度和信息查询的速度；在标签的选择上，小尺寸(0.7*0.7cm)的标签可以贴在空间较小的PCBA板上，同时条码的大小并不影响扫描的准确性；在物料追踪方面，领过的物料有了条码也就意味着每个产品确有了唯一身份标签，该标签信息会一直伴随整个产品周期，即从开始生产到产品出货，甚至装配到最终产品上也会保留该信息，真正做到了产品可追溯；产品生产准备阶段将每个标签粘贴到PCBA或某个核心组件上，在生产环节系统要求原材料和标签进行绑定，在这个过程中系统会自动校验原材料属性、上料位置是否符合要求，这样也实现了对原材料的追溯；产品在测试阶段每个测试结果和维修记录都和产品标签进行关联。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例所公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的结构原理示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的工作原理示意图；

图3为本实用新型实施例所公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的物料关联工作原理示意图；

图4为本实用新型实施例所公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的自动测试和时间管控测试工作原理示意图；

图5为本实用新型实施例所公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的包装入库流程的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

基于图1，本实用新型的基本结构为：

工业生产线中的流程控制及制造执行系统，包括：

一中央服务器，其包括基于SQL Server的TPOK中央数据库服务器及基于.Net framkWork的主应用服务器，其中所述TPOK中央数据库服务器用于存储来自于各个工序的相关数据信息，所述主应用服务器则用于控制各个工序的生产过程；

一客户端服务平台，所述客户端服务平台连接至所述主应用服务器；其连接有采集工作站、维修工作站、包装工作站及过站设备，以用于信息采集、设备维修、产品包装及产品的过站；所述采集工作站及包装工作站均连接有条码打印机，以用于自动打印序号标签、收料标签、出货标签，并在线补打物料追述标签；

一基础数据和报表查询平台，所述基础数据和报表查询平台连接至所述主应用服务器；其连接有管理者仪表盘工作站，以用于报表查询；其连接有系统维护人员工作站，以用于工单、料号、序列号、制程等基础信息维护；

一测试文件服务器，其设置在中央机房并连接至所述主应用服务器，以用于对各种工作站抛来的测试程序进行处理，其连接有多个测试工作站，每个所述测试工作站均连接有对应的测试设备；

一ERP中央数据库服务器，所述ERP中央数据库连接至所述TPOK中央数据库服务器；其中基于工单、料号同步的排程信息上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；其中，收料时生产的用于原材料追踪的物料主键上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；

一信息采集终端，所述信息采集终端连接至所述主应用服务器，其用于在上料时扫描物料主键，及在线补打物料主键标签；

所述主应用服务器及测试文件服务器的信息与所述TPOK中央数据库服务器互传。

其中，所述信息采集终端采用无线采集功能模块，其为一/二维条码枪、Win Mobile PDA或流水线固定条码枪。

其中，所述采集工作站、维修工作站、包装工作站及测试工作站均包括电脑或终端，所述终端为固定终端或手持移动终端。

其中，还包括查询器，所述查询器设置于每个工作站的每台电脑中，所述电脑和工作站可以通过企业内部的Web页面查询所需的数据，如序列号当前位置、不良明细、物料关联情况等。

基于图2所述的工作流程图，本实用新型公开的工业生产线中的流程控制及制造执行系统的TPOK操作流程为：

(一)基础资料的维护：

产品工程师和系统工程师需要首先把线别、工作站、终端电脑、作业员编号、不良信息、维修代码等这些信息都维护进TPOK；

工单与成品料号信息每天晚上通过后台脚本从ERP系统同步到TPOK，数量，版本和BOM的结果也被保存下来；另外，根据计划对工单的分类，可以知道该工单加工的车间(SMT、集成制造，或者线缆制造)；

(二)生产批次信息维护：

工单和成品料号同步过来以后，需要维护工单信息，主要包含制程信息、成品特性和序列号三个方面：

首先制程信息、工单和成品料号被导入TPOK以后，需要生产计划和产品工程师在系统中选择投板时间和生产线别，按照系统的建议，找到最适合的线别，或者自定义适合的子线别，如某个产品也许客户的半成品，只需要手焊和测试，产品工程师可以自己勾选手焊和测试，创建一个独立的子线别，这种可定制的制程设定方案，最大程度地满足了客户的各种需求，达到最大的灵活性；

然后成品特性，成品有可能是PCBA板、机柜、线缆等，他们的信息对序列号过站也有着至关重要的影响，板子可能是单板或是联板，是正反面或是单面，如果是联板要求在过站或者测试时，一次通过联板内的所有序列号；另外，还有包装类型和物料追溯类型，这些都会在后续介绍包装和物料追溯时介绍；

接下来是序列号，TPOK逻辑上要求一个成品料号内序列号唯一，从而避免序列号的重复，基于这个要求，TPOK允许使用内部条码和客户条码，按照产品下的每一张工单注册序列号，在多种条码格式中，本实用新型采用的是耐水洗耐高温的0.7cm*0.7cm的小标签，用于二维码的打印，采用了特定的编码规则，既避免了序列号重复，又灵活地把生产时间显示出来；序列号格式由产品工程师指定，在进行序号分配时，条码打印人员只需要输入数量，序列号会按照数量自动产生，并通过网络条码打印机自动打印条码，节约了操作时间，降低了出错的可能性(例如：TIMS-为固定输入，中括号内表示特殊格式[Y，2]表示两位的年，如14＝2014；[W，2]表示两位的周，如32周；[S，10#10#10#10#10]，S表示流水号，10#表示十进制数字0-9，如00032，按照该规则拼出来的序列号为:TIMS-143200032)；对于那些对条码有明确要求的客户，可以提供编码规则，如年月日周，固定输入，流水号，并选择十进制和十六进制的编码方式，系统可以灵活方便地按照需求打印各种格式的条码；

(三)物料关联：

参考图3，完成了序列号注册和条码标签的打印，就可以在系统中生成序列号了，如果是单板或者顺序的联板，可以点击自动分配，一次性完成或者的分配操作；对于多联板、单双面板或包含报废的板子，就需要通过条码枪手工分配了，到此系统中就有了工单和完整的序列号，下一步就是物料追溯，其具体包括如下步骤：

步骤1，物料追踪的信息量大，内容复杂，需要多部门并行维护，程序提供了多界面权限控制平台和邮件提醒结合，确保物料追溯的主要信息如生产日期、生产批次、制造商和制造料号等信息的完整；另外在机种属性界面，需要定义物料关联类型，按工单、按序列号，对于小批量多品种，物料数量都比较小批次却很多，就使用按序号上料，从而控制频繁的换料导致的不准确性；

步骤2、3，SMT高速机和泛用机的程式文件里包含着物料信息和对应的站位信息，程序通过正则表达式和关键字处理方式，得到需要的信息如序列号、站位信息、上料架信息和料号，这些信息作为上料扫描时的对照表，达到防错料的效果；SMT的制件、手焊和波峰焊这三个制程会涉及上料操作，研发会在试产阶段按照SMT上传的料表对物料进行分类，量产时就会按照研发确认的料表进行生产，大大提高了上料和检料的效率；

步骤4、5，按照上料表备料，使用之前，通过摩托罗拉9090的PDA进行物料主键扫描和上料架条码扫描，使用C#基于移动设备的开发，基于WinMobile5.0的程序，主要功能是数据库连接，WebService的使用和输入信息比对及数据库写入，算法是按照上料时的具体时间点对序列号的下阶料进行更新，如序号S1在过站前，物料M1完成上料，所有S1都自动带上了M1，如果M1用完，使用M2作为替换，则S1的物料就变成了M2，而在M1上料以后序号S2完成了过站，即使M2换料结束，S2的物料依旧是M1，这种做法和其他程序通过过站时间的单纯比较相比，节约了过站查询的时间，提高了过站信息采集的准确性；

(四)自动测试和时间管控测试：

参考图4，上料通常是发生在检验和测试等操作之前的制程，完成上料的板子才能进入到下一站；经过了上料放呆管控，基本可以杜绝错料和错位的情况，但焊接过程中的不可预知的情况和设计的问题也会导致板子不良，接下来的测试就是品质管控的关键，而不同的产品其测试内容也不尽相同；

TPOK把相同或相近的测试内容(如ICT、AOI)抽取出来，把测试结果抛入测试文件服务器，通过服务器的强大处理能力进行多线程处理，而对于种类繁多的FCT测试来说，就需要定制程序取得其测试结果，其步骤如下：

步骤1，测试文件类型也会作为机种的属性预先维护，目前有超过一千种测试程序，把程式结果采集分为三类：本机自动、集中处理和时间控制，如果是本机自动，可以通过文本文件握手和数据库访问的DLL(动态链接库)调用来验证序列号过站状态，并将测试结果写入数据库；时间控制的方法主要是为那些时间较长，而且无法得到测试结果的程序提供一种强制测试的手段，防止漏测，但测试结果需要手工输入；第三种集中处理是主要讨论的；

步骤2，在序列号扫描入口处，增加了判断功能，在不同的Windows应用程序和DLL里面通过WebService和类实现判断功能，防止机种使用不当的程式方法，造成测试文件无法解析；

步骤3，对于不需要上传测试文件的测试类，可通过DLL的调用直接判断待测板子的状态，有没有不良，有没有过站异常，如果板子正常，且当前站别确实为改测试站，则开启测试程序进行测试，当测试结束后，自动抛出测试结果和不良信息(板子位置、零件地址和不良现象)并同步到数据库；

步骤4，如果需要上传，按照预定义的客户端文件路径进行测试文件同步和共享，当测试文件从产线测试机台生成后，程序侦听其状态，尝试获得文件的读写权，然后同步到测试文件服务器上，按照分类进行统一归档，服务器程序是一个多线程的自适应文件处理器，包含文件数量分析功能、线程管理器、线程处理机制和结束线程清扫功能，主要是根据序列号的机种属性，寻找对应的测试文件格式，进行文件格式分析，然后上传测试结果；对于成功测试的序列号，文件会被移到特定的文件夹归档；对于异常处理，系统会在一段时间内进行再次处理，或通过邮件提醒管理员该异常；

(五)不良处理与维修：

当此时出现不良，按照产品工程师和测试工程师预先定义不良次数的上限，决定是误判的次数，有效的降低了误判率，提供了生产的效率；

预先定义的不良代码如短路、通路、虚焊等将会被自动选择，而PCBA板的零件位置也会被通过测试文件读出来，如果最终序列号为不良，将进入维修站等待维修，未维修的板子无法过后站；

维修人员维修完毕后，板子可以选择制程中的任一个历史测试站，进行重新测试，测试通过后才能过站；

(六)包装入库：

参考图5，当所有组装和测试制程都完成以后，最后一站就是包装，为了防止加工中存在的隐患，在包装之前还增设了一站品质检测站，其步骤如下：

步骤1，检查所有过站和测试结果，为了防止漏测和漏站发生，包装设为总检，按照SN的制程检查所有所有设置的站别是否都已过站，所有的测试是否都通过，所以包装站为TPOK序列号流程中的最后一个关卡，如果未过站或者未维修，板子将无法被包装，包装人员需要把板子打回到产线相关制程，完成对应的制程以后方可重新包装；

步骤2，每箱的数量在成品料号中设定，当扫描第一个序列号时，料号信息会被自动带出来，接下来扫描的序列号都必须和第一个序列号机种一致，数量则不断累加，当数量达到了每箱维护的数量以后，箱子将自动保存，并打印出外箱标签；品质部门会根据外箱标签进行抽检，防止无外箱标签的成品出货，从而避免了系统中漏站和漏测的情况。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种工业生产线中的流程控制及制造执行系统，其特征在于，包括：

一中央服务器，其包括基于SQL Server的TPOK中央数据库服务器及基于.Net framkWork的主应用服务器，其中所述TPOK中央数据库服务器用于存储来自于各个工序的相关数据信息，所述主应用服务器则用于控制各个工序的生产过程；

一客户端服务平台，所述客户端服务平台连接至所述主应用服务器；其连接有采集工作站、维修工作站、包装工作站及过站设备，以用于信息采集、设备维修、产品包装及产品的过站；所述采集工作站及包装工作站连接有条码打印机，以用于自动打印序号标签、收料标签、出货标签，并在线补打物料追述标签；

一基础数据和报表查询平台，所述基础数据和报表查询平台连接至所述主应用服务器；其连接有管理者仪表盘工作站，以用于报表查询；其连接有系统维护人员工作站，以用于工单、料号、序列号、制程等基础信息维护；

一测试文件服务器，其设置在中央机房并连接至所述主应用服务器，以用于对各种工作站抛来的测试程序进行处理，其连接有多个测试工作站，每个所述测试工作站均连接有对应的测试设备；

一ERP中央数据库服务器，所述ERP中央数据库连接至所述TPOK中央数据库服务器；其中基于工单、料号同步的排程信息上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；其中，收料时生产的用于原材料追踪的物料主键上传至所述ERP中央数据库后再上传至所述TPOK中央数据库服务器；

一信息采集终端，所述信息采集终端连接至所述主应用服务器，其用于在上料时扫描物料主键，及在线补打物料主键标签；

所述主应用服务器及测试文件服务器的信息与所述TPOK中央数据库服务器互传。

2.根据权利要求1所述的工业生产线中的流程控制及制造执行系统，其特征在于，所述信息采集终端采用无线采集功能模块，其为一/二维条码枪、Win Mobile PDA或流水线固定条码枪。

3.根据权利要求1所述的工业生产线中的流程控制及制造执行系统，其特征在于，所述采集工作站、维修工作站、包装工作站及测试工作站均包括电脑或终端，所述终端为固定终端或手持移动终端。

4.根据权利要求3所述的工业生产线中的流程控制及制造执行系统，其特征在于，还包括查询器，所述查询器设置于每个工作站的每台电脑中，所述电脑和工作站可以通过企业内部的Web页面查询所需的数据，如序列号当前位置、不良明细、物料关联情况等。