智能制造技術(shù)在SMT工藝流程中的應(yīng)用研究▲

李雪 劉旭 熊方

摘 ?要：本文對SMT工藝流程中存在的技術(shù)問題進行簡要分析，了解智能制造技術(shù)的發(fā)展歷程，提出在現(xiàn)有MES制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立SMT 產(chǎn)品智能制造系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)想，并探討其實現(xiàn)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，該思路的提出是目前SMT制造工藝過程改進的重要手段和方向。

關(guān)鍵詞：SMT工藝;智能制造技術(shù);物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TN405 ?文獻標(biāo)識碼：A ????文章編號：2096-6903（2019）04-0000-00

0 引言

近年來，隨著全球工業(yè)與信息技術(shù)的深度融合，越來越多的制造行業(yè)將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)手段應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，促使制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化轉(zhuǎn)型升級。美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、德國和日本先后分別提出了工業(yè)4.0和“機器人新戰(zhàn)略”，兩國智能制造的發(fā)展將進一步推進產(chǎn)業(yè)技術(shù)布局的提升。我國在深入學(xué)習(xí)各發(fā)達國家的先進技術(shù)后，隨著“中國制造2025”的提出，未來將走上智能制造強國之路，從而進一步推動整個國民經(jīng)濟的發(fā)展。

隨著電子制造業(yè)的發(fā)展，為滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品微小型和大批量的要求，表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology，SMT），在印制電路板組裝過程中作為一種主要生產(chǎn)手段，被越來越多的電子制造企業(yè)應(yīng)用;為提升電子產(chǎn)品制造能力與產(chǎn)品質(zhì)量等核心競爭力，應(yīng)用智能制造技術(shù)建立SMT智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)是唯一解決途徑。

1 SMT工藝簡介

因SMT生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，因此所需組成設(shè)備較多;根據(jù)生產(chǎn)工藝過程，生產(chǎn)線需要配備錫膏印刷機、錫膏檢測儀、元器件貼片機、回流焊機、AOI檢測機、X-Ray檢測機、返修工作站等。表面貼裝技術(shù)的主要工藝流程如下圖1所示：

2 SMT工藝流程中主要技術(shù)問題

SMT 制造工藝經(jīng)過不斷發(fā)展，設(shè)備的自動化水平與計算機控制程度已經(jīng)非常高，目前在生產(chǎn)過程中仍然存在一些問題，如生產(chǎn)線組成復(fù)雜，全自動設(shè)備、半自動設(shè)備、人工產(chǎn)線同時參與;生產(chǎn)物料存儲配送全靠人工完成且效率低下，生產(chǎn)過程中半成品與成品的質(zhì)量問題大部分通過人員解決，過程質(zhì)量數(shù)據(jù)靠人工管理等問題。存在問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 生產(chǎn)工序復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備較多

整個生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)成不但包括SMT生產(chǎn)線，同時也需要有人工協(xié)助完成的插裝和部分質(zhì)量檢測、漏焊補焊人工生產(chǎn)線參與;生產(chǎn)工藝流程中包含了自動上下物料等全自動流程，同時也要有人為參與的生產(chǎn)物料分揀配送、半成品和成品質(zhì)量檢測等半自動的環(huán)節(jié);元器件貼片工序應(yīng)用全自動化高速運轉(zhuǎn)的高精度貼片機，但電路板后期清洗又需要通過人工參與選擇合適的清洗劑來完成電路板的清洗。整個系統(tǒng)構(gòu)成過于復(fù)雜，需要人工干預(yù)的流程較多，很難實現(xiàn)全流程的計算機集成制造。

2.2 物料種類多，管理和配送管理存在問題

SMT 產(chǎn)品原材料種類繁多，目前當(dāng)生產(chǎn)任務(wù)下達后，需要人工分析生產(chǎn)物料清單后，再進行物料分揀并配送到生產(chǎn)線，整個物料準(zhǔn)備過程全靠人工完成，因而人員成本升高，管理難度加大，同時也容易出錯。物料準(zhǔn)備占用空間大，庫存盤點困難且準(zhǔn)確度低也是普遍存在問題。

2.3 生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要求相對較高，過程質(zhì)量數(shù)據(jù)管理困難

SMT 產(chǎn)品對組裝精度和焊點質(zhì)量要求較高，在生產(chǎn)過程中需要實時調(diào)整并有效控制設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。但目前的生產(chǎn)過程中，只有貼裝光學(xué)檢測對位等設(shè)備能夠自動完成調(diào)整，其他如錫膏印刷的壓力和速度、回流焊的溫度、印制板傳輸速度等主要技術(shù)參數(shù)，往往需要憑技術(shù)人員的經(jīng)驗和技術(shù)能力完成設(shè)置與調(diào)整;對于生產(chǎn)過程產(chǎn)品（焊接）質(zhì)量問題，不能實時自動檢測出故障源并修正設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，需要人工分析找出故障原因，不能達到通過自主分析以往故障數(shù)據(jù)，找到處理方法自主解決問題。

目前大多企業(yè)SMT生產(chǎn)過程中很多工序需要人工參與，設(shè)備的技術(shù)參數(shù)需要人為設(shè)置，過程數(shù)據(jù)需要人為管理;受人員的職業(yè)素質(zhì)、技術(shù)水平等個人原因影響，必然會導(dǎo)致生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，對企業(yè)造成不利影響，因此將智能制造技術(shù)應(yīng)用到SMT生產(chǎn)工藝過程中能從根本上解決這些不利問題。

3 智能制造技術(shù)發(fā)展

智能制造是涉及產(chǎn)品全生命周期中各個環(huán)節(jié)的制造活動，包括智能設(shè)計、智能加工、智能裝配三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能制造的實現(xiàn)可分三個層面，即制造對象或產(chǎn)品的智能化、制造過程的智能化、制造工具的智能化;知識庫/知識工程、動態(tài)傳感與自主決策是智能制造的三大核心。智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期的具有信息感知、優(yōu)化決策、執(zhí)行控制功能，旨在高效、優(yōu)質(zhì)、清潔、安全的制造產(chǎn)品、服務(wù)用戶的一種制造模式。

智能制造技術(shù)的發(fā)展主要分為3個階段：（1）ERP階段即“無紙化工廠”階段;（2）MES階段即“自動化工廠”階段;（3）IMS階段即“智能化工廠”階段，也稱“無人化工廠”階段。

隨著SMT制造行業(yè)的不斷發(fā)展，很多企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用MES（Manufacturing Execution System）制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)是實現(xiàn)制造企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)管理信息化的重要工具，它將企業(yè)產(chǎn)品的全壽命周期的生產(chǎn)過程，從生產(chǎn)計劃開始到生產(chǎn)調(diào)度、再到物料的庫存管理及設(shè)備工具工裝領(lǐng)用歸還管理、新增物料采購管理、成本管理、項目看板管理、生產(chǎn)過程控制、前臺數(shù)據(jù)分析、后臺數(shù)據(jù)管理等功能均應(yīng)用該系統(tǒng)。此外企業(yè)應(yīng)用該平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)全面協(xié)同管理;但是過程管理中技術(shù)參數(shù)的審核、數(shù)據(jù)下發(fā)仍然需要人工判定和執(zhí)行，智能化水平還有待提升。

4 智能制造在SMT工藝流程中應(yīng)用設(shè)計

智能制造實質(zhì)是設(shè)備根據(jù)產(chǎn)品的類型自主進行參數(shù)設(shè)置與調(diào)整，實時檢測產(chǎn)品質(zhì)量并對不合格品自行處理，優(yōu)化生產(chǎn)流程;同時能夠自主解決突發(fā)性生產(chǎn)問題。

自觸發(fā)能力和學(xué)習(xí)能力是未來研究的重點內(nèi)容。系統(tǒng)的自觸發(fā)能力是在生產(chǎn)過程中由設(shè)備自主發(fā)送指令，完成相關(guān)工作，不再需要人為參與;將智能制造技術(shù)應(yīng)用于SMT工藝過程中，通過主機自主發(fā)送主命令，再由前端設(shè)備對后端設(shè)備發(fā)送控制命令，即可自動完成各個生產(chǎn)工序，實現(xiàn)真正的無人自動化生產(chǎn)。生產(chǎn)過程如下圖2：

通過SPI和AOI質(zhì)量檢測后，把合格品送入后道工序，不合格品挑選出來自動處理;前期在MES系中保存大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對獲取的不合格信息，通過分析過往數(shù)據(jù)自行判斷后自主發(fā)出命令給相應(yīng)設(shè)備，完成自觸發(fā)并處理，不再需要人工參與解決問題。

學(xué)習(xí)能力是當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，系統(tǒng)查找錯誤數(shù)據(jù)庫中相同報錯信息，查找出處理辦法，并自行完成錯誤信息管理;如果錯誤是第一次出現(xiàn)，系統(tǒng)會自動上報技術(shù)人員，技術(shù)人員將問題解決后，系統(tǒng)自動對錯誤信息和解決方法自行記錄。系統(tǒng)通過不斷學(xué)習(xí)，實現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)庫的不斷增加，掌握更多的問題解決方法，減少人工參與從而達到智能生產(chǎn)目的。

5 實現(xiàn)SMT智能制造系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵技術(shù)

前面對SMT智能制造工藝執(zhí)行過程進行了簡要分析，為實現(xiàn)SMT智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)仍然有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決：

5.1 生產(chǎn)物料智能化存儲和配送技術(shù)

要應(yīng)用射頻識別、網(wǎng)絡(luò)智能控制方法等先進技術(shù)手段，來建立智能物料倉儲與配送系統(tǒng)。首先根據(jù)物料種類、存儲要求等關(guān)鍵要素，實現(xiàn)系統(tǒng)自住將生產(chǎn)物料分類存放，智能調(diào)整存儲空間環(huán)境參數(shù)，實時動態(tài)顯示庫存數(shù)量。生產(chǎn)任務(wù)下達后，根據(jù)物料清單智能機械臂自動從庫房篩選并分揀出生產(chǎn)物料及相應(yīng)輔料，然后通過智能物料運輸裝置，送到生產(chǎn)線完成自動配送SMT生產(chǎn)物料。

5.2產(chǎn)品質(zhì)量智能檢測技術(shù)

需要改變傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中，在線測試后人工檢測的質(zhì)量檢測和統(tǒng)計分析質(zhì)量管理方法，以前后端流程檢測控制質(zhì)量的方法， 很難產(chǎn)生質(zhì)量問題數(shù)據(jù)，更難控制質(zhì)量問題，不能更好的滿足目前電子產(chǎn)品生產(chǎn)種類繁雜和批量小的生產(chǎn)要求。我們利用新的監(jiān)測手段，利用基本智能控制技術(shù)的光學(xué)檢測或電磁檢測手段，對SMT整個生產(chǎn)過程的組裝質(zhì)量進行實時智能檢測和質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)智能分析及生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)實時控制。

5.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)SMT產(chǎn)品制造管理過程存在很多缺陷，目前急需探討建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)各生產(chǎn)部門數(shù)據(jù)管理、車間管理、人員管理、物料供應(yīng)管理等功能的智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立必將應(yīng)用強大的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、先進的射頻識別、無線網(wǎng)絡(luò)管理等先進技術(shù)才能達成。后期系統(tǒng)建成后能夠自主分析各個制造單元的產(chǎn)能負荷，自主完成生產(chǎn)調(diào)度，優(yōu)化資源配置，進一步提高生產(chǎn)效率，提升服務(wù)質(zhì)量。

6 結(jié)語

隨著SMT工藝流程的進步，系統(tǒng)集成、數(shù)字化管理、智能制造技術(shù)的發(fā)展，許多多技術(shù)問題需要深入研究;本文只對其中的部分技術(shù)問題進行分析和探討。但需要得到盡快解決的問題還有很多，如根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境自適應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)參數(shù)的問題，很多主要設(shè)備還依賴進口，這些重要設(shè)備的國產(chǎn)化也是需要迫切解決的問題。同時，智能制造技術(shù)在SMT生產(chǎn)工藝流程的應(yīng)用，也需要依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的制造條件進行科學(xué)規(guī)劃、分步實施、逐步開展深入研究。

參考文獻

[1] 周濟.智能制造：“中國制造2025”的主攻方向[J].中國機械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[2] 毛久兵.面向SMT智能制造技術(shù)專利分析[J].智能制造，2017（1）：89-93.

[3] 周德儉.智能制造技術(shù)在SMT產(chǎn)品組裝制造系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[C].山東：第九屆中國高端SMT學(xué)術(shù)會議論文集，2015：19-28.

[4] 范瑞成.面向SMT 生產(chǎn)線的數(shù)字化精益制造執(zhí)行技術(shù)[C].北京：北京理工大學(xué)，2015：10-20.

[5] 郭靜松.淺談SMT行業(yè)的智能制造發(fā)展[C].成都：2019中國高端SMT學(xué)術(shù)會議論文，2019：116-119.

收稿日期：2019-07-16

基金項目：SMT工藝流程中智能制造技術(shù)應(yīng)用研究（K19-YB1-028）

作者簡介：李雪（1985—），女，滿族，吉林四平人，碩士研究生，講師，現(xiàn)主要從事電子產(chǎn)品制造技術(shù)相關(guān)課程教育教學(xué)工作。

Application of intelligent manufacturing technology in SMT process

LI Xue，LIU Xu，XIONG Fang

（Sichuan Modern Vocational College， Chengdu ?Sichuan??610000）

Abstract：?This paper briefly analyzes the technical problems in SMT process， understands the development process of intelligent manufacturing technology， and proposes to build SMT based on the existing MES manufacturing enterprise production process execution system The design concept of product intelligent manufacturing system and the key technologies to be solved are discussed. The idea is an important means and direction of SMT manufacturing process improvement.

Keywords： SMT process; intelligent manufacturing technology; Internet of things