SMT車間智能化管理系統(tǒng)建設(shè)探討

■劉 剛 樊重俊

（上海理工大學(xué)管理學(xué)院）

引 言

隨著2019年3月李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中指出，要打造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，拓展“智能+”，為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能。這是繼2017年以全面實(shí)施戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，加快包括人工智能等技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化、2018年加強(qiáng)新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用，在醫(yī)療、養(yǎng)老、教育、文化等領(lǐng)域推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中以來，第三次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中。這標(biāo)示著“智能+”將接棒“互聯(lián)網(wǎng)+”助推產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級，成為賦能制造行業(yè)的新動力。同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”，為我國由傳統(tǒng)制造大國邁向制造強(qiáng)國提供有力的支撐。

智能制造目前還是一個開放性的定義，針對各個工業(yè)大國提出的智能制造戰(zhàn)略，我們可以初步這么理解：

智能制造就是繼自動化制造之后更進(jìn)一步的制造業(yè)形態(tài)，其核心是數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化、智能化，通過使用智能化設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能化信息系統(tǒng)以達(dá)到產(chǎn)線智能化、供應(yīng)鏈智能化、管理智能化、決策智能化等，特征是生產(chǎn)現(xiàn)場少人化，甚至是無人化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化。最終提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。提高對市場的響應(yīng)速度，滿足客戶的個性化需求（定制化、多批次、小批量），保證產(chǎn)品交付達(dá)成率。

1 SMT車間智能化現(xiàn)狀

1.1 SMT車間現(xiàn)狀

SMT(Surface Mount Technology)是電子產(chǎn)品核心組件PCBA(Printed Circuit Norad Assembly)經(jīng)典的生產(chǎn)方式。經(jīng)典流程為:上板->印刷->貼片->回流焊->AOI檢測->下板。與傳統(tǒng)的THT（Through-hole Technology）電子組裝工藝相比，SMT工藝可以做到小型化，高密度組裝、高自動化等特性。SMT已成為電子行業(yè)里應(yīng)用最廣泛的組裝方式。SMT車間作為伴隨SMT技術(shù)應(yīng)用而生的車間，因其使用的生產(chǎn)物料種類較多且多為形狀相近的卷裝物料、生產(chǎn)物料對環(huán)境有溫濕度要求及防靜電要求、需要借助飛達(dá)（Feeder）集中在貼片機(jī)上貼裝等不同于傳統(tǒng)車間的特性，SMT車間主要管理以下幾方面：

（1）車間溫濕度管理：針對車間溫濕度的管理主要方式是依靠空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行溫濕度的調(diào)節(jié)，利用校準(zhǔn)后的溫濕度計(jì)進(jìn)行二次確認(rèn)并定時(shí)性進(jìn)行手工記錄。

（2）物料供應(yīng)管理：因SMT生產(chǎn)的工藝特殊性，所需的物料必須一次性供給生產(chǎn)線。否則會造成二次調(diào)機(jī)的時(shí)間浪費(fèi)或空貼后人工補(bǔ)焊的人工工時(shí)浪費(fèi)，都會給生產(chǎn)成本造成較大的變動。雖然大多公司借用的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行了輔助管理 ，但實(shí)際的分揀、搬運(yùn)、物料交接工作仍由人工完成，比較的耗時(shí)耗力，也容易導(dǎo)致人為的二次傷害。

（3）物料防錯料管理：因SMT車間大部分物料形狀相同，但產(chǎn)品的電氣性能參數(shù)卻相差較大，如貼片電容CC0402JRNPO9BN101和CC0402KRX7R8BB104,雖封裝尺寸相同，但容值、耐壓、材質(zhì)、精度均不相同，再加上表面無絲印標(biāo)識，在貼裝后也僅能利用相關(guān)儀器進(jìn)行容值的測量。將會給產(chǎn)品的生產(chǎn)帶來不可忽視的影響。因此為了造成生產(chǎn)上的錯貼，管理方式上采用的是事前由品質(zhì)人員與生產(chǎn)人員共同核對無誤后，將裝載產(chǎn)品的飛達(dá)安裝在貼片機(jī)對應(yīng)的位置上，然后在首件時(shí)進(jìn)行再次的測量一些可測量的參數(shù)來確認(rèn)貼裝的無誤。以耗費(fèi)大量的人力時(shí)間來減少錯誤的概率，此方法將錯誤率降到了相對低點(diǎn)，但在更換物料時(shí)卻沒有了這種保障力度，增加了錯料的概率。

1.2 車間智能化分析

自1978年改革開放40年來，我國制造業(yè)取得了從一窮二到世界第二大經(jīng)濟(jì)體的令舉世矚目的成就。也讓我國邁進(jìn)了制造大國的行列。同時(shí)在發(fā)展的過程中也存在著許多困境，制約著制造業(yè)更向前一步。主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）人口因素：我國是人口大國，改革開放初期，憑借著巨大的勞動力數(shù)量、廉價(jià)的勞動力價(jià)格因素，吸引了大量的外資到中國投資建廠。巨大的人口紅利為我國制造業(yè)的發(fā)展打下了良好的發(fā)展基礎(chǔ)。隨著社會的發(fā)展，我國逐步進(jìn)入老齡化社會，導(dǎo)致我國的勞動年齡人數(shù)以百萬之巨縮減，伴之而來的是人口紅利褪去和人口要素成本上升。使之人口紅利優(yōu)勢一去不返。

（2）制造業(yè)附加值：根據(jù)微笑曲線的定義，制造業(yè)是屬于產(chǎn)業(yè)鏈中附加值最低的部分，只能依靠不斷的擴(kuò)充產(chǎn)能維持獲利。在改革開放初期，鑒于我國供不應(yīng)求的國內(nèi)及國際情況，依靠著廉價(jià)勞動力，以及政府政策扶持等因素，我國的制造業(yè)開始揚(yáng)帆起航，遍地開花。面對當(dāng)前人口紅利褪去，產(chǎn)能供大于求以及互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，將產(chǎn)品鏈條透明化。在制造問題一定的情況下，各制造車間擴(kuò)充產(chǎn)能的途徑受到了極大的制約。

（3）車間信息管理系統(tǒng)：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，成功實(shí)施實(shí)現(xiàn)ERP集成的只占10%～20%。沒有實(shí)現(xiàn)集成或?qū)崿F(xiàn)部分集成的約占30%～40% ，而失敗的卻占50%左右。形成了一種“上ERP找死而不上ERP是等死”的共識。ERP作為建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，整合了企業(yè)管理理念、業(yè)務(wù)流程、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、人力物料、計(jì)算機(jī)軟硬件于一體的先進(jìn)的、成熟的企業(yè)資源管理系統(tǒng)，可使我們的管理更加準(zhǔn)確高效，但在國內(nèi)的實(shí)施應(yīng)用狀況及應(yīng)用效果卻差強(qiáng)人意。

當(dāng)然，改革開放40年來。作為成長為全球第二大經(jīng)濟(jì)體的第一制造大國也迎來了發(fā)展的機(jī)遇。宏觀方面，政府推出了一系列政策，2015年，在《政府工作報(bào)告》中首次提出“國中制造2025”的宏大計(jì)劃；國務(wù)院于2015年5月印發(fā)了《中國制造2025》，并在2016到2018年不同程度的提到了“互聯(lián)網(wǎng)+”及智能制造，2019年，在《政府工作報(bào)告》中首次提出“智能+”。以推進(jìn)智能制造為主攻方向，促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)由大變強(qiáng)的歷史跨越。微觀方面，受第四次工業(yè)革命的影響，我國AI產(chǎn)業(yè)，大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)、芯片產(chǎn)業(yè)、通信技術(shù)等產(chǎn)品得到飛速的發(fā)展。催生了一大批智能設(shè)備、智能交互、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品。為智能制造提供了有力的支撐。

2 SMT車間實(shí)施智能化必要性

2.1 應(yīng)對人口紅利消息

隨著人力成本上升，人口紅利褪去，人們就業(yè)多樣多，制造業(yè)出現(xiàn)了“招工荒”“用工荒”等現(xiàn)象，SMT作為一種高度自動化的電子組裝工序，雖然相對于傳統(tǒng)制造業(yè)需要操作人員數(shù)量相對較少，但仍需要一定數(shù)量的人員去保障物料的供給、機(jī)器的操作、產(chǎn)品的檢驗(yàn)等工作。智能制造將最大限度的減少車間用人數(shù)量，以減少企業(yè)用工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可將一些管理人員的枯燥、煩瑣、低附加值的事務(wù)性工作給解放出來。充分發(fā)揮員工的主觀性，提升員工工作效率，以發(fā)揮員工最大的人生價(jià)值。

2.2 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資源

隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展。企業(yè)數(shù)據(jù)成為除了傳統(tǒng)勞動力、土地和資本三個要素之外的新的生產(chǎn)要素。在傳統(tǒng)制造業(yè)管理中，企業(yè)的數(shù)據(jù)的功效僅用于生產(chǎn)管理過程中的簡單數(shù)據(jù)分析，還達(dá)不到成為資源的高度。因此需要借助于人工智能設(shè)備、大數(shù)據(jù)相關(guān)算法。將企業(yè)數(shù)據(jù)升華為企業(yè)的生產(chǎn)資源和商業(yè)資源。

2.3 保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性與全面性

當(dāng)前企業(yè)在數(shù)據(jù)記錄主要的問題有以KPI為導(dǎo)向，以人工記錄方式為主。由于社會人的主觀性以及精力有限。這導(dǎo)致企業(yè)現(xiàn)存的數(shù)據(jù)出現(xiàn)失準(zhǔn)、不及時(shí)以及不全面的現(xiàn)象。智能制造將使用智能傳感器根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集并使用傳數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)及時(shí)的傳輸?shù)綌?shù)據(jù)倉庫。以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性及全面性。

2.4 決策參考更加全面，更加富有客觀性

企業(yè)中的數(shù)據(jù)包括管理數(shù)據(jù)，生產(chǎn)數(shù)據(jù)、行業(yè)數(shù)據(jù)、政策數(shù)據(jù)等。而企業(yè)相關(guān)管理人員在做決策時(shí)，僅能依賴于自己所積累的經(jīng)驗(yàn)，由于人的經(jīng)驗(yàn)與相對于行業(yè)等相關(guān)知識又是小巫見大巫。因此從這方面來說，人員的決策更加具有客觀局限性。智能制造利用大數(shù)據(jù)技術(shù)的5V特性與人工智能技術(shù)，進(jìn)行全面的分析與決策。

3 SMT車間實(shí)施智能化管理系統(tǒng)策略

智能制造是以信息流為主導(dǎo)，來控制企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈中的物流。因此企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化也是智能制造的關(guān)鍵。因此SMT車間智能化的策略分為以下幾步：

3.1 企業(yè)信息數(shù)字化

企業(yè)信息數(shù)字化就是將企業(yè)中所使用的物料、設(shè)備、人員等信息進(jìn)行數(shù)字化，因此企業(yè)需要擁有一套標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)編碼規(guī)則。以方便智能系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)分與識別。原則上是要遵循簡單易記性、分類展開性、單一性、一貫性、伸縮性、組織性、完整性和適應(yīng)電腦管理。

3.2 企業(yè)數(shù)據(jù)采集智能化

針對企業(yè)數(shù)據(jù)采集智能化是指利用信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，將存儲在RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)化信息進(jìn)行讀寫操作。

3.3 信息交互的智能化

企業(yè)信息分為執(zhí)行類信息和反饋類信息。當(dāng)系統(tǒng)接收到相對應(yīng)的執(zhí)行指令時(shí)，信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將信息傳達(dá)到對應(yīng)的智能執(zhí)行設(shè)備，由智能設(shè)備進(jìn)行自主的執(zhí)行工作；當(dāng)系統(tǒng)接收到反饋類信息時(shí)，由傳輸網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)綄?yīng)的顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，以供管理者知悉當(dāng)前生產(chǎn)狀況。

3.4 企業(yè)數(shù)據(jù)的智能化

企業(yè)數(shù)據(jù)的智能化是指構(gòu)建企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，并利用數(shù)據(jù)的ETL技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合。并利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的深度分析與學(xué)習(xí)。

4 結(jié) 語

制造業(yè)生產(chǎn)方式經(jīng)歷了數(shù)字化制造到網(wǎng)絡(luò)化制造，再到即將到來看智能化制造。通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對管理管理數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，可以更為準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)和尋找管理漏洞，從而提高工作效率，減少運(yùn)行成本。同時(shí)以智能技術(shù)為支撐，通過歷史數(shù)據(jù)積累并應(yīng)用智能分析手段為客戶或企業(yè)提供按需或主動獲取的服務(wù)。