基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控系统及装置

技术领域

本发明涉及PCB制造中FPC板的智能制造领域，具体涉及一种基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控系统及装置。

背景技术

柔性电路板又称软板或FPC板，是PCB电路板中的一类。FPC的生产车间的信息化、网络化程度低，设备基本实现自动化，但多为单机生产，人工记录数据，生产管理(如排产、进度、设备管理等)、现场监控(如设备状态等)都依赖人工跟进，不能及时反馈现场实际进度以及设备的实时状态，不能及时发现问题解决问题，生产管理人员不能及时根据现场状态进行生产管理，直接影响了生产效率和产品质量，增加了企业的成本。

FPC的上下料自动化水平低，生产各工序的上、下料全部依靠人工，占用了大量的劳动力，FPC作为柔性的材料，容易在人工搬运过程中发生折损，造成耗材浪费，且在上料环节，需要对物料进行精确对位，人工上料不能保证物料的定位精确度，从而造成不良品产生。另外，产线工艺流程长，产品涉及工序多，制造流程人员众；产品定制化生产，换产频率高，产线排产难度大；装备种类多，数据采集和信息交互困难；现有信息化系统信息孤岛多，系统信息不互通致使智能化程度低等问题均为生产企业亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对目前SMT车间中，装备种类多、数据采集和信息交互难，物料和产品全流程连线自动化作业程度低，信息孤岛多，智能制造程度低等现状，提供一种基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控系统及装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控系统，包括智能制造单元知识库、智能制造单元数据库、智能制造单元工艺参数自感知自配置单元、以及智能制造单元产品质量信息预测单元；所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元通过智能制造单元数据库和智能制造单元知识库实现，所述智能制造单元产品质量信息预测单元通过智能制造单元数据库和智能制造单元知识库实现；

所述智能制造单元知识库，用于结构化数据库的处理，运用大数据挖掘技术，对数据库中的输入输出信息进行训练，形成合理可用的知识库；

所述智能制造单元数据库，用于柔性电路板SMT车间的典型关键工艺、重要工艺参数、制造装备关键信息、产品质量信息进行动态采集和维护，形成结构化的制造单元数据库；

所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元，用于智能制造单元的状态智能划分，对特定工况下的智能制造单元实现状态自动感知，以及基于智能制造单元知识库的工艺参数自配置，实现对特定输入原材料和目标产品条件下的工艺参数智能配置；

所述智能制造单元产品质量信息预测单元，用于特定原材料和工艺的输入条件下，对产品质量进行检测，并根据制造单元的感知状态对产品质量检测结果实现动态调整。

作为优选的技术方案，所述智能制造单元知识库，通过日常经验，结合规则、算法建立机器学习模型，对数据库模块化信息进行反复训练，进行数据挖掘与分析，并将数据挖掘所得到的信息模型作为新的知识存放在知识库中，形成质量预测知识库和自配置知识库；

所述智能制造单元知识库包括质量预测知识库和自配置知识库；

所述质量预测知识库，通过数据挖掘和分析后，针对特定产品，在特定设备参数与特定工艺参数的配置下的质量预测；

所述自配置知识库，实现生产过程中的设备参与与工艺参数的自动配置知识库。

作为优选的技术方案，所述智能制造单元数据库通过数据采集对多源异构数据进行自主感知接收，形成工艺基础数据库和生产信息数据库；

所述智能制造单元数据库包括数据采集单元、工艺基础数据库和生产信息数据库；

所述数据采集单元，用于多源异构数据进行自主感知接收，通过处理后形成结构化的数据；

所述工艺基础数据库，用于存储加工参数、设备信息、物料参数和产品基础质量信息的数据库；

所述生产信息数据库，用于存储加工设备状态、物料加工状态和产品质量检测信息的数据库。

作为优选的技术方案，所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元，通过智能制造单元知识库做出决策，自主感知产品定向加工的合理加工参数，自主感知制造单元加工设备的预期产能和持续使用寿命状态信息，同时基于过程信息数据库中定期采集的设备状态信息，对加工设备的自感知状态信息进行反馈和补充，以实现智能制造单元工艺参数的最优自感知，基于自感知获得的相关工艺参数信息，使用经训练得到的物理系统自主控制方法，对产品的加工工艺参数和加工设备的合理选取结果进行自动配置。

作为优选的技术方案，所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元包括参数加工模块、预期产能模块、寿命状态模块、以及控制模块；

所述参数加工模块，用于日常生产过程中针对具体产品生产时，配置设备参数与工艺参数；

所述预期产能模块，用于日常生产过程中预估时间内的产能；

所述寿命状态模块模块，用于监测日常生产过程中设备的寿命状态；

所述控制模块模块，用于加工工艺参数和加工设备的自动配置中，通过能制造单元知识库所获得的配置参数经验。

作为优选的技术方案，智能制造单元产品质量信息预测单元，针对输入的生产物料、辅助物料的性能参数和产品设计信息，基于知识库中工艺基础数据库所包含的产品基础质量信息，运用经学习和训练所构建的质量预测知识库，对产品质量信息进行初步预测。基于知识库中所包含的物料加工信息、加工设备状态、产品质量检测信息数据模块，对产品质量信息进行补充和反馈，配合相应的规则、逻辑和算法，实现生产过程的产品质量预测，判断该工艺参数和加工设备配置下所得产品的预期质量情况，并实现对废品的原因追溯。

作为优选的技术方案，所述智能制造单元产品质量信息预测单元包括物料参数配置模块、产品基础质量信息模块、知识库更新模块；

所述物料参数配置模块，用于日常生产过程需要用到的各种物料与辅料；

所述产品基础质量信息模块，用于根据废品的原因追溯，通过物料、辅料的基础信息，加工设备与工艺参数的配置信息，于知识库中信息对比，反推废品原因，或形成新的知识库。

本发明提供的一种基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控装置，包括系统管控层、网络层以及应用层，所述系统管控层与应用层通过网络层进行数据交换；

所述系统管控层包括智能管控系统、MES系统和4G模块；

所述智能管控系统，针对PCB制造的SMT生产线型设备中的重要参数，同时采集制造设备相关参数关键信息，建立以大数据分析为基础的智能制造单元数据库；针对数据库的结构化后处理，以数据库和数据挖掘，从专家决策、算法分析、数据库的管理与维护角度，在输入特定物料参数和目标产品参数的条件下，针对各关键智能制造单元，实现智能制造单元加工设备加工参数的智能感知和自配置；

所述MES系统，用于对从对从制定工单计划开始一直到产成品入库的整个柔性电路板生产的生产过程进行管控；

所述4G模块，用于4G基站之间的数据交换，同时把智能管控系统的命令通过4G模块和4G基站转达给AGV；

所述网络层包括交换机、以太网和4G基站；

所述交换机，用于各设备、系统之间的数据交换；

所述以太网，为独立的局域网，与办公网络、外界完全隔开，减少外界病毒、木马的入侵；

所述4G基站，用于AGV与系统管控层之间的数据传输；

所述应用层，包括RTU、虚拟RTU和应用设备，所述应用设备通过RTU与交换机连接。

作为优选的技术方案，所述RTU具备以太网、RS 232、RS485和DP接口，可以实现TCP/IP、MODBUS RTU和PROFIBUS协议通信，具体指标如下：

输入电压：AC 220V；

电源频率：50HZ；

功耗：小于100W；

CPU过程映像大小：1024字节输入/1024字节输出；

位存储器大小：8192个字节；

I/O数量：14点输入/10点输出，可通过模块扩展；

AI数量：2路(0-10V)，精度：10位分辨率；

高速计数器6个；3个100kHz以及3个30kHz的时钟频率

脉冲输出:2路；

支持的通信接口:1个以太网；1个RS 232；1个RS 485；

支持的通信协议:MODBUS TCP、S7协议、Profitbus DP、ProfitNet；

数据采集周期:0.1s。

作为优选的技术方案，所述虚拟RTU，通过软件对控制器的数据记录的读取，获得生产数据，再通过自身所具有的通信能力与监控PC、MES系统进行通信及传输数据；

虚拟RTU参数：

轮询周期：≤1min；

数据读取时间：≤1s；

特点：具有开机自启动、故障自动启动功能；

连续无故障运行时间：≥1000小时。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明基于SMT车间的智能制造单元管控系统，包括智能制造单元知识库、智能制造单元数据库、智能制造单元工艺参数自感知自配置单元、以及智能制造单元产品质量信息预测单元，通过本发明的系统可提高SMT车间的智能化水平，建立基于大数据的数据库与知识库，根据制造单元的感知状态对产品质量检测结果实现动态调整，可对特定输入原材料和目标产品条件下的工艺参数智能配置，大幅提升生产效率，实现SMT车间的智能化生产。

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

附图说明

图1是本发明系统整体层次图；

图2是本发明的数据库建立流程图；

图3是本发明的知识库建立流程图；

图4是本发明的自感知及自配置方法示意图；

图5是本发明的产品质量信息预测示意图；

图6是本发明的网络结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

作为在本申请实施例中使用的“电子设备”“通信终端”(或简称为“终端”)包括，但不限于被设置成经由有线线路连接(如经由公共交换电话网络(PSTN)、数字用户线路(DSL)、数字电缆、直接电缆连接，以及/或另一数据连接/网络)和/或经由(例如，针对蜂窝网络、无线局域网(WLAN)、诸如DVB-H网络的数字电视网络、卫星网络、AM-FM广播发送器，以及/或另一通信终端的)无线接口接收/发送通信信号的装置。被设置成通过无线接口通信的通信终端可以被称为“无线通信终端”、“无线终端”、“移动终端”以及/或“电子设备”。电子设备的示例包括，但不限于卫星或蜂窝电话；可以组合蜂窝无线电电话与数据处理、传真以及数据通信能力的个人通信系统(PCS)终端；可以包括无线电电话、寻呼机、因特网/内联网接入、Web浏览器、记事簿、日历以及/或全球定位系统(GPS)接收器的PDA；以及常规膝上型和/或掌上型接收器或包括无线电电话收发器的其它电子装置。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一组件。说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”；“大致”是指本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

实施例

如图1-图5所示，本实施例基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控系统，包括智能制造单元知识库、智能制造单元数据库、智能制造单元工艺参数自感知自配置单元、以及智能制造单元产品质量信息预测单元；所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元通过智能制造单元数据库和智能制造单元知识库实现，所述智能制造单元产品质量信息预测单元通过智能制造单元数据库和智能制造单元知识库实现。

所述智能制造单元知识库，用于结构化数据库的处理，运用大数据挖掘技术，对数据库中的输入输出信息进行训练，形成合理可用的知识库。

所述智能制造单元数据库，用于柔性电路板SMT车间的典型关键工艺、重要工艺参数、制造装备关键信息、产品质量信息进行动态采集和维护，形成结构化的制造单元数据库。

所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元，用于智能制造单元的状态智能划分，对特定工况下的智能制造单元实现状态自动感知，以及基于智能制造单元知识库的工艺参数自配置，实现对特定输入原材料和目标产品条件下的工艺参数智能配置。

所述智能制造单元产品质量信息预测单元，用于特定原材料和工艺的输入条件下，对产品质量进行检测，并根据制造单元的感知状态对产品质量检测结果实现动态调整。

进一步的，如图2所示，所述智能制造单元数据库通过数据采集对多源异构数据进行自主感知接收，形成工艺基础数据库和生产信息数据库。

所述智能制造单元数据库包括数据采集单元、工艺基础数据库和生产信息数据库。

所述数据采集单元，用于多源异构数据进行自主感知接收，通过处理后形成结构化的数据。

所述工艺基础数据库，用于存储加工参数、设备信息、物料参数和产品基础质量信息的数据库。

所述生产信息数据库，用于存储加工设备状态、物料加工状态和产品质量检测信息的数据库。

进一步的，如图3所示，所述智能制造单元知识库，通过日常经验，结合规则、算法建立机器学习模型，对数据库模块化信息进行反复训练，进行数据挖掘与分析，并将数据挖掘所得到的信息模型作为新的知识存放在知识库中，形成质量预测知识库和自配置知识库。

所述日常经验，用于日常生产过程中人所积累生产经验。

所述规则，用于日常生产过程中设备的参数调整规则。

所述算法，用于建立机器学习模型的学习算法。

所述训练，用于数据库模块化信息的挖掘、分析。

更进一步的，所述智能制造单元知识库包括质量预测知识库和自配置知识库。

所述质量预测知识库，通过数据挖掘和分析后，针对特定产品，在特定设备参数与特定工艺参数的配置下的质量预测。

所述自配置知识库，实现生产过程中的设备参与与工艺参数的自动配置知识库。

进一步的，如图4所示，所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元，通过智能制造单元知识库做出决策，自主感知产品定向加工的合理加工参数，自主感知制造单元加工设备的预期产能和持续使用寿命等状态信息，同时基于过程信息数据库中定期采集的设备状态信息，对加工设备的自感知状态信息进行反馈和补充，以实现智能制造单元工艺参数的最优自感知，基于自感知获得的相关工艺参数信息，使用经训练得到的物理系统自主控制方法，对产品的加工工艺参数和加工设备的合理选取结果进行自动配置。

更进一步的，所述智能制造单元工艺参数自感知自配置单元包括参数加工模块、预期产能模块、寿命状态模块、以及控制模块。

所述参数加工模块，用于日常生产过程中针对具体产品生产时，配置设备参数与工艺参数。

所述预期产能模块，用于日常生产过程中预估时间内的产能。

所述寿命状态模块模块，用于监测日常生产过程中设备的寿命状态。

所述控制模块模块，用于加工工艺参数和加工设备的自动配置中，通过能制造单元知识库所获得的配置参数经验。

进一步的，如图5所示，智能制造单元产品质量信息预测单元，针对输入的生产物料、辅助物料的性能参数和产品设计信息，基于知识库中工艺基础数据库所包含的产品基础质量信息，运用经学习和训练所构建的质量预测知识库，对产品质量信息进行初步预测。基于知识库中所包含的物料加工信息、加工设备状态、产品质量检测信息等数据模块，对产品质量信息进行补充和反馈，配合相应的规则、逻辑和算法，实现生产过程的产品质量预测，判断该工艺参数和加工设备配置下所得产品的预期质量情况，并实现对废品的原因追溯。

更进一步的，所述智能制造单元产品质量信息预测单元包括物料参数配置模块、产品基础质量信息模块、知识库更新模块。

所述物料参数配置模块，用于日常生产过程需要用到的各种物料与辅料。

所述产品基础质量信息模块，用于根据废品的原因追溯，通过物料、辅料的基础信息，加工设备与工艺参数的配置信息，于知识库中信息对比，反推废品原因，或形成新的知识库。

如图6所示，在本发明的另一个实施例中，基于柔性电路板SMT车间的智能制造单元管控装置，包括系统管控层、网络层以及应用层，所述系统管控层与应用层通过网络层进行数据交换；具体方案如下：

(1)所述系统管控层包括智能管控系统、MES系统和4G模块。

所述智能管控系统，针对PCB制造的SMT生产线型设备中的重要参数，同时采集制造设备相关参数等关键信息，建立以大数据分析为基础的智能制造单元数据库；针对数据库的结构化后处理，以数据库和数据挖掘，从专家决策、算法分析、数据库的管理与维护等角度，在输入特定物料参数和目标产品参数的条件下，针对各关键智能制造单元，实现智能制造单元加工设备加工参数的智能感知和自配置。

所述MES系统，用于对从对从制定工单计划开始一直到产成品入库的整个柔性电路板生产的生产过程进行管控；包括对生产资源(人、机、料、法、环)的跟踪记录、对生产质量的分析预警、对计划的排产、对过程的调度以及对关键指标的分析。

所述4G模块，用于4G基站之间的数据交换，同时把智能管控系统的命令通过4G模块和4G基站转达给AGV。

(2)网络层包括交换机、以太网和4G基站。

所述交换机，用于各设备、系统之间的数据交换。

所述以太网，为独立的局域网，与办公网络、外界完全隔开，减少外界病毒、木马的入侵。

所述4G基站，用于AGV与系统管控层之间的数据传输。

(3)所述应用层，包括RTU、虚拟RTU和应用设备，所述应用设备通过RTU与交换机连接。

(1)RTU：

生产线上的设备、环境设备以及车间材料库的数据通信接口不统一，部分设备还不具有通信功能，需要在相应设备上增加通信功能进行数据采集。主要包括两种方式：RTU和虚拟RTU。

①RTU设备：

如图6所示，生产线1、生产线2中的设备与环境设备，由可编程控制器(品牌、型号不一)进行控制，本体不带局域网口，协议不统一。这个情况下，采用RTU与可编程控制器进行通信，并进行协议的转换。

RTU具备以太网、RS 232、RS485和DP接口，可以实现TCP/IP、MODBUS RTU和PROFIBUS等协议通信，具体指标如下：

输入电压：AC 220V；

电源频率：50HZ；

功耗：小于100W；

CPU过程映像大小：1024字节输入/1024字节输出；

位存储器大小：8192个字节；

I/O数量：14点输入/10点输出，可通过模块扩展；

AI数量：2路(0-10V)，精度：10位分辨率；

高速计数器6个；3个100kHz以及3个30kHz的时钟频率

脉冲输出:2路；

支持的通信接口:1个以太网；1个RS 232；1个RS 485；

支持的通信协议:MODBUS TCP、S7协议、Profitbus DP、ProfitNet等数据采集周期:0.1s。

②虚拟RTU

如图6所示,车间材料款控制器为计算机，本体具有以太网口，可接入生产网络，但不具备产生实时数据的能力及与车间监控PC、MES系统通信的能力。在实际生产中，这三个车间的生产数据以历史数据为主，实时数据的作用不大，因此，采用了的虚拟RTU方式进行数据上传。此外，虚拟RTU的方式不需增加额外的硬件，具有更低的成本。

虚拟RTU通过软件对控制器的数据记录的读取，获得生产数据，再通过自身所具有的通信能力与监控PC、MES系统进行通信及传输数据。

虚拟RTU参数：

轮询周期：≤1min；

数据读取时间：≤1s；

特点：具有开机自启动、故障自动启动功能；

连续无故障运行时间：≥1000小时；

(2)AGV，无人搬运车，当生产线上材料不足时，智能管控系统通过4G基站对其发送指令，AGV接受指令运动到车间材料库获取相应的材料，并把其运送到缺料的生产线。

(3)数据看板，用于显示MES系统、监控系统或者视频系统的信息，生产管理人员无需进入生产车间就可以了解车间的实施生产状态。

(4)环境设备，用于监控车间环境信息的设备，如湿度、温度、洁净度等，并通过RTU将其反馈至智能管控系统。当环境与正常生产所需环境有所偏差时，智能管控系统会对相应控制设备进行调控。

(5)车间材料库，用于存储保证生产线正常生产的仓库，配有机械手自动取料装备，当AGV运动至车间材料库时，材料库通过智能管控系统的指令配给相应材料到AGV上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。