追蹤數(shù)據(jù)：困難和解決辦法

在電子制造業(yè)中，對材料進(jìn)行追蹤的呼聲越來越高。在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本方面，競爭激烈，人們要求能夠看到整個裝配工藝和所使用的材料并且對它們進(jìn)行控制，而且提出了更高的要求。在過去，追蹤只限于高可靠性的產(chǎn)品，例如，汽車、航空航天和醫(yī)療設(shè)備，現(xiàn)在，在其他領(lǐng)域，例如，數(shù)據(jù)通訊、電訊和高檔計算設(shè)備，追蹤也變成必不可少。

電子制造服務(wù)商（EMS）需要對材料進(jìn)行追蹤，整機制造商則更重視數(shù)據(jù)的完整和準(zhǔn)確。他們很清楚，如果沒有檢查、缺乏平衡，從而保證捕捉到的數(shù)據(jù)是完整的、準(zhǔn)確的，那么追蹤也就失去了意義。這促使裝配商重視如何防止追蹤系統(tǒng)出錯。智能材料檢測系統(tǒng)正在逐步取代人工掃描操作和開環(huán)式系統(tǒng)。人們把安全措施整合進(jìn)來，在規(guī)定的追蹤數(shù)據(jù)沒有成功地記錄下來之前防止生產(chǎn)自動停止。之所以需要這些，原因是：

外包服務(wù)。
整機制造商不斷提高外包服務(wù)的比例以削減成本，同時，把力量集中到核心競爭力上。這些整機制造商需要保持并且提高現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量水平，因為這將直接影響到客戶的滿意度和未來的收入。確定在現(xiàn)場失效的根源、執(zhí)行正確做法和減少產(chǎn)品回收，這些是外包模式取得成功的標(biāo)志。合同所規(guī)定的追蹤要求可以使整機制造商確信供應(yīng)商能夠?qū)崿F(xiàn)用來產(chǎn)生和采集必要數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng)。

產(chǎn)品回收。
整機制造商日益感到產(chǎn)品回收的代價越來越高。當(dāng)需要將產(chǎn)品回收時，如果有數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地識別需要回收的產(chǎn)品序列號，那么就可以把成本和對用戶的影響降低到最小。如果沒有這樣的數(shù)據(jù)，在確定哪些產(chǎn)品需要進(jìn)行回收時，就可能會出現(xiàn)最壞的情況，這就是要把沒有問題的產(chǎn)品也收回來，這完全是浪費，也沒有必要。

責(zé)任。
要能夠證明產(chǎn)品是根據(jù)正確的用戶技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、使用正確的材料和化學(xué)材料進(jìn)行組裝的。在制造合同的責(zé)任條款中，強調(diào)了這點的重要性。

圖1 實時地了解車間里材料狀況。

無鉛。
整機制造商轉(zhuǎn)到無鉛的時間表各不相同，而且還會根據(jù)元件供應(yīng)商的情況進(jìn)行調(diào)整。一些制造商需要根據(jù)法律上對日期的具體要求把某些產(chǎn)品變成無鉛產(chǎn)品。有一些制造商則需要在一個過渡期內(nèi)，同時使用兩種工藝，不是有鉛工藝就是無鉛工藝，這取決于產(chǎn)品的序號和最終的銷售地點。所有這些問題給裝配商提出了許多新的挑戰(zhàn)。有一點是不變的，那就是根據(jù)無鉛法規(guī)，需要清楚地知道每個工單或者每個序號產(chǎn)品中用了哪些元件、電路板、焊料（焊棒、焊膏和焊錫絲）。

精益制造。
精益制造的重點是消滅浪費、防止運作出錯，以及提高整個供應(yīng)鏈的材料供應(yīng)的速度。裝配商要考慮到客戶要求能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行追蹤，同時積極地發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)精益制造的機會：

● 在線材料檢測系統(tǒng)可以確認(rèn)正確的材料和工具在適當(dāng)?shù)臅r間出現(xiàn)在需要它的生產(chǎn)線上。這樣可以消除因生產(chǎn)線設(shè)置錯誤而產(chǎn)生的廢品（純浪費）。

● 材料跟蹤系統(tǒng)可以看到車間里的材料的狀況和位置（圖1）。這樣，既可以避免把時間浪費在查找存貨上，還可以準(zhǔn)確地采購所需要的材料?？梢愿鶕?jù)實際需要來購買材料，用不著像以前一樣，由于無法了解生產(chǎn)車間里的元件存貨情況，不得不先查一下是否有過多的庫存。

對濕度靈敏的設(shè)備（MSD）。目前的幾種趨勢加大了MSD控制的后勤保障的難度，增加由于潮濕引起缺陷的風(fēng)險。這些趨勢包括：由于無鉛回熔溫度較高從而變得更加敏感；封裝厚度和引腳間距越來越??；越來越多地用塑料代替價格更高的密封材料；生產(chǎn)種類更多的產(chǎn)品，因此在料盤或者元件卷帶完全用完之前元件暴露在空氣中的總時間更長；把生產(chǎn)運作遷移到極其潮濕的地區(qū)。

材料追蹤系統(tǒng)考慮到按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC/JEDEC J-STD-033B來處理MSD，因此它可以保證MSD器件可以承受回熔工藝。因潮濕引起的內(nèi)部元件損壞而造成的現(xiàn)場失效，長遠(yuǎn)地看，這種風(fēng)險減少了。當(dāng)出現(xiàn)責(zé)任問題時，裝配商還可以得到有用的數(shù)據(jù)，證明在裝配過程中MSD器件是妥善地處理了的。這類數(shù)據(jù)表明，由于潮濕所引起問題，可能是供應(yīng)鏈上其他地方引起的。

明確追蹤的要求

盡管這個行業(yè)同意這種看法，即材料追蹤日益重要，但是，這個術(shù)語所包含的內(nèi)容仍然存在著不同的說法。不同的人的理解也不一樣。在選擇追蹤解決辦法之前，最重要的事情是要搞清楚客戶對數(shù)據(jù)的深度、范圍和精細(xì)程度的要求。

我們經(jīng)常把最低一級的材料追蹤稱為項目追蹤，它只是簡單地跟蹤正在進(jìn)行中的工作（WIP），在后續(xù)的工序中半產(chǎn)品移動的時間標(biāo)記數(shù)據(jù)。項目追蹤可以與路線控制同時展開，在確認(rèn)產(chǎn)品以這種方法通過所有的測試點和檢查點的情況下，驗證各道工序是否以正確的次序在正確的工位或者工位類型上進(jìn)行。我們可以在每個工單中執(zhí)行項目追蹤，但是，目前的發(fā)展趨勢是注重每個序列號的產(chǎn)品。

在追蹤方面，在裝配過程中，在所使用的原材料和工具方面，增加了一個必不可少的環(huán)節(jié)。這可能包含元件批次的歷史，如果它包含這個元件，它的批次就會在工作站或者機器上顯示出來。隨著無鉛的問世，焊膏、焊條和焊絲這些原材料的記錄變得非常重要。

追蹤系統(tǒng)在跟蹤元件的批次時，應(yīng)當(dāng)負(fù)責(zé)說明產(chǎn)品所使用的元件（機器程序或者安裝指令），把一個具體產(chǎn)品上不使用的元件在生產(chǎn)線上剔除出去。對于納入了專門設(shè)置的裝配線或者工作站來說，這非常有用。在這種情況下，一個元件在生產(chǎn)線上出現(xiàn)并不一定說明它用在某一個具體的產(chǎn)品上。
在各種水平的材料跟蹤中，都留出了足夠的余地，以便反復(fù)進(jìn)行。在確定具體的要求時，以下幾個問題非常重要：

● 需要追蹤所有元件，還是只追蹤
比較貴的和比較容易失效的元件呢？
● 是否只跟蹤用SMT貼片機貼裝的器件呢？
● 是否需要記錄用手工貼裝的元件和穿孔元件？
● 是否需要追蹤其他原材料的批次數(shù)據(jù)？例如焊膏、助焊劑和清洗劑？
● 是否需要知道在裝配工藝的各個階段都有哪些操作人員？
● 系統(tǒng)是否需要保留其他工藝參數(shù)的記錄呢？例如模板編號，爐區(qū)溫度，在手動工作站使用的工具？

數(shù)據(jù)的全面捕捉和精度

“進(jìn)來的是垃圾，出去的還是垃圾?！庇眠@句話來形容追蹤系統(tǒng)再貼切不過了。只有當(dāng)送給追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是完好的，它才能起作用。基于這個原因，我們應(yīng)當(dāng)盡可能地消滅數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)出錯的根源。數(shù)據(jù)丟失的最常見根源是因為需要在整個裝配工藝線上關(guān)鍵的位置用掃描器捕捉每一塊印刷電路板的序號。在這時，印刷電路板的序號通常是用條形碼或者二維數(shù)據(jù)矩陣符號來表示。由于與印刷電路板標(biāo)識符的建立和粘貼有關(guān)的質(zhì)量問題，或者如果生產(chǎn)線上的掃描器在產(chǎn)品改變期間沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就有可能因此丟失印刷電路板的序號。在產(chǎn)品品種較多的生產(chǎn)環(huán)境下，需要不斷改換產(chǎn)品，而且還要考慮到印刷電路板尺寸的變化，在這種情況下，數(shù)據(jù)丟失的可能性是比較高的。

圖2 產(chǎn)品流控制保證了數(shù)據(jù)的完整， 并且對路徑進(jìn)行控制。


產(chǎn)品流控制可以用來控制各個印刷電路板掃描點上傳送帶和機器間的SMEMA握手，然后，只有在成功地捕捉到產(chǎn)品序號之后，才能把印刷電路板傳送給下游工藝（圖2）。當(dāng)系統(tǒng)檢測到路徑錯誤、生產(chǎn)線下游在設(shè)置上出現(xiàn)矛盾時，或者檢測到在前面的工序中出現(xiàn)不合格的產(chǎn)品，生產(chǎn)不應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行下去時，這種針對產(chǎn)品流控制的機制還可以讓生產(chǎn)停下來。

當(dāng)把材料（元件、模板、焊膏等等）放在生產(chǎn)線的具體位置上時，產(chǎn)生錯誤的另一個常見來源是手動掃描條碼。自動材料檢測技術(shù)，通常也叫做智能技術(shù)，可以取代條碼掃描，并且消除人為造成的有關(guān)錯誤。舉個例子，射頻識別（RFID）是一種最新的材料檢測和追蹤技術(shù)，越來越受到人們的重視。
適合SMT貼片機的帶狀進(jìn)料器是RFID應(yīng)用的一個實例。在不同類型的元件和機器使用的進(jìn)料器上面，一般的印刷電路板裝配廠投入了大量資金?？梢园裄FID標(biāo)識盡早地貼到各個進(jìn)料器上，不需要考慮進(jìn)料器的類型和牌子，把任何標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料器變成一個智能進(jìn)料器，這很容易，也很經(jīng)濟。然后，把射頻天線陣列安裝在貼片機的進(jìn)料器組里，自動檢測和識別各個槽里的進(jìn)料器。這個系統(tǒng)隨后通過驗證貼片機的設(shè)置，避免裝配出現(xiàn)缺陷，并且在機器設(shè)置和補充材料期間自動收集追蹤數(shù)據(jù)（圖3）。除了提高數(shù)據(jù)的完整性，這些系統(tǒng)還消除了SMT生產(chǎn)線上因手工條碼掃描操作而受到的限制，從而改善了生產(chǎn)線的使用情況。

圖3 進(jìn)料器上的RFID標(biāo)志和進(jìn)料器組上的射頻天線陣列。

我們還可以在離線進(jìn)料器庫和進(jìn)料器儲存架里裝上射頻天線陣列，這樣，它就可以在整個工廠跟蹤進(jìn)料器，包括留在進(jìn)料器上的任何一卷元件。這樣，生產(chǎn)的效率更高。如果你隨時知道車間里所有進(jìn)料器和元件卷的位置，那么你就不需要為了查找它們而浪費時間。由于不存在看不見車間里存貨狀況的問題，因此，也就沒有必要訂購過多的元件或者從倉庫里取出超出實際需要數(shù)量的元件。使用RFID技術(shù)來自動確認(rèn)設(shè)置和收集追蹤數(shù)據(jù)，它的應(yīng)用范圍可以從貼片機擴大到任何其他類型的裝配設(shè)備上。例如，可以用RFID來確認(rèn)絲網(wǎng)印刷機上的模板和焊膏是否正確，或者在手動裝配臺上的元件是否正確。這些應(yīng)用的目標(biāo)是一致的，即消除人為因素造成的效率低下和可能出現(xiàn)的錯誤，例如，手工操作條碼掃描器出現(xiàn)的問題。

對于已經(jīng)買了條碼MES解決辦法的電子產(chǎn)品裝配商來說，這也不算是太晚。他們不用更換老式系統(tǒng)，仍然可以收到使用RFID技術(shù)和自動產(chǎn)品流控制的好處。這是因為目前的也是標(biāo)準(zhǔn)的軟件整合方法，例如網(wǎng)頁服務(wù)，可以在完全不同的系統(tǒng)之間實現(xiàn)互用。RFID硬件和SMEMA握手控制器可以同電子制造商現(xiàn)有的軟件系統(tǒng)妥善地整合在一起，互相交換材料追蹤數(shù)據(jù)。對于制造商內(nèi)部研制的MES、車間軟件系統(tǒng)、第三方商業(yè)性MES，以及由領(lǐng)先的裝配設(shè)備制造商提供的軟件，這類整合也是適用的。

在最強大的追蹤系統(tǒng)中，把多個裝配工作站上的產(chǎn)品流控制和自動化的材料及工具檢測整合在一起。在把產(chǎn)品送到下一道裝配工序或者工作站之前，它確保記錄下所有使用的材料并且進(jìn)行驗證，需要的人工干預(yù)是很少的。

結(jié)論

為了實現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，材料追蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)捕捉和精確度保證達(dá)到100%。這提高了在可能的情況下通過自動數(shù)據(jù)采集來消除人為錯誤帶來風(fēng)險的重要性。強大的追蹤系統(tǒng)的作用是首先把所有必需的數(shù)據(jù)捕捉下來，然后才能繼續(xù)生產(chǎn)，這樣可以保證在產(chǎn)品裝配過程的各道裝配工序，正確的材料是在正確的位置上。當(dāng)用戶需要追蹤車間的材料時，最重要的是清楚地知道它的具體要求。在選擇追蹤系統(tǒng)時，最重要的是選擇一種可以擴展的開放式結(jié)構(gòu)這種解決辦法。