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【SMT自动化】如何利用IPC CFX使工厂变得更智能?(2)

三月 11, 2020 | Michael Ford, Aegis
【SMT自动化】如何利用IPC CFX使工厂变得更智能?(2)

第二部分

在上期Michael Ford 介绍了SMT组装行业的自动化以及CFX的适用领域。(点击此处,复习)本文的第2部分将介绍CFX的应用、使用CFX进行数字化操作所具备的价值和面临的挑战、以及CFX的使用范围。

CFX的采用

由于缺乏明确定义的数据内容、相关成本过高且实施难度较大,组装制造业之前使用的通信标准未能被广泛采用。CFX使用的是开放源代码的免费软件开发包(SDK),任何想要在自己的设备或IT方案中迅速获得CFX支持的人都可以获取这个软件开发包。CFX SDK可在GitHub源代码分享网站上获取,软件包内的完整文档包含了信息和数据结构。这个软件包可以被自由集成到商业应用中,包括设备、定制工艺(例如功能测试设备)和各种制造方案。

虽然现在预测的情况是主流设备供应商会广泛采用CFX,但也会出现本地CFX无法支持旧设备的情况。这种情况下,可以添加一个简单又便宜的附加盒来获得CFX功能,盒子中包含了一台Raspberry Pi微型电脑可以根据要求以输入或输出的形式在设备和CFX环境中间传送和收集数据。这是其中一种情况。附加盒中软件的定制可能要取决于设备的应用位置。

CFX数字化具备的价值和面临的挑战

工厂自动化所面临的挑战和智能工厂或工业4.0所预期的一样,都在采用CFX之后几乎完全消失了。就制造业务而言,具体的信息定义和CFX信息的时机掌握满足了灵活工厂运营操作在需要关键决策制定支持时对所需数据的要求。朝着智能工厂方案迈进过程中的创新技术终于能在实践的基础上迎来新开始。

CFX是一种可持续的方案,因为它为设备供应商提供了相同的机会,供应商可以创建属于自己的增值方案,通过使用从其他设备和工艺中获取的数据来创造价值。使用CFX后可以不再为客户创建并支持定制接口,节省下来的费用是CFX的一大优势,而设备供应商拥有改善产品和创造额外收入的能力更是加强了CFX的优势。IT团队和解决方案供应商也获益良多,因为数据采集的成本与之前相比简直是微不足道。此外,数据的质量、细节和一致性也得到了改善,并且能够进一步支持智能方案与工业 4.0革新技术。

人为因素

尽管使用了组装设备和机器人,但短期内工厂都不会实现完全自动化,因为这些工艺还需要人为干预。所以说将人为操作作为数字化工厂的一部分是不必不可少的。例如,数字化工厂可以使用增强现实技术使人成为工厂运营的重要组成部分,使他们可以更高的价值执行比以前更广泛的任务,这得益于其不断储备专业知识,使他们能够参与很多重要环节,并可提高他们的工作满意度。

当前数字化技术所具备的价值及面临的挑战

数字化技术和工业 4.0的概念为制造商提供了令人信服的业务解决方案,他们可以利用这个方案灵活管理并优化工厂,通过更高的产量和简单的产品品种,实现不同的生产率水平。但可见度与数据获取障碍是重大问题,导致市场中的大多数工厂无法做出继续向前发展的决策。

客户要求设备供应商为他们提供符合其需求的“MES接口”时,设备供应商经历了很多挫折。很多客户都有类似的要求,只是要求的定义不同;所以设备供应商近几年来需要承担的研发费用和支持费用在急剧增加。很多情况下,客户提出的要求和某个特定操作规定的指标有关,因为这会让整个过程简单一些,或者说无法通过传统设备接口来获取计算指标所需的特定数据点。这类要求的排列组合似乎是无限的。对于制造业的IT团队以及那些了解设备直接连接具备哪些能力的软件方案供应商而言,每家工厂内有很多不同的设备供应商解决方案有待开发、有待得到支持,不论设备供应商提供的是哪种水平的合作关系,这种接口都是一笔非常昂贵的开支。

CFX的使用范围

使用CFX数据的潜在价值与在装配工厂中应用智能功能的潜在价值一样多。CFX的范围已经定义为包括所有已知、现有、未来预计会出现的软件功能。普通装配工厂中有三个信息交互层。CFX可以支持全部三层,还包括每层之间的连接。

CFX信息传送实例

如图所示三个信息层中的每一层都通过CFX提供信息并利用来自其他信息层和工艺流程中的数据。CFX在组装制造业创建了 “大数据”环境。下面的4 个例子分别基于不同的CFX信息流。

1.CFX设备间闭环应用

 “闭环”的原理就是利用对工艺输出的分析来调整工艺输入和整个工艺使用的操作参数。在SMT生产线上应用闭环的方式有很多,人们已经开发出了很多案例。可之前研发出的这些实例都依赖于定制的设备连接,这种连接的设置需要经过大量的操作和测试,并且只能与特定的设备与软件版本组合搭配使用。而使用CFX,只要每台设备都支持CFX,那么高级闭环的连接就像“即插即用 ”一样简单。

可向生产线上任何一台设备的供应商、第三方软件、或是二者的结合提供闭环应用。下图是一条更复杂的闭环生产线示意图。

CFX设备与设备间闭环应用实例

具体的步骤顺序如下所示:

 

  • 每个具有唯一标识的PCB从左侧进入生产线

  • 完成钢网印刷操作

  • 完成焊膏检验操作

  • 分析焊膏检验(1)所产生的数据,找到工程数据决定的特定印刷位置和实际测量位置之间的焊膏量偏差

  • 完成分析后,将获取的纠正参数(2)发送到丝网印刷机补偿印刷偏差,这样一来后面PCB的焊膏印刷量就不会出现任何偏差

     

此外,将补偿系数参数(2)发送给SMT贴片机,这样的话分析特定生产单元得出的贴放位置就不会受已经出现的印刷偏差影响;这个补偿系数也会被发送给光学检测机,这样就不会使SMT应用的补偿操作被报告为错误

光学检测机了解到贴放位置补偿操作之后,也会测量贴放(3)是否有任何偏差,并且会将数据反馈给SMT贴片机

SMT贴片机可以通过分析自动检测机给出的数据来确定引起问题的根本原因,例如,偏差是简单的偏移、歪斜,还是与吸嘴、贴装头或喂料器等有关,为SMT贴片机操作员提出相应的纠正措施

从过去发生过的例子来看,这种闭环操作的作用可使首次合格率提高一个数量级,而且生产力和质量的损耗也会减少。

 

2. CFX在设备到工厂间传送“大数据”

长期以来,制造业的数据收集只用于生成报告和创建控制面板。一直以来要面临的难题是要将从不同设备接口处自动获取的数据和从那些使用不同方式报告事件的操作员(尤其是操作员拥有不同职能的时候,例如质量管理、生产线监管、设备操作员材料物流操作员等)那里获取的数据组合在一起并放入具体应用环境中分析。有了CFX,所有数据都可以准确、及时地获取。

CFX设备到工厂间“大数据”实例

生产数据的用途多种多样。车间中的每个人都有自己的数据使用背景,他们要据此采用数据创建并查看指标。CFX可以提供事件数据,制造环节中的每个人都可以创建出他们自己喜欢的数据视图,不需要内置任何假定。

使用CFX数据来生成报告可以根据数据的精度增加附加价值。但历史报告的核心价值非常有限,因为它只是具体写出了有哪些无法弥补的损失。使用同样的数据来创建实时控制面板可能会有更大的回报,因为目标指标会指明制造正在出现的趋势,使人们有机会在出现严重影响之前采取纠正措施。

但为了防范问题出现而不断查看控制面板也不能算是很好地利用了时间,所以软件的扩展功能能够检测出触发警报的数据中暗含了哪些模式与趋势。负责处理操作过程中特殊例外情况的工作人员可以在问题出现时收到明确的通知,不论他们身处何地也不论他们正在做什么。

工业 4.0则更进一步,它可让软件自动做出简单的常规决策,例如创建精益制造过程中的“拉回”信号从而在必要时将物料放到生产线上,或者在更复杂的情境下,检测交付延误情况并自动重新分配生产任务,更快地利用资源。做出这样的决策需要工厂运营的全面信息。利用CFX数据来提供这类方案的应用应该会得到迅速发展,这种应用在情况发生变化时也能迅速提供决策制定支持,消除了风险和导致设备利用率不佳的原因。

设备到工厂间的数据传送也可用于证明合规性与一致性,同时还可创建每个独立生产单元的完整数字生产记录。

3.CFX工厂到设备数据传送的自我优化

在封闭状态下,设备和其他自动化工艺注定只能遵从给定的成组指令。更加现代的自动化技术是在软件环境内实现的,该软件环境可通过采集并转换工程数据、执行程序优化和工作分组等方式为自动化技术增加价值。但设备中的软件很难从直接由供应商控制的环境外部获取数据,所以其性能受到了限制。

CFX让网络上的任何端点都有机会订阅来自其他设备或车间工艺的数据。其中包括能够查看设备运行的生产线上上游或下游的情况,能够参与到闭环中,同时还可以看到加工过程中的生产单元——所有这些性能并不取决于是哪家供应商提供的设备。

此外,设备软件还会考虑其他可能影响到其性能的因素。例如贴片机使用的物料就可能会成为一个严重问题,补充物料可能和设备中正在使用的物料来自不同的供应商,可能外形参数稍有差异。如果不多加注意或未考虑全面,那么即使是不同的喂料特征(例如喂料器的旋转)都可能导致非常严重的质量问题和/或生产线中断。

使用CFX可以让设备软件在物料送入之前就注意到物料数据,从而可针对任何物料变化自动做出补偿并无缝到位,避免了质量问题和停机。设备软件还有很多这样的机会来获取车间操作过程中的更多相关信息,其中包括物料、规划、调度和质量等方面,而安全的防错法控制也可以带来很大优势,其方式是在不损坏设备的前提下进行积极的质量管理。

4.CFX的事务性操作

生产线的成功运行取决于很多支持性的操作。比如在没有可用的适当物料且设置不当的前提下,贴片机就无法正常运行。对物料可用性、验证、物流和工具(其中包括SMT喂料器)的了解与管理是连续生产和优化生产的必然条件。高度灵活运营的车间规划需要能够对不断变化的生产需求和生产环境(例如设备故障)迅速作出反应。

及时交付关键产品往往意味着生产计划要针对突发情况做出相应调整。这时候十分有必要让操作人员了解当前生产状态的所有相关因素,这样他们才能明确了解相关要求或做出改变后产生的任何后果,从而迅速、高效地制定出决策。CFX中包含的消息与生产所依赖的工艺流程和操作有关,所以用户要能够管理这些关键领域并且在需要重新规划的紧急情况下将这些因素纳入考量范围。有关这些领域的信息对于维护工作也很重要,供应商通过CFX可以监测设备生产出的产品,从而规划好维护任务、准备好可能需要的额外备件。

组装区域与企业系统的连接(例如ERP或PLM)也至关重要。传统的企业系统几乎不了解组装工艺的具体细节也几乎不会给出反馈,单纯依赖手动纠正和操作结束时的“反冲”了解完成情况和物料使用情况。例如对中间完工情况和物料损坏情况的了解就非常有限,所以会限制企业软件的有效性。使用CFX发送消息后(尤其是带有MES支持),企业系统可以在必要的时候了解加工进度的准确状态,改善运营,大幅提高整个车间的运营效率。

 

总结

引入CFX标准是至关重要的触发因素,它可以让智能、灵活的工厂运营满足业务需求。这项技术易于采用,真正创建了 “即插即用 ”的环境,在这个环境中可以开发关于先进生产AI软件技术。如今,我们把高速公路网络和高级轿车当成理所应当,只有从电影里我们才能看到人类靠着骑马和手推车在寒风呼啸的小径上艰难前行的景象。CFX即是数字化生产中新的标准型高速公路基础设施,有了CFX,智能AI生产应用才可以不断发展、全速前进。

作者:Michael Ford,Aegis Software公司新兴产业战略部门高级主管,IPC CFX主要推动者之一

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标签:
#IPC CFX  #SMT自动化 

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