智能制造技术在SMT工艺流程中的应用研究▲

李雪 刘旭 熊方

摘  要：本文对SMT工艺流程中存在的技术问题进行简要分析，了解智能制造技术的发展历程，提出在现有MES制造企业生产过程执行系统基础上建立SMT 产品智能制造系统的设计构想，并探讨其实现需要解决的关键技术，该思路的提出是目前SMT制造工艺过程改进的重要手段和方向。

关键词：SMT工艺;智能制造技术;物联网

中图分类号：TN405  文献标识码：A     文章编号：2096-6903（2019）04-0000-00

0 引言

近年來，随着全球工业与信息技术的深度融合，越来越多的制造行业将人工智能、物联网、大数据、云计算等信息技术手段应用到生产过程中，促使制造业向数字化、网络化、智能化、服务化转型升级。美国工业互联网、德国和日本先后分别提出了工业4.0和“机器人新战略”，两国智能制造的发展将进一步推进产业技术布局的提升。我国在深入学习各发达国家的先进技术后，随着“中国制造2025”的提出，未来将走上智能制造强国之路，从而进一步推动整个国民经济的发展。

随着电子制造业的发展，为满足现代电子产品微小型和大批量的要求，表面贴装技术（Surface Mount Technology，SMT），在印制电路板组装过程中作为一种主要生产手段，被越来越多的电子制造企业应用;为提升电子产品制造能力与产品质量等核心竞争力，应用智能制造技术建立SMT智能制造生产系统是唯一解决途径。

1 SMT工艺简介

因SMT生产工艺流程复杂，因此所需组成设备较多;根据生产工艺过程，生产线需要配备锡膏印刷机、锡膏检测仪、元器件贴片机、回流焊机、AOI检测机、X-Ray检测机、返修工作站等。表面贴装技术的主要工艺流程如下图1所示：

2 SMT工艺流程中主要技术问题

SMT 制造工艺经过不断发展，设备的自动化水平与计算机控制程度已经非常高，目前在生产过程中仍然存在一些问题，如生产线组成复杂，全自动设备、半自动设备、人工产线同时参与;生产物料存储配送全靠人工完成且效率低下，生产过程中半成品与成品的质量问题大部分通过人员解决，过程质量数据靠人工管理等问题。存在问题主要表现在以下几方面：

2.1 生产工序复杂，生产设备较多

整个生产系统构成不但包括SMT生产线，同时也需要有人工协助完成的插装和部分质量检测、漏焊补焊人工生产线参与;生产工艺流程中包含了自动上下物料等全自动流程，同时也要有人为参与的生产物料分拣配送、半成品和成品质量检测等半自动的环节;元器件贴片工序应用全自动化高速运转的高精度贴片机，但电路板后期清洗又需要通过人工参与选择合适的清洗剂来完成电路板的清洗。整个系统构成过于复杂，需要人工干预的流程较多，很难实现全流程的计算机集成制造。

2.2 物料种类多，管理和配送管理存在问题

SMT 产品原材料种类繁多，目前当生产任务下达后，需要人工分析生产物料清单后，再进行物料分拣并配送到生产线，整个物料准备过程全靠人工完成，因而人员成本升高，管理难度加大，同时也容易出错。物料准备占用空间大，库存盘点困难且准确度低也是普遍存在问题。

2.3 生产的产品质量要求相对较高，过程质量数据管理困难

SMT 产品对组装精度和焊点质量要求较高，在生产过程中需要实时调整并有效控制设备的技术参数。但目前的生产过程中，只有贴装光学检测对位等设备能够自动完成调整，其他如锡膏印刷的压力和速度、回流焊的温度、印制板传输速度等主要技术参数，往往需要凭技术人员的经验和技术能力完成设置与调整;对于生产过程产品（焊接）质量问题，不能实时自动检测出故障源并修正设备的技术参数，需要人工分析找出故障原因，不能达到通过自主分析以往故障数据，找到处理方法自主解决问题。

目前大多企业SMT生产过程中很多工序需要人工参与，设备的技术参数需要人为设置，过程数据需要人为管理;受人员的职业素质、技术水平等个人原因影响，必然会导致生产的产品质量不稳定，对企业造成不利影响，因此将智能制造技术应用到SMT生产工艺过程中能从根本上解决这些不利问题。

3 智能制造技术发展

智能制造是涉及产品全生命周期中各个环节的制造活动，包括智能设计、智能加工、智能装配三大关键环节。智能制造的实现可分三个层面，即制造对象或产品的智能化、制造过程的智能化、制造工具的智能化;知识库/知识工程、动态传感与自主决策是智能制造的三大核心。智能制造是面向产品全生命周期的具有信息感知、优化决策、执行控制功能，旨在高效、优质、清洁、安全的制造产品、服务用户的一种制造模式。

智能制造技术的发展主要分为3个阶段：（1）ERP阶段即“无纸化工厂”阶段;（2）MES阶段即“自动化工厂”阶段;（3）IMS阶段即“智能化工厂”阶段，也称“无人化工厂”阶段。

随着SMT制造行业的不断发展，很多企业已经应用MES（Manufacturing Execution System）制造企业生产过程执行系统，目前该系统是实现制造企业生产过程数据管理信息化的重要工具，它将企业产品的全寿命周期的生产过程，从生产计划开始到生产调度、再到物料的库存管理及设备工具工装领用归还管理、新增物料采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、前台数据分析、后台数据管理等功能均应用该系统。此外企业应用该平台，能够实现各个环节数据全面协同管理;但是过程管理中技术参数的审核、数据下发仍然需要人工判定和执行，智能化水平还有待提升。

4 智能制造在SMT工艺流程中应用设计

智能制造实质是设备根据产品的类型自主进行参数设置与调整，实时检测产品质量并对不合格品自行处理，优化生产流程;同时能够自主解决突发性生产问题。

自触发能力和学习能力是未来研究的重点内容。系统的自触发能力是在生产过程中由设备自主发送指令，完成相关工作，不再需要人为参与;将智能制造技术应用于SMT工艺过程中，通过主机自主发送主命令，再由前端设备对后端设备发送控制命令，即可自动完成各个生产工序，实现真正的无人自动化生产。生产过程如下图2：

通过SPI和AOI质量检测后，把合格品送入后道工序，不合格品挑选出来自动处理;前期在MES系中保存大量基础数据，对获取的不合格信息，通过分析过往数据自行判断后自主发出命令给相应设备，完成自触发并处理，不再需要人工参与解决问题。

学习能力是当出现紧急情况时，系统查找错误数据库中相同报错信息，查找出处理办法，并自行完成错误信息管理;如果错误是第一次出现，系统会自动上报技术人员，技术人员将问题解决后，系统自动对错误信息和解决方法自行记录。系统通过不断学习，实现错误数据库的不断增加，掌握更多的问题解决方法，减少人工参与从而达到智能生产目的。

5 实现SMT智能制造系统要解决的关键技术

前面对SMT智能制造工艺执行过程进行了简要分析，为实现SMT智能制造生产系统的建设仍然有许多关键技术问题需要解决：

5.1 生产物料智能化存储和配送技术

要应用射频识别、网络智能控制方法等先进技术手段，来建立智能物料仓储与配送系统。首先根据物料种类、存储要求等关键要素，实现系统自住将生产物料分类存放，智能调整存储空间环境参数，实时动态显示库存数量。生产任务下达后，根据物料清单智能机械臂自动从库房筛选并分拣出生产物料及相应辅料，然后通过智能物料运输装置，送到生产线完成自动配送SMT生产物料。

5.2产品质量智能检测技术

需要改变传统生产过程中，在线测试后人工检测的质量检测和统计分析质量管理方法，以前后端流程检测控制质量的方法， 很难产生质量问题数据，更难控制质量问题，不能更好的满足目前电子产品生产种类繁杂和批量小的生产要求。我们利用新的监测手段，利用基本智能控制技术的光学检测或电磁检测手段，对SMT整个生产过程的组装质量进行实时智能检测和质量控制、数据智能分析及生产技术参数实时控制。

5.3 基于物联网的智能制造生产管理系统

由于传统SMT产品制造管理过程存在很多缺陷，目前急需探讨建设能够实现企业各生产部门数据管理、车间管理、人员管理、物料供应管理等功能的智能制造生产管理系统，该系统的建立必将应用强大的物联网技术、先进的射频识别、无线网络管理等先进技术才能达成。后期系统建成后能够自主分析各个制造单元的产能负荷，自主完成生产调度，优化资源配置，进一步提高生产效率，提升服务质量。

6 结语

随着SMT工藝流程的进步，系统集成、数字化管理、智能制造技术的发展，许多多技术问题需要深入研究;本文只对其中的部分技术问题进行分析和探讨。但需要得到尽快解决的问题还有很多，如根据生产环境自适应调整生产设备技术参数的问题，很多主要设备还依赖进口，这些重要设备的国产化也是需要迫切解决的问题。同时，智能制造技术在SMT生产工艺流程的应用，也需要依据企业现有的制造条件进行科学规划、分步实施、逐步开展深入研究。

参考文献

[1] 周济.智能制造：“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284.

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

[3] 周德俭.智能制造技术在SMT产品组装制造系统中的应用探讨[C].山东：第九届中国高端SMT学术会议论文集，2015：19-28.

[4] 范瑞成.面向SMT 生产线的数字化精益制造执行技术[C].北京：北京理工大学，2015：10-20.

[5] 郭静松.浅谈SMT行业的智能制造发展[C].成都：2019中国高端SMT学术会议论文，2019：116-119.

收稿日期：2019-07-16

基金项目：SMT工艺流程中智能制造技术应用研究（K19-YB1-028）

作者简介：李雪（1985—），女，满族，吉林四平人，硕士研究生，讲师，现主要从事电子产品制造技术相关课程教育教学工作。

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