SMT行业云平台建设路径及服务模式研究

杨松柏，娄照辉，朱易顺，彭 东，秦 杰

(中电工业互联网有限公司，湖南 长沙 410000)

0 引言

表面组装技术(Surface Mounted Technology，SMT)是电子制造的重要环节，在5G基站建设、手机SLP(Substrate-Like PCB类载板)渗透率提升、汽车电子化发展等多重因素驱动下，SMT贴片加工需求持续增长。据统计，目前我国SMT生产线约9万条，贴片机总保有量超20万台，占全球40%。随着电子制造技术的快速迭代和行业的飞速发展，SMT贴片加工竞争愈加激烈，量大面广的SMT贴片加工行业中小企业面临来自下游客户提质、增效、降本压力剧增[1-2]。而近年来在新冠疫情冲击、单边主义明显上升等多重因素影响下，我国中小企业面临的困难加剧，据中国中小企业协会统计，近两年中小企业发展指数(SMEDI)以及反映企业订单和利润的市场指数、效益指数等均处于不景气区间[3](如图1，图2所示)，SMT贴片加工行业中小企业同样面临订单资源不足、利润率低等问题，数字化转型投入有限，低成本转型升级及资源导入需求迫切。

图1 我国中小企业发展指数

图2 我国中小企业发展市场指数及效益指数

面向SMT行业中小企业痛点与需求，基于工业互联网平台泛在连接、弹性供给、高效配置等特性，打造SMT行业云平台，一方面提供轻量化生产执行系统(Manufacturing Execution System，MES)、稳健质量应用程序(Application，APP)等系列“小快轻准”解决方案，低成本助力企业实现数字化水平提升；另一方面接入需求方、供应商、SMT加工企业、金融机构等产业链上下游等，提供在线制造、共享制造、供应链金融、供需对接等多领域创新服务，助力行业企业资源导入[4-5]。

1 SMT行业云平台建设路径

结合工业互联网平台体系架构、SMT 行业业务需求和应用场景，同时通过对目前典型的云计算架构进行对比分析，按照云平台的设计理念，SMT行业云平台设计为数据采集层、PaaS(Platform as a Service，平台即服务)层、应用层，计算资源、存储资源、网络资源通过虚拟化技术对系统资源进行部署和管控[6-7]。数据采集层主要支撑SMT生产现场数据的采集；PaaS层支撑数据分析、处理；应用层主要是提供各类工业APP、云化软件及支撑系列新模式应用的开展。此外，为保障数据可信、安全交易，SMT云平台还提供区块链基础服务体系，支撑电子合约签署、供应链金融等开展[8]。SMT行业云平台架构如图3所示。

图3 SMT行业云平台架构

1.1 数据采集层

数据采集层核心功能包括海量设备的长连接与数据并发能力，可支持百万级消息并发及设备接入，提供稳定的数据通信服务。数据采集层规则引擎提供多种数据流转方式，满足设备与设备(M2M)之间的通信。数据采集层多协议的数据互通技术，提供边缘层的设备连接服务建设，保证更多设备接入的可能性及接入后使用的性能流畅性，并为各类设备提供后续产品应用升级等相关服务支持[9]。

1.2 PaaS层

平台PaaS层提供应用环境下的基础支撑能力、应用开发测试和应用支撑服务能力，以大数据分析为核心实现系统数据与服务的资源整合，为应用开发提供开放、共享的资源环境和统一标准的支持环境。数据平台作为整个系统数据分析的核心，数据服务总线(ESB)作为整个系统的屏障，负责对外提供一系列接入服务，物联网平台支持各种主流协议下的设备接入，完成工业设备数据集成，汇入云平台大数据系统。平台服务建设包括企业服务总线、应用开发平台、应用深度监控平台、虚拟化资源管理平台、数据交换平台、数据集成平台、数据资源目录、测试服务平台、测试管理系统、大数据平台和物联网平台。

1.3 应用层

应用层建设内容主要包括面向企业内部数字化提升服务、面向产业链的模式创新服务两大板块。面向企业内部数字化提升服务建设包括：轻量化MES、仓库管理系统(Warehouse Management System，WMS)、稳健质量工业APP等“小快轻准”应用打造，支撑SMT行业中小企业以低成本数字化补课。面向产业链的模式创新服务建设主要包括：集采平台、可视化运营平台、供需平台、SMT商城、供应链金融服务平台等，支撑在线制造、共享制造、在线集采、供应链金融等产业链创新服务开展。

1.4 区块链基础平台

区块链基础平台主要通过区块链技术实现关键信息上链，解决信息溯源及数据存证问题，支撑SMT行业云平台可信服务体系构建。区块链基础服务平台特色主要包括身份识别与可审核性、私下交易、保密合约、模块共识、性能绩效、可扩展性、链上代码以及智能合约等。区块链核心技术内容主要包括：分布式账本、非对称加密、共识机制、智能合约等[10-11]。

2 SMT行业云平台典型服务模式

SMT行业云平台主要提供面向企业内部数字化提升服务、面向产业链的模式创新服务两大类服务。面向企业内部数字化提升服务主要是通过云平台提供轻量化MES、WMS、稳健质量工业APP等“小快轻准”应用，低成本助力企业降本、提质、增效。面向产业链的模式创新服务主要是基于SMT云平台连接打通产业链上下游，在终端用户和SMT工厂之间建立数据、技术、资本、市场等全要素互联，及供应链、创新链、服务链、金融链等全产业链上下游的高度协同，提供在线制造、共享制造等系列新模式服务[12-13]。服务流程主要包括两大步：首先是通过“小快轻准”应用提升企业内部数字化水平，同时也将企业接入到SMT行业云平台；然后是基于贯通产业链上下游的SMT行业云平台提供外部资源导入的模式创新服务，服务流程如图4所示。

图4 SMT行业云平台服务示意图

2.1 “小快轻准”应用

2.1.1 轻量化MES

MES是提升生产企业制造现场生产管控水平的核心系统，也是提升SMT行业中小企业生产效率、生产质量的关键系统，传统MES系统因价格高、部署实施周期长、运维难度大等，不适用利润较低的SMT行业中小企业。SMT行业云平台轻量化MES，基于微服务架构开发，提供包括生产过程管控、维修管理、质量管理、E-SOP管理、设备及工装工具管理、看板管理、工厂预警管理、报表管理等多个功能模块，功能可灵活配置，支持企业根据自身需求、资金投入等进行SaaS(Software as a Service，软件即服务)化功能订阅[14]。

2.1.2 WMS

SMT贴片加工过程元器件种类、数量众多，仓储管理是SMT加工厂中的重要环节之一，是体现SMT中小企业生产效率、管理水平的核心要素。SMT行业云平台WMS，融合电子行业工业互联网标识解析体系，提供包括数据收集、预警预告、标准制定、库位管理和质量管理等功能服务，支撑SMT中小企业提升仓储管理效率、降低原材料缺料率，助力企业解决防呆防滞问题[15]。

2.1.3 稳健质量工业APP

SMT行业云平台稳健质量工业APP融合应用基于智能化数据仓库技术、新型数据建模技术、稳健设计优化技术，开发了从钢网印刷、SPI到FCT全流程，覆盖人、机、料、法、环、测等要素的9个APP，包括：钢网印刷工艺优化、SPI工况分析、SMT贴片工况分析、AOI工况分析、波峰焊工艺优化、波峰焊工况分析、FCT工况分析、供应商质量保证能力评价、SMT产线工序诊断与调节，通过构建精准、实时、高效的质量数据采集系统，实现数据在线收集、生产过程实时监控、在线预警与在线分析及改进等功能，有效提升了产品质量的稳健性，支撑SMT贴片加工全环节质量优化提升[16]。

2.2 模式创新服务

2.2.1 在线制造

依托SMT行业云平台打通SMT行业供需两端，并连通元器件等供应商、仓储物流等服务商，采取工业互联网云工厂模式，为用户提供从原材料采购到生产加工、从PCB(印刷电路板)到SMT贴装的在线一站式服务，在实现高效制造的同时，也让客户可以更清晰地了解订单的最新状态，支撑实现快交期、高质量、低成本交付产品。

2.2.2 在线集采

依托SMT行业云平台汇聚整合电子行业元器件、原材料、配件等各类供应商，并结合基于区块链的智能合约、供应商评价等功能，为SMT行业中小企业提供原料、备品备件、成品等产品集中代采服务，有效解决中小企业采购渠道有限、采购话语权弱、采购成本高、采购资金周转困难等问题，并有效助推产业链上下游企业订单、库存及生产等关键信息的精准协同，助力产业链供应链韧性提升。

2.2.3 供需对接

依托SMT行业云平台连接、整合电子行业SMT需求方、SMT贴片加工企业，提供一站式SMT贴片加工供需对接服务，主要包括供需匹配、需求市场、需求发布、能力评价、智能匹配等功能，促进SMT贴片加工能力资源的高效配置，助力SMT中小企业导入更多订单资源，提升市场能力。

2.2.4 供应链金融

因SMT行业中小企业资产、资质有限及银行授信评价体系制约等多重因素，SMT行业中小企业面临融资贷款难、周期长等问题。SMT行业云平台融合应用区块链、大数据分析等技术，依托行业云平台打通行业交易场景数据，采集SMT制造企业产线、订单等实时可信数据，建立客户经营、信用等大数据分析算法及模型，形成银行认可的企业“生产力征信”，对银行的主体信用进行信用补偿，助力金融机构和龙头企业开展精准放贷、反向保理、财税服务，提升SMT行业中小企业融资贷款能力。

2.2.5 共享制造

SMT贴片加工属于“代工”服务模式，生产能力一定程度上具有通用性。通过SMT行业云平台将所有接入平台SMT行业中小企业的生产设备、产线状况及生产进度进行实时展示，通过供需信息的实时共享和行业资源统一调配，面向全行业提供制造资源社会化共享服务，SMT代工企业可基于平台将闲置产能“转让”给其他产能不足的企业，实现制造能力交易，推动SMT行业企业间的制造协同、计划协同和资源共享，实现SMT加工制造资源的泛在连接、弹性供给和高效配置，提升SMT加工制造能力的集成整合、在线分享和优化配置水平。

3 实际案例

某SMT企业拥有几条SMT加工产线，企业未部署信息化系统，除生产过程实现自动化外，其他环节如仓储管理、BOM(Bill of Material，物料清单)管理等均是依托人工或通过纸质文件开展，生产效率低下。且因业务流程没有通过系统进行标准化管控，缺乏专门的质量管理软件，导致贴片生产不良率居高不下。同时因公司规模、资质及生产条件有限，在融资贷款及客户资源拓展等方面也面临难题。针对上述问题，该企业依托SMT行业云平台系列应用开展了数字化转型建设。一是通过应用云平台轻量化MES、WMS等云化软件，以较低成本快速实现企业信息化补课，大幅提升企业生产管控、仓储管理协同水平，生产效率提升30%以上。二是通过应用SMT行业云平台稳健质量系列工业APP开展生产质量管控及优化，该公司产线产品质量平均缺陷数由1.7%降低到0.4%，降幅达76.5%，人力及设备维护成本降低35%以上。三是通过平台集采服务，为该企业开展零部件采购服务，有效降低采购成本，缓解了企业采购资金压力。四是通过将该企业生产经营数据转化为可信数据资产，助力该企业获得银行数百万纯信用贷款。五是通过平台的生产运营可视及供需对接服务，助力该企业获取了多家新客户加工订单，成功实现市场拓展。该企业通过数字化改造接入SMT行业云平台，以低成本实现数字化补课提升，同时通过SMT云平台连通产业链上下游还实现了订单及金融资源的有效导入，企业经营质效改善显著。该企业应用系统界面如图5所示。

图5 SMT行业云平台服务示意图

4 结论

本文通过对SMT行业现状及发展趋势进行分析，结合工业互联网平台的特性和设计理念，提出了构建SMT行业云平台的建设路径及服务模式，为解决中小企业数字化转型升级、订单资源匮乏、利润率低等问题提供了有效的解决方案。SMT行业云平台建设核心板块主要包括数据采集层、PaaS层、应用层及区块链基础服务平台等。SMT行业云平台的服务模式主要包括面向企业内部数字化转型的“小快轻准”解决方案和面向产业链的多领域模式创新服务。面向企业内部数字化转型的“小快轻准”解决方案主要包括轻量化MES、WMS、稳健质量系列工业APP等，以低成本助力中小企业提升数字化能力。面向产业链的多领域模式创新服务主要包括在线制造、在线集采、供需对接、供应链金融、共享制造等，将行业中小企业通过工业互联网接入社会化生产体系，为企业导入更多订单、金融资源。