可追溯系统在PCB企业仓库管理中的应用研究

2024-03-22张朝阳樊仁君费杰

印制电路信息 2024年3期

张朝阳樊仁君费杰

（上海美维电子有限公司，上海 201613）

0 引言

产品品质追溯是生产企业必须建立的一个重要系统，一个好的品质追溯系统也是提高客户信任度的有效手段。当一个企业生产的产品在制造过程或在市场上出现异常情况时，可以更快捷、最小范围地锁定问题出现的产品批次或范围，以降低产品品质风险和损失，快速找到问题的根本原因，实施纠正和预防措施。

现有技术通过企业资源计划（enterprise resource planning，ERP）系统大数据平台，结合条形码自动识别技术，为实现产品可追溯性提供了强有力的技术支持。为了满足越来越多客户对产品追溯的需求，同时为了防范产品风险，实施产品的可追溯性，某司实施了一套比较完善的追溯管理系统，提高了追溯的精确性和效率。本文主要介绍该司在物料管理和成品管理过程中对于可追溯性的应用研究。

1 RFID与BCT可行性分析

射频识别技术（radio frequency identification，RFID）与条形码自动识别技术（barcode auto identification technology，BCT），两者从概念上来说很相似，目的都是快速准确地确认追踪目标物体；从技术上来说，这是两种不同的技术，有不同的适用范围。RFID 是一种无线通信技术，将嵌有RFID 芯片的标签贴在物品上，可以通过非接触方式，通过读写器对晶片进行跟踪，并能自动读取芯片上的所有信息。每个RFID 标签包含一个识别码，可以由解读器读出并实现产品追踪。RFID具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。射频识别流程如图1所示。

图1 射频识别流程示意

BCT 简称条码技术，是一种在当代信息技术基础上产生和发展起来的符号自动识别技术。BCT 将符号编码、数据采集、自动识别、录入、存储信息等功能融为一体，能够有效解决物流过程中大量数据信息的采集、自动录入等问题。条码识别方式的优点是配置灵活和系统成本较低，但是存在易污染、易破损、操作较繁琐等特点。条形码是“可视技术”，扫描仪在人的指导下工作，只能接收它视野范围内的条形码。如果标签被划破、污染或是脱落，扫描仪就无法辨认目标。条形码识别流程如图2所示。

图2 条形码自动识别流程示意

常见条码有CODE 128、QR、PDF417、Data Matrix 等。CODE 128 为一维码，QR、PDF417、Data Matrix为二维码，相比较而言，QR 码可以存储4 296个字母数字，具备存储字符多、识别区域广和响应快速的特点，所以在包装物流行业运用广泛。实际上在RFID 技术应用前，信息的记录和传输主要靠条形码。RFID 标签和条形码都用来存储产品的信息，但是目前RFID 的设备价格较高，性价比不高，因此选择采用QR二维码。常用条形码类型如图3所示。

图3 常用条形码类型

2 智能化作业系统介绍

智能化作业系统通过信息化手段辅助生产，在改善错混料、查找品质问题等方面起着关键作用。其核心是通过将人、机、物、法、环等生产要素与每块工作板绑定，串联每个流程，形成一条追溯链，从而组成一个追溯网络。

可追溯管理系统概念相对于传统印制电路板（printed circuit board，PCB）工厂，全流程追溯需要在必要的工序增加赋码设备，对每块板进行身份标定，然后由配置读码器的设备进行识别追溯。为产线各道工序加工设备配置设备数据采集卡，实时采集设备数据与加工结果；人工作业工序配备工作站，将加工结果实时输入系统，对工序信息进行数据化；通过各工序的层层关联，形成一条完整的追溯链。以车间为整体配置数据服务器，将各工序设备和加工数据进行汇总、存储，将手工、半自动化和全自动化各种设备混用的离散型装配车间进行数据化和信息化转化融合，实现真正的产线信息化管理。PCB 制造流程追溯示意如图4所示。

图4 PCB制造流程追溯示意

（1）供应商采用条码管理系统，实施原材料批号追溯。

（2）收到供应商来料后，仓储人员会扫描料盘上条码信息，整合供应商产品信息并形成统一格式的条码信息，并录入到ERP 系统，通过智能仓储管理系统进行管理。

（3）开料赋码。开料时通过扫描流程卡条码，由制造执行系统（manufacturing execution system，MES）下发带有二维码信息的打码任务到设备的控制系统（distributed control system，DCS），开料后在芯板边激光赋码，每个二维码包含唯一ID。

（4）开料后的二维码将一直沿用到层压，在层压前将组合一块PCB 外层板的所有内层芯板二维码信息绑定上传到系统，由系统匹配一个新的外层码。压合后芯板边的二维码被铜箔覆盖，需要使用X 射线检测设备获取内层芯板码，之后经由MES，下发二维码指令到钻码设备，通过激光机赋外层码供后续工序追溯使用。如有多次层压，也采用此方式同步赋码。

（5）在成型前需要根据制板板边码信息，经由MES 跟赋码设备交互后，在交货组合单元内以喷印或激光形式赋码以形成关联。

（6）根据客户包装要求，通过点数机点出统一包装数量的板，并读取所有单元码进行绑定，通过条码管理系统，生成内包装码；读取相应内包装码，进行绑定，生成外箱条码；出货时将外箱码关联送货单，完成出货。

3 智能化作业系统在物料仓库的应用

物料信息追溯方式：从自动化智能存储系统中快速发料和领料。按材料清单上列出的材料编码和数量，输入指令到智能存储系统，系统会自动按先进先出（first input first output，FIFO）原则进行检索和发货。物料仓库作业系统流程如图5所示。

图5 物料仓库作业系统流程图

（1）仓库收货后，根据供应商的送货单，将物料编码、名称、规格等信息扫码录入ERP 管理系统，如图6所示。

图6 物料系统信息

（2）ERP 系统将录入的信息转换成物料内部追溯标签；相应的物料编码、名称、规格、批次、数量、订单号、保质日期等必要信息体现在追溯标签上。仓库根据标签条码进行管控，如库存查询分析、有效期查询、物料发放及调整库位等相应事务。

（3）生产工序申领物料时，ERP 系统根据领料需求，按物料编码自动查询库存情况并自动分配物料批次，控制物料的先进先出。

（4）仓库打印出经过ERP 系统分配后的领料单，使用移动终端扫描领料单上的条形码，获取物料库位、库存以及批次等信息。领料单如图7所示。

图7 领料单

（5）物料仓管员在系统显示的库位上，获取所需要发放的物料，再使用移动终端扫描物料内部管理标签，系统核对物料信息，自动比对规格、批次、数量等。一致则系统通过，可以发放；否则，系统拒绝发放物料。

（6）生产工序在领用物料后，通过扫码设备对生产型号、对应原材料分别扫码，对应关系自动链接并录入系统。

4 智能化作业系统在成品仓库的应用

成品信息追溯方式：根据客户包装要求，通过点数机点出统一包装数量的板，并读取所有单元码进行绑定，通过条码管理系统，生成内包装码；之后通过成品管理系统扫描内包装码生成外箱码，完成内包与外箱的绑定；在出货时，读取外箱码，与送货单关联绑定。这样，通过成品管理系统可以一键查询出此批送货单出货的型号、周期、数量、单元码等信息。

成品仓库作业系统流程如图8所示。

图8 成品仓库作业系统流程图

（1）产品入库后，扫描工单，通过成品管理系统绑定ERP，获取生产型号以及客户的包装要求、装箱资料等信息。

（2）通过点数机按客户要求的标准包装数量点数，逐块读取单元二维码并绑定；在读取过程中，系统会将实物信息与ERP 信息进行比对，可以预防错混料事件的发生；同时，对重复编码纠错报警。读码程序操作如图9所示。

图9 读码程序操作示意

（3）点数完成后，生成内包装追溯标签；通过内包装追溯标签可以查询到此包装内所有单元板的编码信息，建立内包装关联信息。内包装与单元码关联信息见表1。

表1 内包装与单元码关联信息

（4）外包装时，逐包扫描内包装追溯标签，绑定内包装信息并生成外包装追溯标签；在扫描读取过程中，系统也会进行比对，防止错混料；外包装完成后通过追溯标签可以查询到此箱内的单元板二维码信息，建立外包装关联信息。

内包装追溯标签如图10 所示，外包装追溯标签如图11所示。

图10 内包装追溯标签

图11 外包装追溯标签

（5）出货时，仓库发货员根据发货单上的信息，使用移动终端完成发货操作。先扫描出货单号，再扫描成品外箱标签，系统会匹配成品的物料编码、数量、周期等信息与发货单的需求是否一致；若两者一致，则可成功发货，并将发货信息自动导入条码管理系统，减少该物料库存，同时将成品发货出库信息上传ERP系统。

（6）发货后，通过系统可以查询出此批送货单出货的型号、周期、数量、单元码等信息，可以一键追溯。

也可以通过产品上的二维码，追溯查询到流程的生产设备、加工参数、生产时间、操作人员、原材料等生产要素，根据需要筛选出关键要素进行问题查找和分析，能够精准和有效地处理问题。送货单、外箱、内包装与单元码关联信息见表2。

表2 送货单、外箱、内包装与单元码关联信息

5 过程先进先出的控制

为保证每个产品先进先出的要求，对所有产品实行过程周期管控。在制作周期的工序，ERP系统对每个工单赋予周期，所有工序出数时必须按FIFO 方式出数，否则系统会进行管控，无法出数。

（1）对于生产制作指示（manufacturing instruction，MI）指示中有“周期输入”要求的工序，需要对每张工单赋予周期，然后才能在系统出数。

（2）工序出数时，同一型号必须先将旧周期工单出数，然后才可出新周期。如果本工序有旧周期工单未出，但录入新周期工单出数，系统会限制新周期工单不允许出数。

FIFO系统控制如图12所示。

图12 FIFO系统控制示意

（3）在成品出货时，ERP 系统会自动匹配库存周期，先将旧周期出完后，才可以出新周期。如果仓库有旧周期板，先录入新周期出货，系统会进行管控。

6 系统运行监控与效果

经过系统运行，证明了产品追溯系统的可行性与有效性。在实际生产过程中，有如下案例：2023 年9 月，在最终检验工序，某型号某批次产品共812块，在检验时发现其中6块金面不良，金面有滚轮印。经确认原因，发现是某设备硬件异常导致。如果按照批次管理，则需要核查当天此设备加工的所有批次产品；但是通过产品追溯系统，根据单元码追溯到当时的生产设备和记录，可以确定滚轮印产品在此设备加工的具体时间，因此只需要核查当天此时间段生产的相应产品即可，大大减少了问题产品的核查范围，缩短了核查时间。

成品追溯系统不仅仅对PCB 生产过程可以达到追溯效果，当产品已经到达客户端的时候，也可以发挥很大的作用。2023 年8 月，某客户反馈某产品字符框位置不平整，疑似白油厚度不均，不良产品20 片，客户端库存4 710 片，厂内库存 7 285 片。如果按批次召回客户端产品，不仅会影响客户的进度，也会造成成本和时间的浪费。依靠成品追溯系统，根据单元码，准确地定位问题产品，仅召回异常板，厂内库存也快速分拣，完成快速修复。这样快速处理和解决问题，节约了客户和工厂的大量时间和成本。