PCB二维码激光镭雕追溯信息系统研究与设计

PCB二维码激光镭雕追溯信息系统研究与设计生产追溯，可以正向、逆向、或者不定向地追踪产品，便捷快速地确认产品的原材料、加工方式、加工过程关键参数等信息，与追溯密不可分的就是产品管理方案，主要包括批次管理和单品管理。

批次管理，是指产品从原材料到交付成品的生产过程，严格按照批次进行科学管理，确保每个生产环节批次清、数量清、质量清、责任清、生产动态清；分批发料、分批加工、分批转工、分批入库、分批发配等，严格按照先进先出管理。

如此，一旦出现质量问题，就能够迅速核查原因，划清问题产品范围，将影响率降低。

印制电路板（PCB）行业，在生产过程中采用的一般都是基于批次的管理方案。

单批次数量的大小是由最佳批量的算法计算得出的，不同的板件类型，批次数量也不尽相同，EBS （E-Business Suit）系统以及MES系统（Manufacturing Execution System）中已经实现基于批次的管理方案[2]。

如果生产过程中，某一块板子出现异常，则导致整个批次的板子停滞生产；如果已经入库或者发给客户的板子出现异常则确认异常原因之后，需要将整个批次的板子全部退回核查，最佳批量越大，召回核查实物就越多，在一定程度上也造成了人力和物料资源、成本的浪费。

本文所研究的基于PCB行业的单板追溯系统，是将生产批次管理方案中的追溯信息精细化到每一块板件，然后根据板件的条码信息以及系统记录，快速准确的定位问题板件范围，核查异常原因。

将生产管理精细化，也方便质量、产品召回或者退货管理。

1. PCB单板追溯方案本文提出的单板追溯管理的前提是基于批次管理，将PCB生产工单批次中的所有大板，每一块维护唯一的二维码，并将板件二维条码绑定生产批次号。

在加工过程中的设备上安装扫描设备，每次只要有板件经过该设备，则扫描记录该板件经过的时间，加工人员，加工参数，环境参数等信息。

PCB单板追溯方案，主要包括三个模块（图1）：板件二维条码、硬件扫描、软件系统。

1.1板件条码形式根据生产批次及批次数量，按照特定的规则生成每一个大板的二维码，该二维条码具有唯一性，且绑定批次信息。

由于PCB加工工艺路线的特殊性，如果只是通过PCB二维码激光打标机镭雕的形式，将前期生成的二维条码信息印在PCB板件上，则在经过后续的加工工艺路线时，很容易会被抹掉或者污染，导致扫描不到或者难以辨识。

因此，本文的方案是把二维条码信息钻在板边，在外图的丝印字符之前，一直保留板边二维码，以记录加工过程记录。

在外图工序之后，通过PCB二维码激光打标设备，将板边二维条码转移至每一个板件上，通过外形加工之后，板边会被切除，就继续记录小板上激光标记二维码。

通过以上方式，可以将二维条码从工艺路线的起始到最后入库，一直保持可识别状态，且不影响客户交货要求，以达到单板追溯需求。

在这个环节里面PCB二维码激光打标机必不可少。

1.2硬件扫描设备基于PCB板件二维条码的特殊性，选用扫描硬件设备，应该具有如下功能：1.2.1 高识别性钻孔二维码在加工过程中可能会由于阻塞，污染等原因，导致二维条码会有部分不清晰，因此，扫描设备必须有高分辨率，可读取点阵二维码，且有容错机制可识别错码；扫描设备固定在设备前水平线，在板件经过水平线时，由于过板的速度及放置板件位置等不确定因素影响，扫描设备可识别区域广且读取速度快。

1.2.2 通讯接口由于扫描设备读取的条码信息，需要与生产追溯系统进行关联，因此该扫描设备需有通讯接口，可以满足文件传输等需求。

同时，当网络偶然中断恢复之后，可以断点续传，以防数据丢失或者遗漏等情况发生。

1.2.3 存储扫描硬件设备，可以存储扫描信息。

在没有网络的情况下，依然可以工作，并将扫描数据存储；此外，可以设置文件存储时间间隔，满足不同生产线不同间隔时间上传扫描记录的需求。

1.3 系统软件系统软件是追溯查询的媒介，也是连接二维条码和扫描设备的重要组成部分。

一方面，系统根据指定规则生成二维编码，通过接口程序与硬件设备（钻孔设备等）互联；另一方面，系统读取扫描设备的文件并解析为系统所需数据格式，存储在数据库中以供使用。

2. PCB单板追溯系统设计PCB单板追溯系统的设计，是在MES系统和EBS系统的基础上进一步开发的。

该系统主要功能模块包括：基础配置，生产追溯，质量管控，报表管理等（图2）。

2.1 基础配置主要功能是绑定IP地址、扫描设备、加工设备之间的关系，以方便后续的数据关联处理。

在MES系统和EBS系统中，加工工艺流程与加工设备之间通过资源实例关联，追溯系统中，主要是将扫描设备作为输入端，准确得到加工时间等先关生产记录。

2.2 同步接口主要功能是同步二维条码数据与扫描数据。

首先，追溯系统需同步得到钻孔的条码，为防止系统紊乱错误，需要在钻孔成功之后方可将条码与工单批次的绑定信息，同步到追溯系统；条码同步验证需要在下一个设备加工此板件之前，否则可能会导致系统条码绑定有误。

其次，扫描数据的同步，每一块板件经过加工设备时，都会先经过扫描设备，并记录当前加工时间，生产信息，设备环境因素等。

将这些扫描信息以及与设备相关联得到的加工记录信息，通过接口形式同步到单板追溯系统数据库。

2.3 追溯记录单板加工历程追溯，是MES系统，EBS系统以及单板追溯系统的多个数据库的数据整合，人、机、料、法、环等五个环节的追溯信息可视化。

该模块的主要功能是能够根据板件二维码，快速定位加工过程各种参数信息，以及与之相同加工参数的板件。

2.4 质量管控该模块的主要功能是实时准确地记录每一块板件的品质异常。

板件报废之后，确认报废原因，分析解决方案，解决质量问题等一系列的品质控制和管理都可以在此模块进行。

同时，根据板件二维条码的报废记录，可以实时统计批次报废率，当超过预警范围时，则通过推送邮件、短信、微信等形式，提醒相关人员，实时关注该批次生产进度，预防并快速解决异常问题等。

2.5 报表管理报表管理是该系统与其他相关系统数据关联性的最大体现，主要功能是各种不同层级管理报表的定时推送，此外，当报表中某项指标异常时，预警推送指定人员，提前发现，预防重大问题与异常等。

通过单板追溯系统的报表平台，细化各个管理报表，为管理人员提供实时数据参考。

3. 关键技术和系统实现单板追溯系统设计中，关键的问题是其与各个系统之间的接口开发。

3.1 网络互连某公司PCB生产厂设备网络与办公网络是分离的，钻孔及扫描设备等使用的是设备网，而系统是部署在办公网，所以此单板追溯系统的需要将设备网络和办公网的数据同步。

为了便于两个不同网段之间的连通与同步，采用了FTP作为中间服务器，将设备网络的数据上传至FTP服务器，系统再从FTP服务器上读取相关数据，解析至系统数据库中。

3.2 数据同步系统根据生产批次及批次数量，生成每块板件唯一的二维条码信息，将二维条码信息传送给钻孔程序，按照此条码信息，进行钻孔程式的调用。

此接口程序开发过程中，鉴于对网络通畅性能的依赖性，优化了此接口程序调用方式。

本文开发的单板追溯系统采用了反向回传的方式，在钻孔程式服务器中，通过扫描工单批次，根据批次数量直接在该程式中生成二维条码信息，待钻孔完成之后，将钻孔服务器上已经执行完的钻孔程序数据，及时同步到单板追溯系统中。

3.3 文件解析扫描设备的扫描文件一般存储为excel文本格式，本文开发的单板追溯系统需要解析扫描文件并存储至系统数据库中。

虽然扫描设备已经尽量避免错误条码等问题的出现，但是还是会有部分丢失信息或者异常情况，因此，解析文件的过程中，一旦有不符合编码规则或者异常的数据，则需要将文件的错误信息输出到错误文档中做记录，以便后续核查确认。

如果网络突然中断，扫描设备可以存储网络中断期间的扫描文件，待网络恢复之后，需继续传回断点处的所有数据。

4. 系统运行监控与结果为了验证PCB单板追溯系统方案的可行性和有效性，开发的单板追溯系统已经在某PCB生产厂试运行很长一段时间，系统运行稳定，与EBS，MES系统接口及各项数据均正常。

经过系统运行分析，证明了单板追溯方案的可行性与有效性。

实际生产过程中，有如下案例：某批次板件共280块，在过程检验时发现其中某几片是固定位置划伤，通过确认原因发现是某个设备硬件异常，持续约10分钟。

如果仅仅依靠批次管理，则需要核查当天时间段内加工的所有批次板件；但是通过单板追溯系统，可以确定划伤板件在此设备加工的时间为2016年10月8日，下午15:13分，因此只需要核查当天下午15:03~15:23分之间的所有板件即可，单板追溯系统中记录的板件共32块。

由此可见，通过单板追溯系统，大大减少了问题板件核查范围，缩短核查时间。

单板追溯系统不仅仅对PCB生产过程可以达到追溯效果，当板件已经到达客户端的时候，也可以发挥很大的作用。

比如说某批次板件已经在客户端，发现了塞孔异常等其他问题，就需要反查问题板件，如果召回整个批次，对双方都会有很大的影响，不仅仅影响客户的进度，也会造成人力资源和时间的浪费。

依靠单板追溯系统，就可以快速准确的定位是本批次的哪些板件有问题，其他的批次是否会有类似异常，只需要召回异常板件，快速修复完成即可。

从根本上快速解决问题，节约客户的时间和成本。

5. 结论在研究PCB单板追溯系统方案的基础上，通过系统开发以及实际使用情况分析，证明了PCB 单板追溯系统方案的有效性与可行性，不仅仅将批次管理、生产追溯、品质管理和控制更加精细化，而且便于质量问题的定位，可以快速区分出问题板件，减少召回损失。

本文的单板追溯方案，为物联网发展提供了基础，对PCB行业的追溯管理趋势的发展有一定的参考价值，可以在此基础上，进一步研究PCB单板追溯系统中其他的扩展功能，为PCB行业在智能信息化发展上提供更加多元化的系统支持。