張世雁 張 謝

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039）

1 引言

隨著電子信息技術(shù)高速發(fā)展，微波天線及基站天線產(chǎn)業(yè)鏈迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。作為微波天線重要組件之一的微波印制板，其工藝設(shè)計(jì)及加工過(guò)程都變得更加復(fù)雜和精細(xì)。復(fù)雜的微波多層印制板，圖形對(duì)位重合精度、圖形蝕刻精度、外形尺寸等都有明確嚴(yán)格的要求,因此在制作過(guò)程中必須設(shè)計(jì)多種工藝要素，如各種類(lèi)型工具孔、蝕刻電鍍加工修正補(bǔ)償、鍍金輔助圖形、機(jī)加工程序等來(lái)保證每道工序的順利進(jìn)行，多種工藝元素的設(shè)計(jì)和控制是通過(guò)CAM設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。CAM設(shè)計(jì)是印制板工藝對(duì)印制板產(chǎn)品的二次設(shè)計(jì)，利用專(zhuān)業(yè)印制板加工設(shè)計(jì)軟件將設(shè)計(jì)部門(mén)的原始印制板文件轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)加工所需的工藝數(shù)據(jù)、程序等資料。CAM設(shè)計(jì)輸出的數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系到印制板產(chǎn)品的交付時(shí)間和合格率。

隨著行業(yè)微波多層印制板設(shè)計(jì)精密度要求的提高，生產(chǎn)加工難度的增大，生產(chǎn)數(shù)量的增加，CAM設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和任務(wù)量隨之增加，對(duì)工藝設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造的智能化需求也越來(lái)越迫切。未來(lái)幾年內(nèi)將深入開(kāi)展印制板工藝智能化研究，其中最為關(guān)鍵的是實(shí)現(xiàn)CAM數(shù)據(jù)管理高度自動(dòng)化。

2 印制板信息化管理問(wèn)題分析及對(duì)策

目前行業(yè)內(nèi)一些印制板專(zhuān)業(yè)的自動(dòng)化程度不是很高，在實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工全面數(shù)據(jù)化、模塊化、流程化的過(guò)程中面臨著一些問(wèn)題，例如有：

（1）電子文件審核歸檔系統(tǒng)不完善；

（2）印制板加工過(guò)程中數(shù)據(jù)反饋和調(diào)整不夠及時(shí)、準(zhǔn)確；

（3）源文件數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)不完善；

（4）設(shè)計(jì)文件的差錯(cuò)率較高，糾錯(cuò)系統(tǒng)不完善；

（5）軟件功能不全面，排程及文件自動(dòng)糾錯(cuò)功能尚未實(shí)現(xiàn)融合；

（6）印制板CAM設(shè)計(jì)規(guī)范性不高；

（7）印制板工程化生產(chǎn)能力不足。

針對(duì)上述問(wèn)題，緊密結(jié)合智能制造全數(shù)字、全互聯(lián)、全智能的目標(biāo)要求，開(kāi)發(fā)MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子文件的設(shè)計(jì)、審核和歸檔，建立印制板首件驗(yàn)證機(jī)制，完善程序正式歸檔系統(tǒng)；利用OA系統(tǒng)及X-RAY硬件設(shè)備，建立多層微波印制板加工過(guò)程中板材變形數(shù)據(jù)的采集、分析系統(tǒng)，制定快速響應(yīng)方案；開(kāi)發(fā)利用CAM系統(tǒng)各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)印制板CAM設(shè)計(jì)過(guò)程中數(shù)據(jù)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，不斷提高信息處理的效率及質(zhì)量；利用CAM系統(tǒng)自檢糾錯(cuò)，降低設(shè)計(jì)文件差錯(cuò)率；制定拼版工藝規(guī)范，開(kāi)發(fā)利用工程化拼版功能模塊，計(jì)算最優(yōu)拼版，并實(shí)現(xiàn)材料自動(dòng)定額管理。進(jìn)一步促進(jìn)印制板工藝設(shè)計(jì)、研發(fā)能力的提高，提高班組整體工藝技術(shù)水平。

3 方案實(shí)施

3.1 制訂印制板CAM設(shè)計(jì)管理規(guī)范

實(shí)現(xiàn)CAM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理自動(dòng)化，需在工作中的不同階段制訂相應(yīng)的規(guī)范以及相關(guān)流程，如圖1所示。將規(guī)范和流程制度化，有利于提高工藝工作效率和設(shè)計(jì)正確率（見(jiàn)圖1）。

3.2 PCB設(shè)計(jì)仿真軟件的功能開(kāi)發(fā)和運(yùn)用

在利用INCAM軟件進(jìn)行CAM設(shè)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行分類(lèi)化設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件功能開(kāi)發(fā)，采用模板式設(shè)計(jì)，建立分類(lèi)化模板，相同類(lèi)型的產(chǎn)品采用同一流程模板設(shè)計(jì)，不僅提高了工藝設(shè)計(jì)的時(shí)效，降低了差錯(cuò)率，還提高了設(shè)計(jì)文件的一致性，便于歸檔和后期調(diào)用。

3.2.1 制定策略開(kāi)發(fā)軟件腳本功能，實(shí)現(xiàn)CAM設(shè)計(jì)自動(dòng)化

（1）微波雙面板的開(kāi)發(fā)策略。

建立雙面板設(shè)計(jì)規(guī)范，統(tǒng)一雙面板設(shè)計(jì)方法，并在CAM系統(tǒng)中將其形成數(shù)字化流程，利用腳本程序，實(shí)現(xiàn)了文件數(shù)據(jù)運(yùn)行一鍵設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)周期大幅縮短，設(shè)計(jì)效率提高，設(shè)計(jì)文件的一致性顯著提高（見(jiàn)圖2）。

（2）微波多層板的開(kāi)發(fā)策略。

建立多層板設(shè)計(jì)規(guī)范，統(tǒng)一多層板設(shè)計(jì)方法，再根據(jù)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)化設(shè)計(jì)。

針對(duì)品種多、疊構(gòu)相同產(chǎn)品，外形尺寸不同的特點(diǎn)，采取先制定CAM數(shù)字化流程、共性設(shè)計(jì)規(guī)則，根據(jù)規(guī)則在流程中嵌入自動(dòng)化程序模塊，通過(guò)自動(dòng)化程序復(fù)用，大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)一致性。采取了協(xié)同設(shè)計(jì)模式，將設(shè)計(jì)工作進(jìn)行拆分，專(zhuān)人專(zhuān)項(xiàng)，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

圖1 印制板CAM管理示意圖

圖2 雙面板文件設(shè)計(jì)自動(dòng)化腳本運(yùn)行界面

針對(duì)疊構(gòu)和外形尺寸完全相同的產(chǎn)品，如圖3所示，僅部分層圖形不同的特點(diǎn)。預(yù)先選擇一個(gè)圖號(hào)，完成設(shè)計(jì)、審核、確認(rèn)定稿后，基于CAM設(shè)計(jì)模板，再分配多人協(xié)同完成設(shè)計(jì)和調(diào)整，快速完成CAM文件設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）。

圖3 多層印制板CAM數(shù)據(jù)文件示意圖

3.2.2 數(shù)控加工程序仿真

通過(guò)數(shù)控加工程序自動(dòng)仿真，仿真圖形如圖4所示，對(duì)CAM數(shù)控加工程序建立人工干預(yù)機(jī)制，預(yù)先直觀查看加工邏輯是否合理，同時(shí)還避免了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的加工缺陷如過(guò)切等現(xiàn)象的發(fā)生（見(jiàn)圖4）。

圖4 外形加工仿真圖形示例

3.2.3 數(shù)據(jù)自動(dòng)化集中存儲(chǔ)

通過(guò)在軟件中制定規(guī)則，將分散設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)自動(dòng)的集中在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于文件版本統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)自動(dòng)化集中存儲(chǔ)模式提高了設(shè)計(jì)文件版本迭代的及時(shí)性和唯一性，有利于科研生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)調(diào)用（見(jiàn)圖5）。

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)模型

3.3 建立CAM文件版本管理機(jī)制

通過(guò)建立CAM文件版本管理機(jī)制，形成了制度化、流程化的數(shù)據(jù)管理模式，并利用現(xiàn)有信息化平臺(tái)設(shè)計(jì)出了相應(yīng)的信息化管理系統(tǒng)。

3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

在MES平臺(tái)自行開(kāi)發(fā)CAM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件歸檔系統(tǒng)，對(duì)部門(mén)CAM設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理（見(jiàn)圖6）。

圖6 文件版本管理流程圖

組長(zhǎng)首先進(jìn)行派工，確定設(shè)計(jì)人員和審核人員。CAM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)完成以后，按照?qǐng)D紙版本和工藝流程卡版本進(jìn)行歸檔提交，審核人員按照相關(guān)設(shè)計(jì)要求和規(guī)范進(jìn)行審核，完成歸檔。計(jì)劃員根據(jù)MES訂單中顯示的齊套，相關(guān)工序可看到歸檔文件可下載。當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)中有多個(gè)版本歸檔文件時(shí)，可下載歸檔文件版本與訂單版本自動(dòng)匹配綁定，同版本文件只顯示最新一次上傳的內(nèi)容。

3.3.2 漲縮變形數(shù)據(jù)

針對(duì)微波多層印制板生產(chǎn)中材料漲縮問(wèn)題，制定了板材變形數(shù)據(jù)分析快速響應(yīng)方案，方案流程如圖7所示。在OA系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了漲縮數(shù)據(jù)變形記錄表，進(jìn)行流程管控。在MES平臺(tái)上開(kāi)發(fā)了漲縮數(shù)據(jù)管理功能，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的漲縮控制進(jìn)行系統(tǒng)化管理（見(jiàn)圖7）。

圖7 漲縮數(shù)據(jù)調(diào)整流程圖

測(cè)量人員按照工藝要求進(jìn)行X-RAY測(cè)量或二次元測(cè)量，在OA中填寫(xiě)測(cè)量數(shù)據(jù)并提交，工藝師接到測(cè)量值后根據(jù)加工工藝進(jìn)行分類(lèi)、確認(rèn)，提交后CAM設(shè)計(jì)人員按照工藝要求進(jìn)行CAM數(shù)據(jù)處理，此階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)依據(jù)訂單號(hào)作為一次有效數(shù)據(jù)在MES臨時(shí)文件歸檔頁(yè)面進(jìn)行歸檔相關(guān)工序加工操作人員可在訂單頁(yè)面下載對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)文件。完成歸檔后，OA系統(tǒng)自動(dòng)通知相關(guān)工序文件已齊套，可進(jìn)行生產(chǎn)，并可在后期進(jìn)行周期性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，掌握漲縮變化規(guī)律（見(jiàn)圖8）。

3.4 設(shè)計(jì)規(guī)范化的成效

針對(duì)印制板CAM設(shè)計(jì)工作中的需求，擬制了相關(guān)規(guī)范。如《印制板專(zhuān)業(yè)信息化工作流程》、《CAM設(shè)計(jì)規(guī)范》、《印制板電子審簽要素表》、《設(shè)計(jì)源文件審查操作規(guī)程》、《CAM文件設(shè)計(jì)、復(fù)核與工藝會(huì)簽表》、《CAM設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)流程》等，建立了MES現(xiàn)場(chǎng)試加工文件反饋、回傳機(jī)制。

CAM設(shè)計(jì)及相關(guān)自動(dòng)化腳本設(shè)計(jì)，統(tǒng)一了CAM設(shè)計(jì)方法，顯著提高了設(shè)計(jì)文件的一致性，提高了設(shè)計(jì)人員的時(shí)效性，同時(shí)減少了設(shè)計(jì)差錯(cuò)。

3.5 印制板設(shè)計(jì)仿真軟件功能開(kāi)發(fā)的應(yīng)用成效

開(kāi)發(fā)的INCAM一鍵式設(shè)計(jì)功能，成功應(yīng)用在所內(nèi)微波雙面板、微波多層板的設(shè)計(jì)制作中，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。

數(shù)控加工程序仿真作為一種預(yù)干預(yù)手段，在生產(chǎn)實(shí)際中得到應(yīng)用，降低了設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的錯(cuò)誤率，提高了產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)加工效率。

數(shù)據(jù)自動(dòng)化集中存儲(chǔ)在平時(shí)的設(shè)計(jì)工作中起著重要保障作用，避免了由于斷電等意外引起的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)丟失，提高了數(shù)據(jù)文件版本更新的及時(shí)性，便于數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一管理和資源共享。

3.6 CAM數(shù)據(jù)歸檔機(jī)制建立取得的成效

CAM數(shù)據(jù)歸檔機(jī)制，由于采用了制度化、流程化、信息化管理，從根本上解決了CAM設(shè)計(jì)文件版本管理和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞效率的問(wèn)題，提高數(shù)據(jù)復(fù)用性和數(shù)據(jù)傳遞及時(shí)性。

圖8 漲縮數(shù)據(jù)反饋界面

取得的效益：計(jì)劃周期明顯縮短。系統(tǒng)中同一版本數(shù)據(jù)文件可自動(dòng)綁定訂單，無(wú)需工藝人員重復(fù)審核，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間大幅降低；各工序加工所需的數(shù)據(jù)文件具有唯一性，調(diào)用錯(cuò)誤率明顯降低；加工操作員可根據(jù)生產(chǎn)令號(hào)從MES系統(tǒng)中下載，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)加工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取，操作工效顯著提高。

4 結(jié)語(yǔ)

印制板生產(chǎn)加工信息化管理只是取得了初步成效，我們將在現(xiàn)有的成果基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)展設(shè)計(jì)文件電子化工藝會(huì)簽、工藝數(shù)據(jù)管理、工藝設(shè)計(jì)等信息化研究及數(shù)據(jù)融合工作，完善流程，逐步實(shí)現(xiàn)工藝智能化，提高印制板工藝研究、工藝管理及工藝保障的綜合水平，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品加工質(zhì)量、效率的提升和成本的降低。