Xây dựng hệ thống thông tin quản lý hoạt động của các máy SMT trong dây truyền

- Nguyễn Văn Quang XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MÁY SMT TRONG DÂY TRUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hà Nội - 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI.
- Nguyễn Văn Quang XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MÁY SMT TRONG DÂY TRUYỀN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện Tử Viễn Thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- PHẠM VĂN TIẾN Hà Nội - 2011 1 Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan nội dung luận văn là công trình nghiên cứu của tôi và chưa từng được công bố trước đây.
- Luận văn có sử dụng các tài liệu và thông tin tham khảo được liệt kê trong danh mục phía cuối luận văn.
- 2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AOI Automated Optical Inspection Máy kiểm tra quang học CSDL Cơ sở dữ liệu DCS Distributed Control System Hệ thống điều khiển tập trung HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn bản IC Intergated Circuit Mạch tích hợp(Chip) LAN Local Area Network Mạng nội bộ ODBC Open Database Connectivity Kết nối cơ sở dữ liệu mở PC Personal Computer Máy tính PCB Printed Circuit Board Bản mạch in PHP Personal Home Page Một ngôn ngữ lập trình Web PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển Logic Lập trình được RF Radio Frequency Sóng vô tuyến SMD Surface Mounted Devices Linh kiện dán bề mặt SMT Surface Mounted Technology Công nghệ dán bề mặt SQL Structured Query Language Ngôn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Bảng Cơ sở dữ liệu Chain_table Bảng 2-2: Bảng Cơ sở dữ liệu History Bảng 2-3: Bảng Cơ sở dữ liệu Status Bảng 2-4: Bảng Cơ sở dữ liệu Diagram Bảng 2-5: Bảng Cơ sở dữ liệu Threshold DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Hình ảnh so sánh lắp ráp PCB theo công nghệ xuyên lỗ và SMT Hình 1-2: Rô bốt gắn chip Hình 1-3: Mẫu mặt nạ kim loại Hình 1-4: Thiết bị gắn chip SM421 của Samsung Hình 1-5: Hình ảnh kiểm tra sản phẩm sau quá trình hàn nhiệt bằng X-ray Hình 2-1: Hình ảnh file Log dạng .csv Hình 2-2: Hình ảnh file Log dạng .txt Hình 2-3: Kiến trúc cơ sở dữ liệu Oracle Hình 2-4: Cơ sở dữ liệu Oracle Hình 2-5: Tiến trình phục vụ cơ sở dữ liệu Hình 2-6: Cây phân tích cơ sở dữ liệu Hình 2-7: Thi hành các thông báo Hình 2-8: Nhận lại các thông báo Hình 2-9: Cấu trúc lưu trữ dữ liệu của Oracle Hình 2-10: Thành phần khối dữ liệu Hình 2-11: Thông tin và trạng thái của mỗi dây truyền sẽ được hiển thị trên giao diện WEB Hình 2-12: Mô hình hệ thống Hình 2-13: Lưu đồ thuật toán hàm tạo file ảnh Hình 2-14: Lưu đồ thuật toán hàm copy file Log và cập nhật bảng Chain_table....51 Hình 2-15: Lưu đồ thuật toán cập nhật dữ liệu bảng History Hình 2-16: Lưu đồ thuật toán tạo bảng Status Hình 2-17: Lưu đồ thuật toán cập nhật dữ liệu bảng Diagram Hình 2-18: Lưu đồ thuật toán tạo ảnh diagram mô tả trạng thái của dây truyền .....60 Hình 2-19: Lưu đồ thuật toán hàm Drawing Hình 2-20: Lưu đồ thuật toán hàm main Hình 3-1: Hiển thị khoảng thời gian thực hiện từng đoạn chương trình MỤC LỤC Lời Cam Đoan DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC MỞ ĐẦU NỘI DUNG CHƯƠNG 1.
- CÔNG NGHỆ SMT VÀ VẤN ĐỀ QUẢN TRỊ DÂY TRUYỀN..10 1.1 Giới thiệu về công nghệ SMT.
- 10 1.1.1 Khái niệm về công nghệ hàn linh kiện bề mặt SMT.
- 10 1.1.2 Các kĩ thuật đáng chú ý trong công nghệ SMT.
- 13 1.2 Lợi điểm khi sử dụng công nghệ SMT.
- 14 1.3 Vấn đề quản trị đối với một số dây truyền SMT.
- XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MÁY SMT TRONG DÂY TRUYỀN Cơ chế hoạt động của các máy SMT.
- 17 2.1.1 Cơ chế hoạt động.
- 17 2.2 Lựa chọn giải pháp các công cụ xây dựng chương trình.
- 21 2.2.1.2 Tại sao sử dụng PHP.
- 22 2.2.2 Cơ sở dữ liệu Oracle.
- 23 2.2.2.3 Việc lưu trữ dữ liệu của Oracle.
- 29 2.2.2.4 Khối dữ liệu (data block.
- 33 2.3 Xây dựng cơ sở dữ liệu.
- 34 2.3.1 Những tiêu chí chương trình cần đạt được.
- 34 2.3.2 Mô hình hệ thống và xây dựng Cơ sở dữ liệu.
- 44 2.4 Xây dựng thuật toán.
- 47 2.4.1 Xây dựng bảng Chain-table.
- 49 2.4.2 Xây dựng bảng History.
- 52 2.4.3 Xây dựng bảng Status.
- 54 2.4.4 Chương trình xây dựng bảng Diagram.
- 56 2.4.5 Chương trình tạo Diagram.
- 59 2.4.6 Chương trình hàm hiển thị ảnh main.
- ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 3.1 Đánh giá kết quả thu được của chương trình.
- 63 3.2 Vấn đề đáp ứng thời gian của hệ thống.
- 63 3.2.1 Các yêu cầu về đáp ứng thời gian.
- 63 3.2.1.1 Các đặc điểm của một hệ thống thời gian thực.
- 64 3.2.1.2 Xử lý thời gian thực.
- 67 3.2.2 Vấn đề thời gian thực của hệ thống quản lý hoạt động của các máy SMT trong dây truyền.
- 70 3.3.1 Tối ưu cơ sở dữ liệu và giải thuật giảm thời gian đáp ứng của hệ thống 71 3.3.2 Phát triển công cụ xuất ra các báo cáo tùy chọn.
- 72 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Máy SMT (Surface Mounted Technology) hay còn gọi là pick-and-place machines là một loại máy Robot được sử dụng để cắm, hàn các thiết bị, linh kiện lên bề mặt mạch in PCB(printed circuit board).
- Chúng có thể thao tác với tốc độ và độ chính xác cao như cắm các linh kiện điện tử như tụ điện, điện trở, IC… lên mạch in mà hầu hết chúng đều được sử dụng cho máy tính, thiết bị viễn thông, sản phẩm điện tử, công nghiệp điện tử, quân sự, vũ trụ… Bên cạnh việc tự động thao tác trên các mạch in như đã được lập trình trước, mỗi máy SMT có các đèn báo hiệu vẫn cần một nhân viên vận hành để quan sát trạng thái hoạt động của máy, điều này đôi lúc dẫn đến lãng phí nguồn nhân lực.
- Một thực tế khác là làm sao để có thế quan sát được trạng thái hoạt động của máy SMT dù đang làm việc ở một vị trí bất kì nào khác trong nhà máy.
- Trên cở sở các vấn đề nêu ra ở trên, tôi đã quyết định chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống thông tin quản lý hoạt động của các máy SMT trong dây truyền”.
- Lịch sử nghiên cứu Ngành công nghiệp chế tạo điện tử đã trải qua các bước phát triển khác nhau từ thấp đến cao theo trình độ phát triển của công nghệ đóng gói các linh kiện (Components).
- Khởi đầu từ công nghệ "through hole" nghĩa là "xuyên lỗ": các linh kiện được cắm tổ hợp lên bo mạch thông qua các lỗ xuyên trên mạch in hay PCB.
- Tất cả các linh kiện ở tất cả các chủng loại đều phải có chân đủ dài để có thể cắm xuyên qua bo mạch và mối hàn sẽ được thực hiện ở mặt bên kia thông qua lò hàn sóng (wave soldering) hoặc hàn tay.
- SMT là công nghệ mới nhất dùng để chế tạo các bo mạch trong ngành điện tử.
- Các linh kiện sẽ được gắp lên (pick up) khỏi các vị trí đặt linh kiện và đặt (place) vào vị trí đúng của nó trên bản mạch in.
- Các máy 8 SMT ngày nay bảo đảm cho việc gắp và cắm linh kiện được thực hiện với sai số cực nhỏ, do bởi các máy SMT là các máy cơ khí chính xác điều khiển bằng máy tính được trang bị những công nghệ hiện đại nhất như công nghệ xử lí ảnh...v.v.
- Ngày nay, một bo mạch-tùy vào yêu cầu sử dụng được thiết kế- mà có thể chế tạo theo công nghệ xuyên lỗ, hoặc theo công nghệ SMT, hoặc kết hợp cả hai.
- Việc áp dụng công nghệ SMT mang lại một trình độ sản xuất tự động hóa cao độ và mang lại năng suất cũng như sự linh động cực cao trong việc thay đổi model sản xuất.
- Bên cạnh sử dụng các công nghệ chính xác hiện đại, các máy SMT cũng được tích hợp các phần mềm đễ đưa ra các báo cáo (report) hoặc nhật ký (log file) của hệ thống, góp phần quản lý máy và tình trạng sản xuất dễ dàng, hiệu quả hơn.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn là xây dựng một giao diện web hiển thị trạng thái hoạt động của các máy SMT trong dây truyền giúp người vận hành có thể dễ dàng quản lý, dù họ đang trực tiếp vận hành hay ở bất kì đâu trong nhà máy, thậm chí ở bất kì chi nhánh nào của công ty, miễn là họ có máy tính nối với mạng sản xuất nội bộ.
- Do hạn chế về thời gian cũng như xem xét mức độ phù hợp với trình độ chuyên môn và nhu cầu thực tế, đề tài chỉ dừng lại ở việc quan sát trạng thái hệ thống, đưa ra các cảnh báo nhanh nhất để người vận hành kịp thời phát hiện và khắc phục, không đi sâu vào nghiên cứu tìm cách vận hành và điều khiển từ xa cho các máy SMT.
- Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới Các máy SMT được nạp chương trình bằng một máy tính gọi là PC, trong quá trình hoạt động, máy SMT cũng sẽ tạo ra các Log và lưu trên máy PC này.
- Trong Log file chứa thông tin về sản phẩm, tên sản phẩm, mã sản phẩm, thời gian sản xuất.
- Dựa trên thông tin của các file log, hệ thống mà luận văn nghiên cứu sẽ 9 đọc ra thông tin, ghi vào cơ sở dữ liệu, phân tích cơ sỏ dữ liêu để lập trình đưa ra phán đoán về tình trạng hoạt động của máy như máy đang dừng hay hoạt động, đã dừng hay đã hoạt động trong bao lâu.
- Đề tài nghiên cứu cũng cố gắng đưa ra các giải thuật để các kết quả đưa ra đáp ứng nhanh nhất có thể và coi nó như là thời gian thực.
- Bố cục và tóm tắt nội dung các chương như sau: Chương 1: Giới thiệu vế công nghệ SMT và đặt vấn đề Chương 2: Xây dựng chương trình quản lý để giải quyết vần đề đã nêu Chương 3: Đánh giá kết quản thu được và định hướng Phương pháp nghiên cứu Chương trình được xây dựng bắt đầu từ ý tưởng tận dụng các file nhật ký được tạo ra rải rác tại từng máy tính chuyên dụng của mỗi dây truyền SMT.
- Dựa trên các tài liệu hướng dẫn về máy SMT để tìm ra cách đọc thông tin từ các file nhật ký này.
- Khi đã có các thông tin từ file nhật ký của dây truyền thì đưa ra các mô hình giải thuật hợp lý nhất để phân định các trạng thái của dây truyền từ những thông tin đó.
- Việc xây dựng cơ sở dữ liệu và viết mã chương trình cũng được thực hiện từng bước.
- Sau mỗi kết quả mà chương trình có được, thực hiện việc so sánh các kết quả đó và những quan sát thực nghiệm thực tế để đưa ra những hiệu chỉnh phù hợp cho chương trình.
- CÔNG NGHỆ SMT VÀ VẤN ĐỀ QUẢN TRỊ DÂY TRUYỀN 1.1 Giới thiệu về công nghệ SMT 1.1.1 Khái niệm về công nghệ hàn linh kiện bề mặt SMT Công nghệ hàn linh kiện bề mặt là phương pháp gắn các linh kiện điện tử trực tiếp lên trên bề mặt của bo mạch (PCB).
- Các linh kiện điện tử dành riêng cho công nghệ này có tên viết tắt là SMD.
- Trong công nghiệp điện tử, SMT đã thay thế phần lớn công nghệ đóng gói linh kiện trên tấm PCB xuyên lỗ theo đó linh kiện điện tử được cố định trên bề mặt PCB bằng phương pháp xuyên lỗ và hàn qua các bể chì nóng.
- Lắp ráp linh kiện trên PCB theo công nghệ xuyên lỗ Theo công nghệ SMT Hình 1-1: Hình ảnh so sánh lắp ráp PCB theo công nghệ xuyên lỗ và SMT Công nghệ SMT được phát triển vào những năm 1960 và được áp dụng một cách rộng rãi vào cuối những năm 1980.
- Tập đoàn IBM của Hoa kỳ có thể được coi là người đi tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ này.
- Lúc đó linh kiện điện tử phải được gia công cơ khí để đính thêm một mẩu kim loại vào hai đầu sao cho có thể hàn trực tiếp chúng lên trên bề mặt mạch in.
- Kích thước linh kiện được giảm 11xuống khá nhiều và việc gắn linh kiện lên trên cả hai mặt của PCB làm cho công nghệ SMT trở lên thông dụng hơn là công nghệ gắn linh kiện bằng phương pháp xuyên lỗ, cho phép làm tăng mật độ linh kiện.
- Thông thường, mỗi linh kiện được cố định trên bề mặt mạch in bằng một diện tích phủ chì rất nhỏ, và ở mặt kia của tấm PCB linh kiện cũng chỉ được cố định bằng một chấm kem hàn tương tự.
- Vì lý do này, kích thước vật lý của linh kiện ngày càng giảm.
- Công nghệ SMT có mức độ tự động hóa cao, không đòi hỏi nhiều nhân công, và đặc biệt làm tăng công suất sản xuất.
- 1.1.2 Các kĩ thuật đáng chú ý trong công nghệ SMT 1.1.2.1 Kỹ thuật gắn chíp Các linh kiện SMDs, kích thước nhỏ, thường được chuyển tải tới dây truyền trên băng chứa (bằng giấy hoặc nhựa) xoay quanh một trục nào đó.
- Máy gắp chip được điều khiển số sẽ gỡ các chip trên khay chứa và đặt chúng lên trên bề mặt PCB ở nơi được quét kem hàn.
- Các linh kiện ở mặt dưới của bo mạch được gắn lên trước, và các chấm keo được sấy khô nhanh bằng nhiệt hoặc bằng bức xạ UV.
- Sau đó bo mạch được lật lại và máy gắn linh kiện thực hiện nốt các phần còn lại trên bề mặt bo.
- Hình 1-2: Rô bốt gắn chip 121.1.2.2 Quét hợp kim hàn Trên bề mặt mạch in không đục lỗ, ở những nơi linh kiện được gắn vào, người ta đã mạ sẵn các lớp vật liệu dẫn điện như thiếc-chì, bạc hoặc vàng – những chi tiết này được gọi là chân hàn (hay lớp đệm hàn).
- Sau đó, kem hàn, thường thấy dưới dạng bột nhão là hỗn hợp của hợp kim hàn (có thành phần khác nhau, tùy vào công nghệ và đối tượng hàn) và các hạt vật liệu hàn, được quét lên trên bề mặt của mạch in.
- Để tránh kem hàn dính lên trên những nơi không mong muốn người ta phải sử dụng một dụng cụ đặc biệt gọi mà mặt nạ kim loại (metal mask – hoặc stencil) làm bằng màng mỏng thép không gỉ trên đó người ta gia công, đục thủng ở những vị trí tương ứng với nơi đặt chíp trên bo mạch-bằng cách này, kem hàn sẽ được quét vào các vị trí mong muốn.
- Nếu cần phải gắn linh kiện lên mặt còn lại của bo mạch, người ta phải sử dụng một thiết bị điều khiển số để đặt các chấm vật liệu có tính bám dính cao vào các vị trí đặt linh kiện.
- Sau khi kem hàn được phủ lên trên bề mặt, bo mạch sẽ được chuyển sang máy đặt chíp (pick-and-place machine).
- Hình 1-3: Mẫu mặt nạ kim loại 131.1.2.3 Gia nhiệt – làm mát Sau khi quá trình gắp, gắn linh kiện hoàn tất, bo mạch được chuyển tới lò sấy.
- Đầu tiên các bo tiến vào vùng sấy sơ bộ nơi mà ở đó nhiệt độ của bo và mọi linh kiện tương đối đồng đều và được nâng lên một cách từ từ.
- Bo mạch sau đó tiến vào vùng với nhiệt độ đủ lớn để có thể làm nóng chảy các hạt vật liệu hàn trong kem hàn, hàn các đầu linh kiện lên trên bo mạch.
- Sức căng bề mặt của kem hàn nóng chảy giúp cho linh kiện không lệch vị trí, và nếu như bề mặt địa lý của chân hàn được chế tạo như thiết kế, sức căng bề mặt sẽ tự động điều chỉnh linh kiện về đúng vị trí của nó.
- Hình 1-4: Thiết bị gắn chip SM421 của Samsung 1.1.2.4 Kiểm tra và sửa lỗi Cuối cùng bo mạch được đưa sang bộ phận kiểm tra quang học để phát hiện lỗi bỏ sót linh kiện hoặc sửa các lỗivị trí của linh kện.
- Trong trường hợp cần thiết, chúng ta có thể lắp đặt thêm một số trạm kiểm tra quang học cho dây truyền công nghệ sao cho có thể phát hiện lỗi sau từng mỗi công đoạn.
- 14Ở công đoạn này chúng ta có thể sử dụng các máy AOI (automated Optical Inspection) quang học hoặc sử dụng X-ray.
- Các thiết bị này cho phép phát hiện các lỗi vị trí, lỗi tiếp xúc của các linh kiện và kem hàn trên bề mặt của mạch in.
- Hình 1-5: Hình ảnh kiểm tra sản phẩm sau quá trình hàn nhiệt bằng X-ray 1.2 Lợi điểm khi sử dụng công nghệ SMT • Linh kiện nhỏ hơn • Cần phải tạo ra rất ít lỗ trong quá trình chế tạo PCB • Quá trình lắp ráp đơn giản hơn • Những lỗi nhỏ gặp phải trong quá trình đóng gói được hiệu chỉnh tự động (sức căng bề mặt của kem hàn nóng chảy làm lệch vị trí của linh kiện ra khỏi vị trí của chân hàn trên bo mạch.
- Có thể gắn linh kiện lên trên hai mặt của bo mạch • Làm giảm trở và kháng của lớp chì tiếp xúc (làm tăng hiệu năng của các linh kiện cao tần.
- Tinh năng chịu bền bỉ hơn trong điều kiện bị va đập và rung lắc • Giá linh kiện cho công nghệ SMT thường rẻ hơn giá linh kiện cho công nghệ xuyên lỗ

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt