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

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 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 Lời Cam Đoan Tôi xin cam đoan nội dung luận văn cơng trình nghiên cứu tơi chưa cơng bố trước Luận văn có sử dụng tài liệu thông tin tham khảo liệt kê danh mục phía cuối luận văn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt AOI Tiếng Anh Tiếng Việt Máy kiểm tra quang học Automated Optical Inspection Cơ sở liệu CSDL DCS Distributed Control System Hệ thống điều khiển tập trung HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn IC Intergated Circuit Mạch tích hợp(Chip) LAN Local Area Network Mạng nội ODBC Open Database Connectivity Kết nối sở liệu mở PC Personal Computer Máy tính PCB Printed Circuit Board Bản mạch in PHP Personal Home Page Một ngơn ngữ lập trình Web PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển Logic Lập trình 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 Ngơn ngữ truy vấn mang tính cấu trúc DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Bảng Cơ sở liệu Chain_table 39 Bảng 2-2: Bảng Cơ sở liệu History 40 Bảng 2-3: Bảng Cơ sở liệu Status 41 Bảng 2-4: Bảng Cơ sở liệu Diagram 42 Bảng 2-5: Bảng Cơ sở liệu Threshold 43 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Hình ảnh so sánh lắp ráp PCB theo công nghệ xuyên lỗ SMT Hình 1-2: Rơ bốt gắn chip 10 Hình 1-3: Mẫu mặt nạ kim loại 11 Hình 1-4: Thiết bị gắn chip SM421 Samsung 12 Hình 1-5: Hình ảnh kiểm tra sản phẩm sau trình hàn nhiệt X-ray 13 Hình 2-1: Hình ảnh file Log dạng csv .18 Hình 2-2: Hình ảnh file Log dạng txt 19 Hình 2-3: Kiến trúc sở liệu Oracle 23 Hình 2-4: Cơ sở liệu Oracle 24 Hình 2-5: Tiến trình phục vụ sở liệu 25 Hình 2-6: Cây phân tích sở liệu 25 Hình 2-7: Thi hành thơng báo 26 Hình 2-8: Nhận lại thông báo 26 Hình 2-9: Cấu trúc lưu trữ liệu Oracle 29 Hình 2-10: Thành phần khối liệu 30 Hình 2-11: Thông tin trạng thái dây truyền hiển thị giao diện WEB 36 Hình 2-12: Mơ hình hệ thống 37 Hình 2-13: Lưu đồ thuật tốn hàm tạo file ảnh 47 Hình 2-14: Lưu đồ thuật toán hàm copy file Log cập nhật bảng Chain_table 50 Hình 2-15: Lưu đồ thuật tốn cập nhật liệu bảng History 52 Hình 2-16: Lưu đồ thuật tốn tạo bảng Status 54 Hình 2-17: Lưu đồ thuật toán cập nhật liệu bảng Diagram 57 Hình 2-18: Lưu đồ thuật tốn tạo ảnh diagram mơ tả trạng thái dây truyền .59 Hình 2-19: Lưu đồ thuật tốn hàm Drawing() 60 Hình 2-20: Lưu đồ thuật toán hàm main() .61 Hình 3-1: Hiển thị khoảng thời gian thực đoạn chương trình 69 MỤC LỤC Lời Cam Đoan .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .2 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC MỞ ĐẦU .6 NỘI DUNG CHƯƠNG CÔNG NGHỆ SMT VÀ VẤN ĐỀ QUẢN TRỊ DÂY TRUYỀN 1.1 Giới thiệu công nghệ SMT 1.1.1 Khái niệm công nghệ hàn linh kiện bề mặt SMT 1.1.2 Các kĩ thuật đáng ý công nghệ SMT 10 1.1.2.1 Kỹ thuật gắn chíp 10 1.1.2.2 Quét hợp kim hàn 11 1.1.2.3 Gia nhiệt – làm mát 12 1.1.2.4 Kiểm tra sửa lỗi 12 1.2 Lợi điểm sử dụng công nghệ SMT 13 1.3 Vấn đề quản trị số dây truyền SMT 14 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC MÁY SMT TRONG DÂY TRUYỀN .16 2.1 Cơ chế hoạt động máy SMT 16 2.1.1 Cơ chế hoạt động 16 2.1.2 Phân tích Log File máy 16 2.2 Lựa chọn giải pháp công cụ xây dựng chương trình 20 2.2.1 Ngơn ngữ lập trình Web PHP 20 2.2.1.1 Giới thiệu PHP 20 2.2.1.2 Tại sử dụng PHP 21 2.2.1.3 Những điểm mạnh PHP 21 2.2.2 Cơ sở liệu Oracle 22 2.2.2.1 Giới thiệu Oracle 22 2.2.2.2 Kiến trúc Oracle 22 2.2.2.3 Việc lưu trữ liệu Oracle 28 2.2.2.4 Khối liệu (data block) 29 2.2.2.5 EXTENT 31 2.2.2.6 SEMENT 32 2.2.2.7 TABLESPACE 32 2.3 Xây dựng sở liệu 33 2.3.1 Những tiêu chí chương trình cần đạt 33 2.3.2 Mơ hình hệ thống xây dựng Cơ sở liệu 36 2.3.2.1 Bảng Chain_table 38 2.3.2.2 Bảng History 39 2.3.2.3 Bảng Status: 40 2.3.2.4 Bảng Diagram: 41 2.3.2.5 Bảng Threshold: 43 2.4 Xây dựng thuật toán 46 2.4.1 Xây dựng bảng Chain-table 48 2.4.2 Xây dựng bảng History 51 2.4.3 Xây dựng bảng Status 53 2.4.4 Chương trình xây dựng bảng Diagram 55 2.4.5 Chương trình tạo Diagram 58 2.4.6 Chương trình hàm hiển thị ảnh main() 61 CHƯƠNG TRIỂN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT 62 3.1 Đánh giá kết thu chương trình 62 3.2 Vấn đề đáp ứng thời gian hệ thống 62 3.2.1 Các yêu cầu đáp ứng thời gian 62 3.2.1.1 Các đặc điểm hệ thống thời gian thực: 63 3.2.1.2 Xử lý thời gian thực 64 3.2.1.3 Phương pháp lập lịch 66 3.2.2 Vấn đề thời gian thực hệ thống quản lý hoạt động máy SMT dây truyền 68 3.3 Định hướng phát triển 69 3.3.1 Tối ưu sở liệu giải thuật giảm thời gian đáp ứng hệ thống 70 3.3.2 Phát triển công cụ xuất báo cáo tùy chọn 71 3.3.3 Phát triển ứng dụng điều khiển 71 KẾT LUẬN .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Máy SMT (Surface Mounted Technology) hay gọi pick-and-place machines loại máy Robot sử dụng để cắm, hàn thiết bị, linh kiện lên bề mặt mạch in PCB(printed circuit board) Chúng thao tác với tốc độ độ xác cao cắm linh kiện điện tử tụ điện, điện trở, IC… lên mạch in mà hầu hết chúng sử dụng cho máy tính, thiết bị viễn thơng, sản phẩm điện tử, công nghiệp điện tử, quân sự, vũ trụ… Bên cạnh việc tự động thao tác mạch in lập trình trước, máy SMT có đèn báo hiệu cần nhân viên vận hành để quan sát trạng thái hoạt động máy, điều đơi lúc dẫn đến lãng phí nguồn nhân lực Một thực tế khác để quan sát trạng thái hoạt động máy SMT dù làm việc vị trí khác nhà máy Trên cở sở vấn đề nêu trên, định chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống thông tin quản lý hoạt động máy SMT dây truyền” Lịch sử nghiên cứu Ngành công nghiệp chế tạo điện tử trải qua bước phát triển khác từ thấp đến cao theo trình độ phát triển cơng nghệ đóng gói linh kiện (Components) Khởi đầu từ công nghệ "through hole" nghĩa "xuyên lỗ": linh kiện cắm tổ hợp lên bo mạch thông qua lỗ xuyên mạch in hay PCB Tất linh kiện tất chủng loại phải có chân đủ dài để cắm xuyên qua bo mạch mối hàn thực mặt bên thơng qua lị hàn sóng (wave soldering) hàn tay SMT công nghệ dùng để chế tạo bo mạch ngành điện tử Các linh kiện gắp lên (pick up) khỏi vị trí đặt linh kiện đặt (place) vào vị trí mạch in Các máy SMT ngày bảo đảm cho việc gắp cắm linh kiện thực với sai số cực nhỏ, máy SMT máy khí xác điều khiển máy tính trang bị cơng nghệ đại cơng nghệ xử lí ảnh v.v Ngày nay, bo mạch-tùy vào yêu cầu sử dụng thiết kế- mà chế tạo theo cơng nghệ xun lỗ, theo công nghệ SMT, kết hợp hai Việc áp dụng cơng nghệ SMT mang lại trình độ sản xuất tự động hóa cao độ mang lại suất linh động cực cao việc thay đổi model sản xuất Bên cạnh sử dụng cơng nghệ xác đại, máy SMT tích hợp phần mềm đễ đưa báo cáo (report) nhật ký (log file) hệ thống, góp phần quản lý máy tình trạng sản xuất dễ dàng, hiệu Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn xây dựng giao diện web hiển thị trạng thái hoạt động máy SMT dây truyền giúp người vận hành dễ dàng quản lý, dù họ trực tiếp vận hành hay đâu nhà máy, chí chi nhánh cơng ty, miễn họ có máy tính nối với mạng sản xuất nội Do hạn chế thời gian xem xét mức độ phù hợp với trình độ chun mơn nhu cầu thực tế, đề tài dừng lại việc quan sát trạng thái hệ thống, đưa cảnh báo nhanh để người vận hành kịp thời phát khắc phục, khơng sâu vào nghiên cứu tìm cách vận hành điều khiển từ xa cho máy SMT Tóm tắt đọng luận điểm đóng góp Các máy SMT nạp chương trình máy tính gọi PC, q trình hoạt động, máy SMT tạo Log lưu máy PC Trong Log file chứa thông tin sản phẩm, tên sản phẩm, mã sản phẩm, thời gian sản xuất Dựa thông tin file log, hệ thống mà luận văn nghiên cứu đọc thông tin, ghi vào sở liệu, phân tích sỏ liêu để lập trình đưa phán đốn tình trạng hoạt động máy máy dừng hay hoạt động, dừng hay hoạt động Các kết hiển thị trực quan giao diện web Đề tài nghiên cứu cố gắng đưa giải thuật để kết đưa đáp ứng nhanh coi thời gian thực Bố cục tóm tắt nội dung chương sau: Chương 1: Giới thiệu vế công nghệ SMT đặt vấn đề Chương 2: Xây dựng chương trình quản lý để giải vần đề nêu Chương 3: Đánh giá kết quản thu định hướng Phương pháp nghiên cứu Chương trình xây dựng ý tưởng tận dụng file nhật ký tạo rải rác máy tính chuyên dụng dây truyền SMT Dựa tài liệu hướng dẫn máy SMT để tìm cách đọc thơng tin từ file nhật ký Khi có thơng tin từ file nhật ký dây truyền đưa mơ hình giải thuật hợp lý để phân định trạng thái dây truyền từ thơng tin Việc xây dựng sở liệu viết mã chương trình thực bước Sau kết mà chương trình có được, thực việc so sánh kết quan sát thực nghiệm thực tế để đưa hiệu chỉnh phù hợp cho chương trình 2.4.6 Chương trình hàm hiển thị ảnh main() Đây phần chương trình lập giao diện web để máy trạm kết nối tới web server thị trạng thái dây truyền mà hệ thống vừa phân tích Bắt đầu hàm main() Kết nối sở liệu Sắp sếp bảng chain_table theo thứ tự Chain_no i=1 Đọc ghi i Chain_table i ghi cuối cùng? S Đ Đọc tên dây truyền thứ i; Hiển thị fille ảnh tương ứng với dây truyền thứ i i=i+1 Hình 2-20: Lưu đồ thuật toán hàm main() 61 Kết thúc hàm main() CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Đánh giá kết thu chương trình Trên sở phân tích thiết kế trình bày chương 2, hệ thống xây dựng có kết định, góp phần hộ trợ cho công việc giám sát dây truyền sản Thay cần có kĩ thuật viên thường xuyên có mặt trực tiếp dây truyền để giám sát họ làm việc qua mạng việc truy cập vào địa web nội bộ, nơi mà trạng thái dây truyền SMT cập nhật hiển thị cách trực quan nhất, dễ nhận biết Thay làm báo cáo viết nhật ký hệ thống giấy họ truy cập vào trang web hệ thống để nhìn nhận cách trực quan nhật ký hệ thống thời điểm theo yêu cầu Những nhật ký trạng thái hệ thống khoảng thời gian xa so với khơng cịn hiển thị giao diện web tìm lại dựa vào ghi bảng History hệ thống Cũng từ chương trình này, việc quản lý liệu dây truyền trở nên dễ dàng, tập trung nhanh chóng 3.2 Vấn đề đáp ứng thời gian hệ thống 3.2.1 Các yêu cầu đáp ứng thời gian Trong hệ thống truyền thơng tin nói chung vấn đề đáp ứng theo thời gian mà mặt kĩ thuật người ta gọi vấn đề thời gian thực có ý nghĩa quan trọng yếu tố để đánh giá hiệu chất lượng hệ thống Có nhiều quan điểm xung quanh định nghĩa hệ thống thời gian thực.Một quan điểm ủng hộ trích dẫn nhiều Stankovic (John A Stankovic et al.: “Strategic Directions in Real-Time and Embedded Systems” ACM Computing Surveys, Vol 28, No 4, December 1996) Theo đó: hệ thời gian thực hệ thống mà hoạt động tin cậy khơng phụ thuộc vào 62 xác kết quả, mà cịn phụ thuộc vào thời điểm đưa kết quả, hệ thống có lỗi yêu cầu thời gian không thoả mãn Trong báo tiếng khác (“Misconceptions About Real-Time Computing”, IEEE Computer, 21(10), Oct 1988.), Stankovic số quan niệm sai lầm khái niệm thời gian thực Ví dụ, khái niệm hệ thời gian thực không đồng nghĩa với khái niệm hệ xử lý tốc độ cao, xử lý nhanh Nếu ta cho rằng, phải ứng dụng điều khiển có yêu cầu thời gian tính tốn nhanh gọi điều khiển thời gian thực, câu hỏi đặt là: gọi nhanh? Ta thống là, cỡ vài micro-giây nhanh, nhiên vài chục micro-giây sao, trăm micro-giây sao? Nếu trăm micro-giây gọi nhanh, 101, 102, có nhanh khơng? Các hệ điều khiển với chu kỳ trích mẫu 5ms, ms, 7ms có gọi hệ thời gian thực hay khơng? Có thể nói cách nơm na, tính thời gian thực khả đáp kịp thời xác Và ta hồn tồn định nghĩa kịp thời theo bốn yêu cầu khác nhau, giả sử kiện diễn t0 phản ứng hệ thống thời điểm t • Trường hợp 1: t0 < t1 =t, phản ứng xảy xác thời điểm t1 • Trường hợp 2: t0