电子装联设备交互信息模型应用实施指南

电子装联设备交互信息模型应用实施指南 工业互联网产业联盟（AII） 2024年10月 声明 本报告所载的材料和信息，包括但不限于文本、图片、数据、观点、建议，不构成法律建议，也不应替代律师意见。本报告所有材料或内容的知识产权归工业互联网产业联盟所有（注明是引自其他方的内容除外），并受法律保护。如需转载，需联系本联盟并获得授权许可。未经授权许可，任何人不得将报告的全部或部分内容以发布、转载、汇编、转让、出售等方式使用，不得将报告的全部或部分内容通过网络方式传播，不得在任何公开场合使用报告内相关描述及相关数据图表。违反上述声明者，本联盟将追究其相关法律责任。 工业互联网产业联盟联系电话：010-62305887 邮箱：aii@caict.ac.cn 前言 近年来，工信部等部门深入贯彻落实党中央、国务院决策部署，深入实施工业互联网创新发展行动系列工程计划，扎实推进新型工业化，全力促进工业经济高质量发展。信息模型是工业互联网世界的普通话，是数据融合互通互操作的基础，在工业人工智能、数据治理等方面发挥着重要作用，是工业互联网规模化发展的关键技术。 电子制造是工业互联网、信息模型的重点应用领域。电子制造设备数据融合互通是指设备间的数据流转共享和资源协同互动，是以数据为驱动实现电子制造设备数字化改造和大规模更新的根本。面向电子元器件组装的电子装联是典型的电子制造过程，电子装联设备包括物理信息、属性信息和动静态工作状态等数据，当前，电子装联设备数据融合互通面临多源异构数据应用难、数据质量低下、系统集成成本高等挑战。有必要开展电子装联设备交互信息模型研究工作，推动设备数据互操作，支撑设备更新升级，服务新型工业化。为加速推动电子装联工厂数字化转型由点状探索迈向规模化普及，由工业互联网产业联盟指导，会同政、产、学、研、用各方于2022年编制《工业互联网电子装联设备交互信息模型》标准，为进一步推进标准应用落地，研究编制了本指南，旨在为电子装联数字化工厂建设过程的数据互操作、数据智能化应用、系统构建和组织实施提供参考方法。后续还将根据实践情况和各界反馈意见，适时修订更新，通过不断释放信息模型驱动的数据智能化服务价值，促进电子装联持续向高端化、智能化 和绿色化迈进。 指南共分为七个章节：第一章为总则。第二章从电子装联行业标准化发展现状出发，梳理电子装联设备交互信息模型应用需求，形成第三章的应用实施架构。第四章、第五章深入剖析电子装联设备交互信息模型实施路径、应用场景。第六章展望与建议。最后，指南给出了电子装联设备交互信息模型及应用案例，供行业参考。 组织单位：工业互联网产业联盟 编写单位：华为机器有限公司、中国信息通信研究院、中兴通讯股份有限公司、台达电子企业管理（上海）有限公司、中电科普天科技股份有限公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、华为云计算技术有限公司、中控技术股份有限公司、中科斯欧（合肥）科技股份有限公司、卡奥斯创智物联科技有限公司、联合智造（北京）科技发展有限公司、北京邮电大学、中国科学院沈阳自动化研究所、施耐德电气有限公司、湖北坤盈数字科技有限公司、新元星宇数联通信技术有限公司。 起草人：孔超、余思聪、王莹东、史建卫、黄颖、杨德波、魏东、尤昉、任涛林、郭小龙、王刚、陈军、王逢春、赵艳领、刘宗勇、张海城、张振、于万钦、周德营、路东、曾敬嘉、辛敏洁、曾军、滕颖蕾、钟远凡、刘阳、公彦杰、张誉、盖平。 目录 前言4 一、总则1 （一）适用范围1 （二）编制目的1 二、背景2 （一）电子装联设备信息交互现状2 （二）电子装联设备信息交互架构3 （三）应用实施标准概述4 三、应用实施架构6 四、应用场景8 （一）生产要素校验8 （二）Recipe集中管控9 （三）设备参数动态调优10 （四）生产现场可视11 （五）质量追溯11 五、组织实施12 （一）基本原则12 （二）实施流程13 六、展望与建议18 （一）展望18 （二）建议19 附录一信息模型概述20 （一）信息模型内涵20 （二）电子装联设备信息模型21 附录二行业应用案例28 案例（一）华为制造APC闭环控制系统28 案例（二）中兴SMT智能调度运营案例30 案例（三）台达供应链上游设备互操作性34 案例（四）卡奥斯创智物联电子装联MOM解决方案37 案例（五）联合智造电子装联路由器制造工厂40 附录三专业术语解释43 （一）中文专业名词43 （二）英文专业名词43 附录四规范性引用文献45 一、总则 （一）适用范围 电子制造业通常指计算机、通信和其他电子设备制造业【国民经济行业分类（GB/T4754—2017）行业代码39】，主要涉及计算机、通信设备、广播电视设备、雷达及配套设备、智能消费设备、半导体等电子产品的加工制造。该行业涉及产品种类繁多，生产形式多样，既包括精密半导体器件的刻蚀加工和测试封装，也包括核心电路板的贴片加工和组装测试，同时下游又涉及计算机、汽车、手机等各类终端消费品的组装生产。本指南聚焦电子制造领域，对AII/013-2023 《工业互联网电子装联设备交互信息模型》标准（以下简称“信息模型标准”）的应用实施进行指导，覆盖电子装联产品生产普遍涉及的印刷电路板贴片、插件、组装、测试、包装、厂内物流等关键环节，针对各环节的设备交互给出具体的信息标准化建模方法和信息模型部署方案。 （二）编制目的 本指南旨在为电子装联实施新型工业化发展战略提供思路，支撑电子装联设备数字化联网和大规模设备升级更新。通过对电子装联数据融合现状、数据互操作需求、应用场景、应用架构、组织实施和实践案例等方面的系统分析，提出电子装联数据互操作建设方法论和实施路径，统一电子装联过程的信息描述、数据建模和数据管理方式。 二、背景 （一）电子装联设备信息交互现状 电子装联是指按照电子装备总体设计技术要求，通过一定的连接技术和连接用辅料，将各种光电元器件、部件和组件等在电气上互连成具有特定功能和技术性能的电子产品的过程，是印刷电路板等电子产品的核心制造过程。电子装联属于精细制造范畴，包含焊接、贴片、插件、装配等多种装联工序，工序间的信息交互直接影响最终产品的可靠性和稳定性，各级工序互联对信息交互的标准化有严格的要求。 当前，电子装联标准主要集中在设备联网和数据集成方面，以国际标准化组织制定的标准为主。电子装联常用的EtherCAT和Profibus标准由德国企业组织编制，其中，EtherCAT是一种实时以太网协议，因具有高保真数据传输、准确定时和高性能等优势，并且可扩展性强等特点主要应用于机器人、工厂自动化和自动控制应用。Profibus是一种开放式工业网络协议，因具有高性能、高速传输和可靠性等特点，可以支持各种不同传感器、执行器和其他设备的链接。国际电子工业联接协会IPC于2019年推出支持产线信息集成的IPC-2591CFX以及支持M2M的IPC-9852Hermes（替代原IPC-9851SMEMA）协议，作为电子装配过程系统间进行全向信息交换的数据集成规范得到广泛推广。 随着数字化、智能化电子装联需求不断增加，产业关注重点由设备联网转变为设备信息交互和数据互操作。尽管如此，面向电子装联的设备、设备与系统、系统与系统间的数据互通互操作困难，为电子装联产线的数字化改造带来挑战，具体表现在以下三个方面。一是制造设备往往由若干物理参数、各类异构的属性信息等组成，数据采集、处理和交互标准缺失；二是设备间通信协议多样，协议间兼容性差， 设备互联难度大；三是不同设备商采用不同的硬件和软件设计，导致设备之间的兼容性差，需要配套不同调试方案，需要多人协作才能完成调试工作，电子装联厂商需花费高昂成本对进场设备进行数据功能调试。 在工业互联网产业联盟的组织下，电子装联企业、设备供应商、技术研发机构、系统集成商等合作，从工业数据互操作视角出发，编制并发布《工业互联网电子装联设备交互信息模型》标准。期望通过信息模型标准的实施降低电子装联设备信息交互成本。 （二）电子装联设备信息交互架构 电子装联设备包括生产制程设备、辅助设备、物流设备、组装设备、测试设备等。设备交互信息主要指制造控制系统处理的重量、单位比率、温度等参数信息，以及控制器、传感器和执行器的状态、事件、操作、行为等属性信息。电子装联设备通信架构如图1所示，在电子装联工厂通信架构中，设备与设备工控系统间相互通信，建立信息采集上报和远程控制等能力。 图1典型电子装联工厂设备通信架构 信息采集上报能力：设备通过传感器、条码采集器，控制器等采集设备状态参数、产品及物料条码、设备状态参数、关键工艺参数、设备异常告警等信息，并将采集到的信息通过交互方式向主机上报。 远程控制能力：工业互联网平台根据设备上报的信息，通过信息交互方式对设备实施控制，达到让设备按预期加工产品的目的。如，调整设备工艺参数、切换Recipe、控制设备启动或停止产品加工等功能。 表1典型电子装联工厂参与设备信息交互的对象 序号 对象类型 具体内涵 1 工业互联网平台 生产管理和控制、以及数据分析等集成制造系统 2 协议转换器 1）将设备采集到的数据按转换成交互模型定义的标准格式上报给工业互联网平台 2）按交互模型中定义的格式接收控指令，转换设 备侧的各种异构接口与设备工控软件交互 3 设备 设备硬件：提供产品制程能力控制器、条码采集器、传感器：提供数据获取能力及指令接收能力设备工控软件：按自有接口上报数据及接收控制指令 （三）信息模型标准概述 《工业互联网电子装联设备交互信息模型》标准规定了电子装联行业生产设备与上层制造应用系统的交互信息模型，适用于电子装联生产设备的平台化管理和集中监控，并为生产设备设计、开发和采购提供物联数字化参考。 信息模型标准针对电子装联过程的生产设备与主机之间交互的信息进行标准化建模，涵盖生产设备与主机之间交互的4个环节、10 种交互场景，定义设备联机状态管理模型、设备登录管理模型、设备控制状态模型、设备数据上报模型、物料管理模型、工具管理模型、Recipe管理模型、警报管理模型、设备生产状态管理模型、产品生产状态管理模型共10类信息模型，信息模型与生产环节的对应关系如图2所示。 图2工业互联网电子装联设备交互信息模型 1)设备联机状态管理模型 设备联机状态管理模型定义了设备与主机间建立通信连接所处的各阶段/场景，包括主机请求设备联机、设备上报联机状态、设备或主机请求心跳子模型。 2)设备登录管理模型 登录管理模型定义操作员在设备上登录和登出的过程信息模型。 3)设备控制状态模型 设备控制状态管理模型定义设备与主机间控制模式切换与管理，包括主机请求设备控制状态切换、设备上报控制状态子模型。 4)设备数据上报模型 设备数据上报模型定义主机查询设备、主机下发设备数据采集任 务、以及设备周期性上报数据的过程信息模型。 5)物料管理模型 物料管理模型定义物料搬运、上载到设备，到从设备卸载、搬离的过程信息模型。 6)工具管理模型 工具管理模型定义生产工具搬运、上载到设备，到从设备上卸载、搬离的过程信息模型。 7)Recipe管理模型 Recipe管理模型定义用户在设备/管理软件中创建、修改、选中、获取、修改、删除设备Recipe的过程信息模型。 8)警报管理模型 警报管理模型定义设备警报发生及消除两种场景下的过程信息模型。 9)设备生产状态管理模型 设备生产状态管理模型定义设备在RUN、DOWN、IDLE、PM等不同状态，以及对应子状态下信息模型。 10)产品生产状态管理模型 产品生产状态管理模型定义设备加工产品的全过程，从产品上载到设备开始，产品离开设备结束加工为终止的过程信息模型。 三、应用实施架构 电子装联设备交互信息模型在产线边缘层、平台层和应用层均可部署，基于此，可将应用架构可分为边缘设备层、生产系统层、业务 应用层，如图3所示。 图3实施架构 1)边缘层 通过数字技术及信息化手段，实现设备模型的抽象，使能设备数据采集及远程控制。通过各种通信