简介
Karl Dietz从未撰写过关于自动化及智能工厂的文章，但自20世纪80年代初期以来，这些主题一直是大型OEM优先考虑的要事。在设计和建造惠普公司位于加州森尼维尔的PCB制造工厂后，我开始参与自动化规划。这是第一个集合计算机过程控制和管理规划能力的制造设施。不久之后，我开始担任惠普的自动化顾问，为其计算机、软件和数据采集系统产品线引入制造生产力网络（Manufacturing Productivity Network ，简称MPN）。
启动流程
智能工厂是逐步实现的；从全面的商业计划开始，为企业描绘出未来的发展路线图。该路线图分为6个阶段(图1)：
1.环境评估
2.项目策略
3.概念设计
4.详细设计和需求规范
5.开发
6.实施
图1：智能工厂的6个规划阶段 [1]
机械化是20世纪八九十年代自动化的主要焦点，其重点是机器人操作和连续的产品流。工业4.0的重点是传感器、数据收集、数据融合、数据分析、商业智能/纠正措施以及预测（数字孪生）或系统化。如图2所示，现在的重点是各种形式的分析和优化。
图2：智能工厂的重点是数据收集、融合和分析[2]
智能工厂协议
当考虑电子制造工厂中的自动化和数据时，有3个协议标准脱颖而出(图3)：
- PLC协议
- IPC-CFX
- SEMI SECS/GEM协议
图3：电子制造车间基本上采用PLC、CFX和SECS/GEM3个标准协议
PLC协议
可编程逻辑控制器（PLC）诞生于20世纪60年代，并在使用和普及方面稳步增长。
如西门子和Allen Bradley推行的PLC具有广泛的联网能力，使用至少6~8种开放但专有的信息传递协议，其中ModBus TCP最受欢迎。这些PLC用于自动化协议，如图3所示。
PLC最流行的4种协议是：
1.ModBus TCP
2.Profinet
3.OPC-UA
4.MAPS
图4：IPC-CFX是开放、免费的M2M电子组装协议标准[2-3]
IPC-CFX/HERMES
针对电子组装工厂，300多家IPC企业会员于2018年共同创建了互联工厂数据交换标准（Connected Factory Exchange ，简称CFX）。IPC-2591是电子组装 “即插即用”连接的开源标准。
该标准为即插即用工业物联网建立了3个关键要素：
- 一种使用AMQP的信息协议。
- 使用JSON的编码机制。
- 创建元素结构化主题和信息的特定内容。
这些元素允许创建自动决策、仪表板显示、警报和报告。图5显示了在降低成本的同时提高生产效率、产能规划和质量的应用。它允许对元器件（IPC-1782）和设计反馈（IPC-2581）进行全面跟踪。
图5：CFX通过组装连接到工厂和企业的解决方案，推动电子组装工业4.0数字集成[3]
典型的CFX如图6所示。IPC已经建立了“CFX信息提交流程”，这是一种为CFX标准添加/编辑新信息的方法，允许该标准不断发展并被更多的设备和工艺应用，甚至还有用于手工焊接的CFX数据。
为了方便调整设备和应用程序，有适用于Windows、.Net、Linux、LabVIEW、JAVA等免费软件开发工具包（Software Development Kits, SDK）。已经有数百台设备使用本地 CFX进行调整和演示。图6是CFX SDK生命周期的概览。IPC委员会的目标是促进功能完备的工业4.0数字制造世界。
示例（图6）
图6：CFX使组装设备能够相互通信，并将重要数据上传至管理软件，以获得更高的质量和生产率[4]
IPC-CFX标准允许将检测数据（2）和设备数据（3）上传到MEM软件，其中补偿数据（2）和校正数据（2）被确定并下载到丝网印刷设备和贴装设备，以提高质量并减少停机时间。
SEMI的SECS/GEM
第三个标准协议是SEMI的SECS/GEM。该标准由半导体行业（SEMI）于20世纪八九十年代开发，并不断更新。有超过900项英语SEMI标准，还有韩语、日语和中文标准。SEMI也有针对其他行业的标准，包括光伏和液晶显示器制造。这些标准是开放和非专有的。SEMI标准有助于建立PCB制造协议的信息和响应。与IC制造一样，PCB工艺属于热力学，因此IC制造模型对于PCB厂非常有帮助，并且不同于运动式的PCB组装模型。它更新了当前的无线网络和安全性，是一个额外的PCB自动化模型。中国台湾印制电路协会（Taiwan Printed Circuit Association ，简称TPCA）正在开发PCB制造标准；其模型如图7所示。
图7：TPCA正在为SEMI开发PCB工艺协议标准[5]
SEMI有PCB制造和组装咨询委员会，致力将整个电子供应链连接成为一个数字线程。由于可访问性、原创性和安全性，SEMI正在将“分布式账本技术”（区块链）视为其通用设备模型（GEM-E30）协议中可能包含的技术。可在其网站上查找SEMI标准[6]。
结论
《印制电路制造中的自动化和高阶制程》[1]详细介绍了自动化规划方法。通过将所有工作分解为在不同层次和级别上，工人、设备为机械化和系统化所花费的时间，可以很容易地为新阶段制定计划。从一个操作到另一个操作的材料搬运(图8) 以及信息的网络化是有基准的。
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