用於裝配印刷電路板的方法和系統與流程

2023-04-25 19:39:02

本發明涉及一種用於裝配印刷電路板的方法和系統。在此，以具有多個裝配線的裝配系統為前提，所述裝配線分別被設立為給印刷電路板裝配器件。

背景技術：

一個電子組件包括印刷電路板和機械地並且電地固定在所述印刷電路板上的器件。為了製造完成了的印刷電路板，所述器件藉助於裝配自動機（拾取與貼裝設備（pickandplace））放在印刷電路板上，並且緊接著在回焊爐中與所述印刷電路板焊接。可以在裝配線的範圍內相繼經過多個裝配自動機。為了製造多個印刷電路板，可以使用包括多個裝配線的裝配系統。

裝配自動機只能裝備預先確定的數目的不同的器件類型。器件類型在裝配自動機上的組合被稱作裝備（ruestung）。利用所述裝備只能生產有限數目個不同的印刷電路板。然而，通常應該生產比藉助於裝備而可能的印刷電路板類型更多的不同的印刷電路板類型的印刷電路板，使得所述裝備在生產期間必須被改變。

改裝、即用另一裝備更換在裝配自動線上的裝備，雖然不是花費特別高的過程，然而為此使用能更換的裝備臺（更換臺），所述裝備臺昂貴，而且所述裝備臺的先前的用預先確定的器件類型的器件的裝配可能是費時並且費力的。

因而，通常力求提供至少一個固定裝備以及儘可能少的可變裝備。在此，將器件類型分配到固定裝備大多在預先確定的規劃周期（所述規劃周期例如可以為大約6到12個月）內保持恆定。可變裝備在它們的器件類型組合方面通常保持短得多地、例如大約1到5天不改變。

針對不同的印刷電路板類型的應該藉助於裝配線裝配的給定數量的印刷電路板，通常嘗試確定如下固定裝備，所述固定裝備使得裝配儘可能多的印刷電路板或印刷電路板類型成為可能。

de102012220904a1涉及一種用於確定針對裝配線的儘可能有利的固定裝備的方法。然而，該方法不考慮：一個裝配系統的多個裝配線理想地應該在它們的被分配的印刷電路板類型方面彼此進行協調，以便儘可能高效地構建不同印刷電路板類型的印刷電路板的並行生產。因而，在將該方法相繼應用到一個裝配系統的多個裝配線上時，可能得到不利的分配，所述分配可能使該系統的一部分生產能力沒有被使用。

技術實現要素：

本發明所基於的任務在於，說明用於裝配印刷電路板的一種經改善的方法、一種電腦程式產品和一種系統，所述印刷電路板允許在具有多個裝配線的裝配系統上更高效地進行裝配。本發明藉助於獨立權利要求的主題來解決該任務。從屬權利要求重現優選的實施方式。

為了在具有多個裝配線的裝配系統上裝備印刷電路板，設置具有所屬的裝備的裝備族，其中每個裝備族都分配有大量印刷電路板類型而每個所分配的裝備都分配有大量器件類型，使得一個裝備族的印刷電路板類型的印刷電路板可以藉助於所述裝備的器件類型的器件在裝配線上裝配。一個裝備的器件類型的器件的存貨可以藉助於在裝配線上的裝備臺來提供。在此，在裝配線上，可變裝備的裝備臺只使用一次，而固定裝備的裝備臺使用多次。

所述可變裝備為了裝配預先確定的數量的印刷電路板類型而在一個或多個裝備臺上實現，其方式是所述裝配臺配備有所需器件的存貨。緊接著，可變裝備被安裝在裝配線上，印刷電路板被裝配並且可變裝備又從所述裝配線被除去。然後，所述可變裝備至少被拆除或改裝。沒有規定對所述可變裝備（即在相同的配置下的裝備臺）的進一步的使用。

固定裝備以相同的方式在一個或多個裝備臺上實現並且被安裝在裝配線上，以便裝配預先確定的印刷電路板類型。然而，在所述裝配結束之後，所述固定裝備沒有被拆除，而是隨時準備好，以便在相同的配置下重新在裝配線上被使用。通常在規劃周期（所述規劃周期例如可以為大約6到12個月）之內不執行固定裝備的改變。所述固定裝備可以在這段時間之內非常頻繁地被用在一個裝配線上或者被用在更換的裝配線上。在同一固定裝備的兩次使用之間，可以在裝配線上安裝一個或多個可變或固定裝備。

用於裝配印刷電路板的方法包括如下步驟：檢測分別用於給一個印刷電路板類型的件數個印刷電路板裝配預先確定的器件類型的器件的訂單；將所檢測到的訂單的印刷電路板類型分配到預先確定的數目個固定裝備-裝備族；優化所述分配，使得關於裝配系統的所有裝配線的特性值儘可能被優化；而且在使用所確定的固定裝備之一的情況下在所述裝配線之一上裝配所述印刷電路板。

通過對將印刷電路板分配到裝配線的所述優化，該裝配系統可以以經改善的方式來充分利用。通過考慮被分配給整個裝配系統的特性值，總生產率可能比均衡地運行所述裝配線更重要。在充分利用下的不適宜性可以稍後在形成可變裝備時予以補償。該裝配系統可以經改善地來充分利用，而且可以提高該裝配系統的生產率。由此，對於裝配系統的操作方或者委託方來說可以得到成本優勢。

在此，特性值可包括如下印刷電路板的裝配時間，所述印刷電路板的訂單可以藉助於固定裝備來處理。在此，所述特性值可以被稱作生產時間。生產時間就優化而言可以儘可能被最大化，以便確定所述固定裝備，使得所述固定裝備可以被用於裝配相同或者不同的印刷電路板類型的儘可能多的印刷電路板。裝配線不工作的停止時間可以最小化。

所述特性值也可包括能藉助於確定的固定裝備處理的訂單的數目。所述訂單的數目越大，裝配設施就能越多產地來運行。

在一個特別優選的實施方式中，特性值包括如下每個印刷電路板類型的所要生產的訂單的數目，所述印刷電路板類型被分配給裝配線。在這種情況下，所述特徵值也被稱作訂單號。研究已經表明：通過優化到訂單號，裝配系統的元件可以以經改善的方式來充分利用。

特別優選的是，所述分配藉助於混合整數規劃（gemischtganzzahligeprogrammierung）來實現。所述混合整數規劃是全局優化方案，所述全局優化方案能輕易地被擴展並且對於商業的解決方法或解決設備來說是能獲得的。藉助於混合整數規劃可以在大量可能的解決方案中找到全局最大值，使得可以找到特別好的優化。能獲得的用於混合整數規劃的方法或設備連續地被改善，使得可期望將來還能實現更好的優化結果。

有利地，在混合整數規劃的情況下對於確定的分配分別已知的是，分配質量與能達到的最大分配質量相比有多高。在所述兩個特性值之間的區別也稱作「差距（gap）」。由此，優選地，當達到預先確定的分配質量時或者當所述差距足夠小時，所述優化才可以被中斷。可替換地或附加地，當在預先確定的處理時間期間不能找到其分配質量滿足預先給定的標準的分配時，所述優化才可以被中斷。由此，可以防止的是，過高地選擇的分配質量或者過小地選擇的差距阻礙了在適當的時間內對分配的確定。

優選地，這樣確定所述分配，使得不能藉助於確定的固定裝備來裝配的印刷電路板藉助於可變裝備在預先確定的生產時間之內被裝配。

通常，所說明的方法只確定了如下裝備，所述裝備尤其是可以被用作固定裝備。然而優選的是，這樣確定或優化上面提到的分配，使得不能藉助於確定的裝備來裝配的印刷電路板可以藉助於另一裝備在預先確定的生產時間之內被裝配。所述另一裝備尤其是可包括可變裝備。

換言之，該方法將印刷電路板類型分配給一個固定裝備部分或者一個可變裝備部分，其中保證了：所述可變裝備部分的印刷電路板也可以在預先確定的生產時間之內被裝配。這樣可以保證：所述固定裝備沒有被確定為以致於與剩餘的可變裝備部分相關聯的時間需求影響了所述固定裝備的優點。

在一個實施方式中，一個印刷電路板類型的印刷電路板的部分數量可以被分派給不同的裝配線。例如，如果應該裝配一個印刷電路板類型的特別大的件數個印刷電路板，那麼多個裝配線可以並行地或者相繼地滿足該訂單的部分。

優選地，這樣實現所述分配，使得在確定的固定裝備的範圍內被分配給一個裝配線的器件類型的空間消耗只需要所提供的空間的預先確定的部分。所述空間通常以軌道（spur）來表達，其中一個軌道例如可以是8mm寬。一個裝備臺例如包括40個軌道，而且一個裝備自動機提供2個裝備臺的空間。在該例子中，所提供的空間總計為640mm，其中必須考慮所述裝備臺的邊界。例如可以要求的是：所確定的裝備沒有佔據所述空間的超過大約90%（在上面的例子中不超過36個軌道）。

一個電腦程式產品包括程序代碼裝置，所述程序代碼裝置用於當所述電腦程式產品在處理裝置上運行或者存儲在計算機可讀的介質上時執行所描述的方法。該處理裝置尤其是可以包括可編程的微型計算機。

用於裝配印刷電路板的裝配系統包括多個裝配線和一個處理裝置，所述處理裝置被設立為執行上面描述的方法，以便在使用所確定的固定裝備之一的情況下在所述裝配線之一上裝配印刷電路板。

附圖說明

本發明的上面描述的特性、特徵和優點以及如何實現這些特性、特徵和優點的方式和方法能與對實施例的下面的描述相關聯地更清楚並且更明顯地被理解，所述實施例與附圖相關聯地進一步予以闡述，其中：

圖1示出了裝配系統；而

圖2示出了在圖1的裝配線上的裝備族的圖解。

具體實施方式

圖1示出了示例性的裝配系統100。裝配系統100包括一個或多個裝配線110以及一個處理或者控制裝置115。每個裝配線110都包括一個可選的運輸系統125以及一個或多個裝配自動機130。每個裝配自動機130都包括一個或多個裝配頭135，所述裝配頭135分別被設立為從裝備臺140拿起器件155並且將它們放置在所述印刷電路板120上的預先確定的位置上，所述印刷電路板120處在所述運輸系統125上。在裝配過程期間，印刷電路板120相對於裝配自動機130通常靜止。

裝備臺140分別包括大量輸送裝置150，所述輸送裝置150中，在圖1中示範性地只示出了一個輸送裝置。每個輸送裝置150都隨時準備好預先確定的器件類型160的器件155的存貨。對於器件155來說，輸送裝置150通常都具有如下負載能力，所述負載能力可以以軌道來表達。一個軌道通常8mm寬，而且一個裝備臺140的軌道的數目有限制、例如限制到40個。通常，在傳送帶中、在託盤上或者在管道中提供相同的器件類型160的器件155。每個器件類型160在輸送裝置150上並且在裝備臺140上都需要預先確定的數目個軌道，所述軌道通常彼此相鄰。

通常，輸送裝置150可以被配置用於隨時準備好不同的器件類型160的器件155，而且不同的輸送裝置150通常可以安裝在一個裝備臺140上。在本情況下，簡化地，出發點是：一個器件類型160在輸送裝置150上的器件155的存貨實際上無窮大，因此不需要補件。

如果在裝配自動機130上需要在所述裝備臺140之一上不存在的器件類型160的器件155，那麼通常不改變在所安裝的裝備臺140之一上的器件155的分配，而是用適當地裝配的另一裝備臺140來完全更換所述裝備臺140。給沒有安裝在裝配線110上的裝備臺140裝配器件155被稱作預裝備，而且可能需要在一個或幾個小時（例如大約6-10小時）的範圍內的處理時間。

因為更換在裝配線110上的裝備臺140、即所謂的裝備更換通常與生產停止相關聯，所以力求儘可能少地執行對裝備臺140的更換。此外，因為裝備臺140昂貴並且對裝備臺140的改裝可能花費高並且費時，所以進一步嘗試形成儘可能少的裝備，以便生產預先確定的印刷電路板類型122的印刷電路板120的預先確定的產量。這裡，所述產量包括多個印刷電路板類型122，所述印刷電路板類型122中，應該分別給預先確定的件數個印刷電路板120裝配預先確定的器件類型160的器件155。例如，可以裝配第一印刷電路板類型122的300個印刷電路板120，並且可以裝配第二印刷電路板類型122的200個印刷電路板120。

一個裝備165、170包括大量器件類型160，並且通過一個或多個裝備臺140來實現，所述裝備臺140配備有所述裝備165、170的器件類型160的器件155的存貨並且安裝在所述裝配線110上。

所述裝備165、170分配有一個裝備族175，所述裝備族175包括如下印刷電路板類型122，可以藉助於所述裝備165、170的器件類型160的器件155從所述印刷電路板類型122中裝配印刷電路板120。一個裝備族175正好被分配給一個裝備165、170，而且反之亦然。

因而，為了提高對裝配線110的充分利用或者降低對裝備臺140的需求，重要的是如何基於所要裝配的印刷電路板類型122來形成裝備族175。在形成裝備165、170或裝備族175時，可注意如下附加條件：比如出於使用含鉛的或者不含鉛的焊錫的原因，例如針對器件類型160或者在一個相同的裝備族175中的預先確定的印刷電路板類型160的分組維持裝備臺140的有限的負載能力。

所述裝備可以被劃分成固定裝備165和可變裝備170。

可變裝備170通常只針對一次性的使用而在裝配線110上加裝。如果利用可變裝備170的裝配過程結束，那麼所述一個或多個所分配的裝備臺140從所述裝配線除去並且在它們的配置方面被改變，以便實現另一固定或可變裝備170。可變裝備165通常不長於幾小時或幾天地、通常無論如何不長於一周地在裝備臺140上保持被實現。

而固定裝備165可以多次使用。在固定裝備165的使用之間，被分配給所述固定裝備165的裝備臺140通常不改變地被臨時存放，而在裝配線110上藉助於其它裝備臺140來繼續進行生產。其它裝備臺140尤其是可屬於另一固定裝備165或者屬於一個可變裝備170。稍後，所述臨時存放的固定裝備165的裝備臺140可以重新被安裝在裝配線110上。固定裝備170通常在預先確定的規劃周期內不改變地在一個或多個裝備臺140上保持被實現，其中所述規劃周期例如可以為6到12個月。

在需要時，所述裝備165、170可以在裝配線110上被更換。為了實現固定裝備165或者可變裝備170，通常給裝備臺140加裝預先確定的器件類型160的器件155的存貨，而所述裝備臺140沒有安裝在所述裝配線110上。不需要的器件類型160的已經加裝的器件155可以事先被拆除。所述改裝可能包括巨大的部分的人工工作並且可能是費時的。

為了使與可變裝備170相關聯的花費最小化，嘗試在固定裝備165中容納儘可能多的印刷電路板類型122。然而，在實踐中幾乎不能實現所力求的沒有可變裝備170的情況。

圖2示出了在來自圖1的裝配線110上的示例性的裝備族175的圖解。這裡，所述裝備族175被劃分成被分配給固定裝備165的固定裝備-裝備族210和被分配給可變裝備170的可變生產裝備族215。在所示出的例子中，在規劃周期205之內，可以在裝配線110上裝配唯一的固定裝備-裝備族210的或者唯一的可變生產裝備族215的印刷電路板類型122。

出發點是：在規劃周期205開始時存在多個訂單220，所述訂單220應儘可能高效地被實施。訂單的數目被稱作訂單數。每個訂單220都包括至少一個印刷電路板類型122和所要裝配的印刷電路板120的件數225。所述印刷電路板類型122分配有器件類型160，應在各個印刷電路板120上從所述器件類型160中裝配器件155。

一個印刷電路板類型122可以分配有其它信息。例如，可以說明應該在每個印刷電路板120上裝配的器件類型160的數目230、分別所述印刷電路板類型122的印刷電路板120的裝配位置的數目235或者所述印刷電路板類型122的印刷電路板120的生產時間240。裝配位置的數目對應於要在所述印刷電路板類型122的印刷電路板120上裝配的器件155的數目，不管是哪些器件類型160。此外，還可以說明訂單數245，所述訂單數245說明了在預先確定的規劃周期205內有多少個用於裝配一個印刷電路板類型122的印刷電路板120的訂單220。

通過使用數學方法，可以針對將印刷電路板類型122分配到固定裝備-裝備族210或分配到裝配線110實現比利用到目前為止在實踐中使用的工作步驟明顯更好的解決方案。

為了確定從印刷電路板類型122到固定裝備-裝備族210的經優化的分配，可以使用自動優化。在此，可以使用不同的優化方法，例如基於本地搜索方法或者偏啟發式的算法的優化方法。

然而，優選地使用ip模型（整數規劃或integerprogramm或者混合整數優化模型）。在數學優化領域的主要方法之一是線性優化，所述線性優化致力於關於如下數量的線性目標函數的優化，所述數量通過線性等式和不等式來限制。線性優化是（混合）整數線性優化的解決方法的基礎。

線性優化的優點：

-全局優化方案

-能輕易擴展

-非常好的商業上的標準求解器（standard-solver）（ilog、gurobi、xpress），所述標準求解器在實踐中廣泛流行並且經受住考驗

-對於被確定的解決方案已知的是，所述被確定的解決方案最大離最優的解決方案多遠（差距）。

在下文，給出了用於優化所描述的從印刷電路板類型122到固定裝備-裝備族165的分配的ip表達的例子。

索引

l裝配線的數量

c器件類型的數量

rl能在裝配線l上裝配的印刷電路板的數量

rc具有器件類型c的印刷電路板的數量

fl裝配線l的固定裝備-裝備族的數量。

參數

器件類型c在裝配線l上的空間消耗

裝配線l的空間容量

印刷電路板r的訂單件數

在裝配線l上的組件類型r的生產時間

裝配線l的最大的總生產時間。

二狀態變量

如果組件r處在固定裝備-裝備族r中的裝配線l上則有值1，否則有值0；

如果組件r被分配給在裝配線l上的非固定裝備部分則有值1，否則有值0；

如果器件類型c必須在固定裝備-裝備族f中的裝配線l上被裝備則有值1，否則有值0。

ip表達

所述優化可以在用於裝配確定的印刷電路板類型122的印刷電路板120的訂單220的件數225方面進行：

在另一實施方式中，所述優化也可以在生產時間方面進行：

其它目標優化標準同樣是可能的。通常，在進行分配或對所述分配進行優化時，應維持下面的邊界條件中的一個或多個：

。

對於這些條件適用下面的闡述：

對於（1）：每個印刷電路板類型必須或者被分派給裝配線的固定裝備或者被分派給裝配線的可變裝備部分。

對於（2）：如果固定裝備f被分派給至少一個印刷電路板類型，所述印刷電路板類型被分派給一個器件類型，那麼所述器件類型必須保持在所述固定裝備中。

對於（3）：固定裝備的器件類型必須與一個裝備相配，也就是說所述器件類型的空間消耗（軌道消耗）不允許超過裝配線容量。

對於（4）：被分派給一個裝配線的印刷電路板的裝配時間的總和不允許超過所述裝配線的預先確定的生產時間極限。

對於（5）、（6）：只允許將如下印刷電路板分配給所述裝配線，所述印刷電路板在那裡也是容許的。

也可以說明可替換的或者附加的條件。例如，可以要求：所述印刷電路板類型122的部分數量必須被分配給同一裝備族210、215，例如以便分別裝配所分配的印刷電路板120的正面和背面。

將印刷電路板類型122分配到裝配線110對應於將印刷電路板類型122分配到裝備族210、215，因為通過所述裝備族210、215預先給定了哪些印刷電路板類型160可以在裝配線110上被裝配。一個裝備族210、215所包括的印刷電路板類型可以完全裝配有正好如下那個器件類型160的器件155，所述器件類型160能在被分配給裝配族210、215的裝備165、170中被找到。

作為結果，上面說明的優選地藉助於混合整數規劃來執行的分配或優化優選地只說明了將印刷電路板類型160分配到裝備165、170。優選的是，所述裝備是固定裝備165。藉助於確定的裝備165、170不能完全被裝配的印刷電路板類型160被分配給可變裝備部分。可以以一個單獨的方法來使所述印刷電路板類型160在可變裝備上分配。

在結束對固定裝備165的確定或將印刷電路板155的件數225分配到裝配線110之後，可以執行所述裝配。所述裝配通常被執行為使得所述器件155單獨地藉助於焊膏固定在印刷電路板120上。緊接著，所裝配的印刷電路板155可以在回焊爐中完成，在所述回焊爐中，焊膏短暫地被熔化，使得所述器件155在印刷電路板120的表面上與印製導線電地並且機械地連接。

儘管本發明已經詳細地通過優選的實施例進一步圖解說明和描述，但是本發明並不限於所公開的例子，而且其它變型方案可以由本領域技術人員從中推導出來，而不脫離本發明的保護範圍。