CN104412733B - 装配电路板以给电路板装配电子构件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种装配系统包括用于给电路板装配电子构件的多个装配线。一种用于将电路板分配给装配线的方法包括步骤：检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求以及在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线。在此，该分配进行为使得装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目。

Description

装配电路板以给电路板装配电子构件的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于将电路板分配到装配线上以给电路板装配器件的方法。此外，本发明涉及一种用于给电路板或其它组件装配器件的生产线或安装线的控制设备。另外，本发明涉及一种计算机程序产品和计算机可读介质。

背景技术

尤其是在电子设备生产的领域中，要制造的电路板或组件在SMT装配线上通过表面安装（surface mounted technology（表面安装技术）, SMT）来制造。但是由于技术限制，不是每个电路板都能在每个装配线上被制造。电路板在装配线上大多还具有不同的生产时间。此外，不允许超过装配线的最大生产时间容量。

DE 10 2009 013 353 B3示出了一种用于装备这样的装配线的方法。

Hans-Otto Günther等人的“Workload planning in small lot printedcircuit board assembly”（OR Spectrum，Bd.19, Nr.2,1997年6月1日，第147－157页）涉及计划在自动化装配电路板时的工作满载。

Dino Luzzatto等人的“Cell formation in PCB assembly based onproduction quantitative data”（European Journal of Operational Research, Bd.69, Nr. 3, 1993年9月1日，第312－329页）涉及用于计划电路板的装配的方法。

EP 0 478 361 A1涉及一种用于给电路板装配器件的方法，其中考虑到电路板类型的生产频率以及为了生产所需的器件。

Sze Man Ting的“Component Grouping for Circuit Board Assembly”（1999年1月1日）涉及在自动化装配电路板时将构件编组。

电路板到装配系统的装配线上的分配通常是人工或半自动地基于经验值或试探法来进行。在此，在实际中已经显示，总是做出不平衡的分配，所述分配对装配线的一个部件引起高载荷，并且对另一部件引起低载荷，使得装配系统不能被最优地利用。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于将电路板分配到装配线上的经改善的技术。

该任务借助于如下所述的方法和设备来解决。优选的实施方式也在下文给出。

一种装配系统包括用于给电路板装配电子构件的多个装配线。用于借助于装配系统的装配线来装配电路板以给电路板装配电子构件的的方法包括步骤：检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求，其中请求定义电路板以及要在其上装配的构件；以及在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线；并且在分别分配的装配线上装配电路板。在此，该分配进行为使得装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目。换言之，整数线性规划的参数之一被选择为使得在分配时在装配线的构件差异的平均分布方面进行优化。

在此，装备族（Rüstfamilie）被确定为如下电路板的集合：所述电路板可以在装配线上装配，而不改变在该装配线处为装配准备好的构件类型的集合。在装配线处准备好的构件类型的集合亦称装备。

通常，给装配线分配比由装备族能够包含的电路板更多的电路板，因为在装配线处不能准备好任意多的构件类型。因此，装配线有时经历装备更换，在装备更换的情况下第一装备族的装备被更换为第二装备族的装备。该装备更换越稀少并且越少的构件类型必须在装备更换时被更换，则可以越低成本地运行装配系统。

通过所寻求的构件差异的平均分布，可以实现：装配线的重装以更低的频率被需要。另外，各个装配线上的装备族的数目彼此相差更小。

装配线的可变元件、例如更换台或输送器，可以因此总体上以更低频率被重装。在此，更换台是一种输送台，其将预定数目的不同电子构件准备好以供装配。如果更换台必须在装配线的重装期间被更换，则称其为可变台，否则称其为恒定台。该方法可以有助于更多地形成恒定台。在此，装备族可以均匀地分布在装配线上。同样可以避免，必须为装配系统形成大数目的装备族，这可能导致提高的复杂度并且同样可能导致装配系统的更复杂的重装。实际显示：预定数目的电路板的器件差异与一定数目的装备族之间的关联不是线性的，而是更可能是指数的。

整数线性规划可以借助于标准解算机来执行，所述标准解算机可以作为商品获得。 在此，可以在解算机中给定边界条件或优化目标，以便使得装配线的构件差异尽可能相等。

在一个实施方式中可以规定，分配进行为使得每个装配线的构件差异位于预定阈值以下。

因此可以阻止装配线上的过量的构件差异。

可替代地或附加地，分配可以进行为使得每个装配线的构件差异位于预定阈值之上。由此可以防止装配线之一具有过小的构件差异，这可能导致其它装配线中的至少一个上的超比例地大的构件差异。

另外，该分配可以进行为使得所有装配线的最大构件差异尽可能最小化。由此也可以改善构件差异在装配线上的平均分布。

除此之外，该分配也可以进行为使得所有装配线的最大轨迹消耗（Spurverbrauch）尽可能最小化。由此可以以改善方式将装配线的装备族的数目保持为相等。在另一实施方式中，该分配进行为使得所有装配线的构件差异之和尽可能最小化。尤其是结合装配线上的构件差异的所述平均分布的优化，可以因此实现进一步改善的结果。

此外，该分配可以进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阈值以下。装配线的装配自动机通常具有预定的轨迹宽度，该轨迹宽度给定可用于运送构件的同样宽的轨迹的数目。在此，构件也可需要多个轨迹。

此外，该分配可以进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阈值以上。通过给定装配线的轨迹消耗之和的下界限，可以避免大数目的轨迹保持未被使用。

在另一实施方式中，该分配进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和尽可能最小化。该措施也可以有助于避免频繁更换可变更换台和保持大数目的更换台。

在又一实施方式中，该分配进行为使得尽可能优化包括多个加权单准则的准则。在此，准则可以涉及构件差异的所述平均分布、其它例如所有装配线的构件差异之和。通过加权，可以例如根据局部或当前紧迫性控制参数之一的优先。

计算机程序产品包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在实施设备上运行或者存储在计算机可读介质上时执行所述方法。该计算机程序产品可以以常见编程语言（例如C++、Java）来创建。处理设备可以包括具有相应输入、输出和存储装置的市场上常见的计算机或者服务器。

用于具有多个装配线以给电路板装配电子构件的装配系统的控制设备被设立为检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求、以及在给定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线，使得装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目。也即，根据本发明的用于借助于装配系统的装配线来装配电路板的设备，其具有：用于检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求的部件，其中请求定义电路板和要在其上装配的构件；用于在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线，使得所述装配线的构件差异尽可能相等的部件，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目；以及用于控制在分别分配的装配线上对电路板的装配的部件。

附图说明

本发明的上述特性、特征和优点、以及实现它们的方式结合下面对实施例的描述变得更清楚和更容易理解，所述实施例结合附图予以进一步阐述，其中：

图1示出了装配系统；

图2示出了方法的流程图；以及

图3示出了借助于整数线性规划的优化方法的流程图。

具体实施方式

线性优化是数学优化领域中的主要方法之一，并且致力于在由线性等式和不等式限定的集合上优化线性目标函数。该线性优化是（混合）整数线性优化的解决方法的基础。

线性优化的优点：

－全局优化方案；

－可容易扩展；

－非常良好的商业标准解算机（SCIP、 CPLEX、Ilog、Xpress），其在实际中广泛传播并证明可行。

－对于所确定的解决方案已知的是，其与最优解决方案最大相距多远（Gap（差距））。

图1示出了装配系统100。该装配系统100包括多个装配线110以及用于将电路板120分配给装配线110的控制设备115。每个装配线110通常包括运送系统125和一个或多个装配自动机130。每个装配自动机130都包括一个或多个装配头135，所述装配头135分别被设立为从恒定的台140或可变的台145接收器件并且将其定位在位于运送系统125上的电路板120上的预定位置处。

在装配过程期间，电路板120通常关于装配自动机130为静止的。台140、145分别包括多个输送设备150，其中仅仅示例性地示出这些输送设备150之一。每个输送设备150都准备好预定类型的构件155的储备。尽管可以将每个输送设备150都配置为准备好不同的构件155并且将不同的输送设备150安置在台140、145处，但是台140、145出于速度原因通常在装配自动机130必须被供应在所安置的台140、145之一处未被保持的构件155时被完全更换。由于这样的更换通常与生产停滞相联系，因此所寻求的是将要更换的台140、145的数目保持得小。如果台在重装过程期间未被更换，则该台被称为恒定台140，否则被称为可变台145。在其它方面在恒定台140与可变台145之间不存在功能差别。

电路板120要被装配一定数目的不同构件155。为了最小化可变台145的频繁更换并且理想地最大化恒定台140的数目，控制设备115被设立为优化电路板120到装配线110之一的分配。在此，通常必须要像考虑电路板120或其上要装配的构件155的特性那样地考虑每个装配线110或每个装配自动机130的特有特性。

图2示出了用于将电路板120分配给来自图1的装配系统100的装配线110的方法200的流程图。

步骤205：在第一步骤205中，检测分配电路板120的请求。请求定义电路板120和其上要装配的构件155。附加地，可以给定一定数目的边界条件，例如哪个电路板110可以在哪个装配线110上装配或者哪个器件155可以通过装配线110来加工。另外的边界条件在下面讨论数学背景时找到。

接着在步骤210至230中定义准则或边界条件，所述准则或边界条件影响电路板120到装配线110的稍后分配。在此，所示步骤210至230中的每个都是可选的，使得步骤210至230中的各个或全部也可以取消。

步骤210：为装配线110中的至少一个确定最大构件差异。在此，可以做出个别化的规定，使得不同的装配线100可以潜在地具有不同的最大构件差异。最大构件差异可以依赖于相应装配线110的特性或参数。

步骤215：在此，以相应方式为装配线110中的至少一个确定最小构件差异。该参数也可以为装配线110中的每个个别化地确定，例如基于相应装配线110的特性或参数。

步骤220：为电路板120到装配线110的随后分配确定要优化的准则。该分配在之后被执行为使得该准则被尽可能优化，即根据上下文被尽可能最小化或尽可能最大化。

在一个实施方式中，该准则以一定程度代表各个装配线110之间的构件差异的均衡性。在此，数值上大的准则指示装配线110的构件差异的小的均衡性，并且数值上小的准则指示装配线110的构件差异的高的均衡性。在这种情况下，准则在之后的分配中被尽可能地最小化。例如，准则可以追溯到装配线110的构件差异的标准偏差。

在另一实施方式中，准则涉及所有装配线110的构件差异，并且作为所有装配线110的构件差异之和被确定。在这种情况下，准则为了优化而应当尽可能被最小化。

在又一实施方式中，准则涉及所有装配线110的构件差异的最大值。在此，也尽可能寻求准则的最小化。

在又一实施方式中，准则涉及所有装配线110上的轨迹消耗的最大值；该准则同样应当被最小化。

在又一实施方式中，准则由下列各项组成：加权单准则，如装配线110的构件差异的均衡性的上述准则；所有装配线110的构件差异之和；以及所有装配线110的构件差异的最大值。用于形成准则的单准则的加权因子可以是可自由选择的。在一个变型方案中，加权因子之一也可以依赖于装配系统100的其它参数、例如满载度。

优选地，准则由加权单准则组成，所述加权单准则涉及所有装配线110的构件差异之和以及装配线110的构件差异的均衡性。

在一个实施方式中，可以使用进一步加权的单准则，所述进一步加权的单准则涉及装配线110上的轨迹消耗的均衡性。台140或145或输送设备150为了容纳构件155而通常具有一定数目的轨迹，所述轨迹分别为同样宽的、例如8mm。如电阻或电容器的小构件155可以仅仅消耗一个轨迹，而如集成电路、屏蔽金属片或壳体元件的较大构件可能需要多个彼此接界的轨迹。小构件155的轨迹消耗在该示例中为1，大构件的轨迹消耗更大、例如为4。

为了使装配线110的轨迹消耗尽可能彼此平衡，可以最小化所有装配线110的轨迹消耗之和，其中装配线110的轨迹消耗包括应当在分配给相应装配线110的电路板120之一上装配的所有构件155的轨迹消耗之和。

步骤225：作为用于使装配线110的轨迹消耗平衡的支持措施，可以为装配线110中的至少一个设置轨迹消耗的最大和。

步骤230：以类似方式可以为装配线110中的至少一个设置轨迹消耗的最小和。

最后，在步骤235中进行电路板120到装配线110的分配。在步骤235中在给定的预先规定下的分配优选地借助于整数线性规划进行。

嵌入方法300以流程图形式在图3中示出。

步骤305：首先，确定电路板120到装配线110上的起始分配，并且使当前分配等于起始分配。为了确定起始分配，不同试探法是可能的，所述试探法也可以包括人工预先规定或约束。

步骤310：接着，从要分配的电路板120中选择电路板120的子集。

步骤315：然后，优选借助于整数线性规划形成所述子集的电路板120到装配线110的一个或多个可替代的分配。该分配以参考图3描述的方式进行为使得各个装配线110的构件差异尽可能被均衡。也可以为分配使用多个单准则的加权准则，使得也还可以尽可能最小化或尽可能最大化另外的参数，以便实现优化的分配。

步骤320：在此，确定在步骤315中形成的分配的质量或从步骤315的线性优化的参数中接受所述质量。在此，通常预先给定一个或多个质量参数，所述质量参数例如可以包括装配自动机130的满载度或者恒定台140与可变台145的比例。结合图2的方法，优选作为质量参数使用包括多个加权单准则的准则，所述单准则之一使所有装配线110的器件差异的均衡性尽可能最大化。

步骤325：然后检查是否达到预定的中断准则。中断准则可以包括预定质量的分配或者针对方法300的预定计算时间的期满。

步骤330：如果中断准则被满足，则输出所确定的分配。

步骤335：否则，可以在所确定的分配下选择应当进一步优化的那些分配。

步骤340：在这种情况下，将当前分配设置为要优化的分配之一，并且方法300可以从步骤310起重新执行。如果多个可优化分配被选择，则方法300也可以相应地多次并行地分岔。

数学背景

通过使用精确数学方法，可以与迄今为止在实际中所使用的试探法相比实现明显更好的解决方案。与此进一步不同的是，还可以利用这些方法实现良好的生产时间。

在将电路板120或组件分配给装配线110时应当注意，由于技术约束的原因，可能不是每个电路板120都可以在每个装配线110上被制造。电路板在装配线110上大多还具有不同的生产时间。此外，不允许超过装配线110的最大生产时间容量。

在将电路板120分配到装配线110上时，通常追寻如下目标：

－应当利用恒定台140制造尽可能多的电路板120，以便减少重装成本；

－装配线110处的装备族（“群集”）的数目应当尽可能小，以便减少重装时间成本；

－想要需要尽可能少的装备设备（例如输送器150）；

－固定装备线上的总共所需的台的数目应当尽可能小；

－固定装备线上的恒定台的数目应当尽可能高；以及

－电路板120的总生产时间应当尽可能最小。

通常通过如下方式尝试实现这些目标：寻求装配线110的电路板120的尽可能高的构件重叠，或最小化该装配线110的器件差异之和。

为了确定电路板120到装配线110的经优化的分配，使用IP模型（IP代表整数规划或整数策划或整数优化模型）。该确定可以借助于已知的标准解算机来执行。

索引

L 系统100的SMT装配线110的集合

R 电路板120的集合

C 器件类型155的集合

具有器件类型c的电路板的集合

在线上可装配的电路板的集合。

参数

电路板r在线上的总生产时间

线上的生产时间界限。

二进制变量

电路板r到线的分配

器件c在线上的使用。

IP表达：

使得：

为了改善复杂电路板120在装配线110上的分配，可以给解算机提供条件。所提出的条件——至少还——目的在于：执行电路板120到装配线110上的分配的优化，使得装配线110的器件差异尽可能相等地在装配线110上分布。

第一条件可以在于，通过预定界限向上限制每个装配线的器件差异。

: 第一预定数目。

另外可以将每个装配线的器件差异向下限制为最小数目。

: 第二预定数目。

所有装配线的最大器件差异可以定义为附加的要优化的加权目标函数分量。

装配线的所有构件的轨迹消耗之和可以向上限制到。

: 第三预定数目。

装配线的所有构件155的轨迹消耗之和可以向下限制到。在此，表示器件155的轨迹消耗。

:第四预定数目。

最后，可以将装配线的所有构件155的轨迹消耗之和在所有装配线110上作为附加的加权目标函数分量来给定。

通过使用这些准则中的至少一个，可以实现复杂电路板120在装配线110上的经改善的分布，使得可以减少装配线110的重装。此外，可以改善电路板120在装配系统100中的生产时间。另外，利用所述方案借助于IP解算机可以比迄今为止已知的方式更迅速地确定分配。

尽管本发明在细节上通过优选实施例进一步阐明和描述了，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且其它变型方案可以由技术人员由此导出，而不偏离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.用于借助于装配系统（100）的装配线（110）来装配电路板（120）以给电路板（120）装配电子构件（155）的方法（200），其中该方法（200）包括下列步骤：

—检测（205）给多个电路板（120）装配分别要在其上装配的构件（155）的请求，

—其中请求定义电路板（120）以及要在其上装配的构件（155），以及

—在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板（120）分配（235）给装配线（110），以及

—在分别分配的装配线（110）上装配电路板（120），

其特征在于，

—分配（235）进行为使得装配线（110）的构件差异尽可能相等，

—其中装配线（110）的构件差异表示要在所有分配给装配线（110）的电路板（120）上装配的不同构件（155）的数目。

2.根据权利要求1所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得每个装配线（110）的构件差异位于预定阈值以下（210）。

3.根据权利要求1所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得每个装配线（110）的构件差异位于预定阈值以上（215）。

4.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得所有装配线（110）的最大构件差异被尽可能最小化（220）。

5.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得所有装配线（110）的最大轨迹消耗被尽可能最小化（220）。

6.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得所有装配线（110）的构件差异之和被尽可能最小化（220）。

7.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得装配线（110）的所有构件（155）的轨迹消耗之和位于预定阈值以下（225）。

8.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得装配线（110）的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阈值以上（230）。

9.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得装配线（110）的所有构件（155）的轨迹消耗之和被尽可能最小化（220）。

10.根据前述权利要求1-3之一所述的方法（200），其中分配（235）进行为使得包括多个加权单准则的准则被尽可能优化。

11.用于借助于装配系统（100）的装配线（110）来装配电路板（120）的设备（115），其具有：

—用于检测给多个电路板（120）装配分别要在其上装配的构件（155）的请求的部件，其中请求定义电路板（120）和要在其上装配的构件（155）；

—用于在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板（120）分配给装配线，使得所述装配线（110）的构件差异尽可能相等的部件，其中装配线（110）的构件差异表示要在所有分配给装配线（110）的电路板（120）上装配的不同构件（155）的数目；

—以及用于控制在分别分配的装配线（110）上对电路板（120）的装配的部件。