CN107114013A - 印刷电路板的装配 - Google Patents

Abstract

为了借助装配线装配印刷电路板，形成具有分别分配的装备群组的多个装备。每个装备分配有多个器件类型并且每个所分配的装备群组分配有多个印刷电路板类型，使得能够在装配线上借助所述装备的器件类型的器件装配装备群组的印刷电路板类型的印刷电路板。可以在装配线上提供具有装备的器件类型的器件的储备的装备台。用于装配印刷电路板的方法包括以下步骤：检测印刷电路板类型，所述印刷电路板类型中的印刷电路板应以所分配的器件类型的器件装配，并且将所检测的印刷电路板类型分配到装备群组。接着，确定以下顺序：应以所述顺序将所形成的装备群组的装备在装配线上装备，并且关于预先确定的标准优化所述顺序。随后，可以借助装备以预先确定的顺序装配印刷电路板。

Description

印刷电路板的装配

技术领域

本发明涉及一种用于装配印刷电路板的方法和系统。在此，以以下装配线为前提，所述装配线被设立用于以器件装配印刷电路板。

背景技术

电子组件包括印刷电路板和机械地且电地固定在印刷电路板上的器件。为了制造印刷电路板，借助自动装配机（pick-and-place）将器件放在印刷电路板上并且接着在回流炉中将器件与印刷电路板一起焊接。多个自动装配机可以在装配线上依次运行通过。为了制造多个印刷电路板，可以使用包括多个装配线的装配系统。

器件类型在自动装配机上的组成称作装备。借助装备可以加工一定量的不同印刷电路板，其称作装备群组。然而，相比于借助装备能够实现的，通常应生产更多不同的印刷电路板类型的印刷电路板，使得在生产期间必须改变所述装备。

装备可以保持在一个或多个装备台上，所述装备台可以容易地在自动装配机上被更换。然而，以预先确定的器件类型的器件扩充装备台通常是耗费的。因此，通常在固定装备和可变装备方面区分装备，其中固定装备台被设置用于在预先确定的规划周期上保持固定装备台的由器件类型的组成，而可变装备台预计在规划周期内被改装。

DE 10 2012 220 904 A1涉及一种用于确定用于装配线的固定装备。

发明内容

然而，尽管高度优化的装备或者装备群组，通常在装配线的运行中发生暂时的生产停滞，因为在第二装备的所有装备台可以完成配备器件之前，借助安装在装配线上的第一装备的生产已经结束了。因此，本发明所基于的任务是说明一种改进的用于装配印刷电路板的技术。本发明借助独立权利要求的主题解决所述任务。从属权利要求描述优选的实施方式。

为了借助装配线装配印刷电路板，形成具有分别分配的装备群组的多个装备。每个装备分配有多个器件类型并且每个所分配的装备群组分配有多个印刷电路板类型，使得能够在装配线上借助所述装备的器件类型的器件来装配装备群组的印刷电路板类型的印刷电路板。可以在装配线上提供具有装备的器件类型的器件的储备的装备台。用于装配印刷电路板的方法包括以下步骤：检测印刷电路板类型，所述印刷电路板类型中的印刷电路板应以所分配的器件类型的器件来装配，并且将所检测的印刷电路板类型分配到装备群组。接着，确定以下顺序：应以所述顺序将所形成的装备群组的装备在装配线上装备，并且关于预先确定的标准优化所述顺序。随后，可以借助装备以预先确定的顺序装配印刷电路板。

通过所述顺序的形成可以考虑装备更换，所述装备更换是对装配线的配备的物理干预。例如可以注意：不发生过多的、快速地彼此相继的或者过大规模的装备更换。装配线的停止和重新运行可以由此减少。此外，装备可以理想地在考虑其以装备更换形式的过渡来评价。装备的顺序因此不再是随机的，而是经受待优化的标准。

该标准可以采用不同的形式。例如，所述标准可以包括装备的数目、装备更换的数目、待安装在装备台上的器件的储备的数目和固定装备中的生产容量中的一个。也可以将所述参量中的多个相互统一成一个标准，例如以未经加权的或经加权的和的形式。

所述顺序通常包括至少两个装备，其中第二装备跟随第一装备。在一种优选的实施方式中，所述标准包括：在印刷电路板借助所述第一装备的装配的结束与具有所述第二装备的器件类型的器件的储备的装备台的完成的提供之间的等待时间尽可能小。理想地，等待时间尽可能经常为0。如果在借助第一装备的装配结束之前可以提供第二装备的所有装备台，则在此不考虑负值。

等待时间可以特别关键地影响装配线的负荷率或效率。因此，通过等待时间的最小化，可以改善地成本节省地或资源节省地运行所述装配线。

特别优选的是，使由在所述顺序的所有装备更换时的等待时间组成的总等待时间最小化。由此可以改善地容忍各个等待时间，以便实现具有降低的总等待时间的改善的总结果。

所确定的装备之一可以是固定装备，所述固定装备的器件类型保持不变地装备在一个或多个装备台上，只要借助所确定的顺序装配印刷电路板。

通过固定装备的应用可以消除等待时间，其方式是，形成所述顺序，使得如果无其他的装备准备好，则将固定装备安装在装配线上。待借助固定装备装配的印刷电路板类型也不是必须以全部件数连续地装配，更确切地说，可以相对于可变装备更换固定装备，一旦该可变装备准备好用于装备。因此，可以借助固定装备无等待时间地设计到可变装备的装备更换的所增大的数目。在所述方法的一种实施方式中，在所述顺序中在两个可变装备之间始终存在一个固定装备。

可以以至少一个改变了的参数重复印刷电路板类型到装备群组的分配，以便优化所述标准。换言之，可以在一个或多个参数变动的情况下执行所述分配、所述顺序的确定和所述顺序的优化。因此可以确定：哪个参数或哪些参数对标准的改善具有显著的影响。因此，可以使印刷电路板的装配基于装备群组的或装备的改善的顺序。

在一种特别优选的实施方式中，所述参数包括从所检测的印刷电路板类型的集合中选择所分配的印刷电路板类型。从以下出发：所检测的印刷电路板类型的集合大于所分配的印刷电路板类型的集合。从超集中选择子集合在此可以对标准具有显著影响。例如，可以将与其他印刷电路板类型差地可组合的印刷电路板类型从所分配的印刷电路板类型的集合中移除，使得可以将其他印刷电路板类型引入到改善的顺序中。首先被拒绝的印刷电路板类型可以在稍后时刻与其他印刷电路板类型组合，所述其他印刷电路板类型在该时刻处于所检测的印刷电路板类型的集合中。

所述参数也可以包括所检测的印刷电路板类型的集合。例如可以在所述方法的两次遍历之间以新的任务扩展所检测的印刷电路板类型的集合。如果例如另一方法已经将印刷电路板类型分配给另一装配线，则所述集合也可以被缩小。因此，具有多个装配线的装配系统可以以独自的分配方法工作。

所述参数可以附加地或替代地包括：固定装备，所述固定装备包括所述装备台，所述装备台的所分配的器件类型不改变；优先级，所述优先级分配给用于装配印刷电路板的任务；装备的填充度；在装备群组中的印刷电路板类型的数目或其他参量。

在另一种实施方式中，也可以使用多个标准的组合。在一种实施方式中，也可以对所述标准加权。

一种计算机程序产品包括程序代码单元，其用于当所述计算机程序产品在处理装置上运行或者存储在计算机可读的介质上时执行上述方法。

用于装配印刷电路板的系统包括装配线和用于执行上述方法的处理装置。

附图说明

与结合附图进一步阐述的实施例的以下描述相结合，本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现它们的方式和方法变得更清晰并且更明显地可理解，其中：

图1示出一种装配系统；

图2示出用于确定在图1的装配系统的装配线上装备的顺序的方法的流程图；以及

图3示出在图1的装配系统的装配线上装备的顺序。

具体实施方式

图1示出一种示例性的装配系统100。所述装配系统100包括一个或多个装配线110和处理装置或控制装置115。每个装配线110包括可选的运送系统125以及一个或多个自动装配机130。每个自动装配机130包括一个或多个装配头135，所述一个或多个装配头分别设置用于从装备台140拣起器件155并且将器件定位在印刷电路板120上的预先确定的位置上，所述印刷电路板处于运送系统125上。在装配过程期间，印刷电路板120关于自动装配机130通常是静止的。

装备台140通常包括多个输送装置150，所述多个输送装置中，仅仅一个在图1被示例性地示出。每个输送装置150准备好预先确定的器件类型160的器件155的储备。对于器件155，输送装置150通常具有卡座能力，其可以表述成轨道。轨道通常是8mm宽并且装备台140的轨道数目限制在例如40。相同的器件类型160的器件155通常被提供在一个皮带中，在一个板上或者在一个管中。

每个器件类型160在输送装置150上和在装备台140上要求预先确定的数目的轨道，所述轨道通常彼此相邻。在输送装置150中的一种器件类型160的器件155的数目在此简化地视为实际上无限大，使得不需要加装。通常，可以将输送装置150配置用于准备好不同器件类型160的器件155并且通常可以将不同的输送装置150安装在装备台140上。

如果在自动装配机130上需要器件类型160的器件155，所述器件类型在装备台140之一上不存在，则通常在所安装的装备台140之一上不改变器件155的分配，而是相对另外的合适地装配的装备台140完全更换装备台140。

装备165、170包括器件类型160的集合并且借助一个或多个装备台140实现，所述一个或多个装备台分别配备有装备165、170的器件类型160的器件155的储备，以便被安装在装配线110上。在此，可以在固定装备165和可变装备170之间进行区分。固定装备165被设置用于在所述一个或所述多个装备台140上在预先确定的规划周期上保持不变地装备，而可变装备170被设置用于在一个或多个装备台140上在规划周期内仅仅暂时地保持装备。规划周期例如可以是1至大约10天。以下时间通常显著短于规划周期：在所述时间上，可变装备165在一个或多个装备台140上被实现。该时间例如可以是数小时或数天，然而通常不长于一星期。

装备群组175、180包括多个印刷电路板类型122并且分配给恰恰一个装备156、170，并且反之亦然。在此，可以在固定装备-装备群组175和可变装备-装备群组180之间进行区分。固定装备-装备群组175分配给固定装备165并且包括印刷电路板类型122，所述印刷电路板类型的所分配的印刷电路板120可以完全以所分配的固定装备165的器件类型160的器件155来装配。相应地，可变装备-装备群组180分配给可变装备170并且包括印刷电路板类型122，所述印刷电路板类型的所分配的印刷电路板120可以完全以所分配的可变装备170的器件类型160的器件155装配。

在装配线110的运行中，依次在装配线110上安装不同的装备165、170，以便分别装配所分配的印刷电路板120。在装配线110上装备165、170的更换称作装备更换并且通常以装配线110的静止状态为条件。

为了实现固定装备165或者可变装备170，通常以预先确定的器件类型160的器件155的储备扩充一个或多个装备台140，而所述一个或多个装备台不安装在装配线110上。所不需要的器件类型160的已经扩充的器件155可以事先被削减或者保持装备。该过程称作预装备并且可能需要在一个或多个小时——例如大约6-10个小时的范围内的处理时间。

为了使扩充和削减以及装备更换的与可变装备170有关的耗费最小化，通常尝试在固定装备165中容纳尽可能多的印刷电路板类型122。然而，所力求的无可变装备170的情形实际上几乎不可实现。

对于运行装配线110决定性的是，装备群组175、180或者装备165、170如何组成。在其形成中，可以注意到附加条件，例如保持器件类型160的装备台140的有限的卡座容量或者在相同的装备群组175中的预先确定的印刷电路板类型160的分组，比如出于使用含铅的或者无铅的焊锡的原因。

装备群组175、180或者装备165、170或者装备的形成可以借助控制装置115实现。此外，控制装置115可以确定以下顺序：装备165、170应以所述顺序在装配线110上装备。此外，控制装置115可以控制在装配线110或者整个装配系统100上的装配。

图2示出用于确定在图1的装配系统100的装配线110上装备的顺序的方法的流程图200。

从任务210的集合205出发，所述任务可以尽可能高效地借助装配线110来实施。每一个任务210通常包括至少一个印刷电路板类型122和待装配的印刷电路板120的件数215。所述印刷电路板类型122分配有一个或多个器件类型160，所述器件类型中的器件155可装配到各个印刷电路板120上。

印刷电路板类型122还可以分配有另外的信息。例如，可以说明在每一个印刷电路板120上应装配的器件类型160的数目220、印刷电路板120的装配位置的数目225或者印刷电路板120的生产时间230。装配位置的数目225通常相应于待在印刷电路板类型122的印刷电路板120上装配的器件155的数目，其等于哪些器件类型160。

任务210可以分配有优先级235，所述优先级说明：应以什么样的紧迫性实施任务210。

所述方法从集合205中提取任务210并且由所述任务形成装备165、170的顺序250。在此，所述方法可以多次依次地访问集合205。在两次访问之间，集合205可能已经变化，例如通过由另一方法提取任务210的方式或者通过添加新到达的任务210的方式。

所述方法可以作为模拟来使用，使得因此可以快速并且自动地学习不同参数的影响。属于这些参数的可以是以下战略性的参数：所述参数在多个装配线110之间可以显著不同。属于这些参数的例如可以是以下的一个或多个：

- 规划周期的长度；

- 预先确定的固定装备165和所分配的固定装备-装备群组175；

- 关于所述装配线110或待处理的印刷电路板类型122的信息，例如

--在更换台140上的器件155的最小轨道需求，

--可用的更换台140的数目，

--各个更换台140的容量，

--对于各个更换台140允许的器件类型160；

- 最大的任务量，所述任务量允许被推迟到后续的规划周期中；

- 更换台140的通过可变装备170的器件类型160的器件155的储备的填充度；或者

- 统计参数。

所述方法200的任务通常限于：越过预先确定的规划周期255地运行装配线110。为此，确定以下装备：所述装备在规划周期205内尽可能好地充分利用装配线110并且在此能够实现高效的生产。规划周期255可以包括预先确定的时间，所述时间例如可以是一天或数天，或者约一个星期。规划周期255的持续时间通常根据装配线110的技术标准以及必要时关于在装配线110上的通常的任务总量的信息来确定。

从集合205出发，可以在所述方法200的范围内形成任务210的或者印刷电路板类型122的子集合260，以便将用于形成印刷电路板类型122到装配线110的分配的基本集合缩小到合理的程度上。如下面还更详细示出的那样，也可以逐渐地形成子集合260，其方式是，在多次遍历所述方法200的情况下必要时改动所述子集合。

子集合260的印刷电路板类型122被分组成一个或多个装备群组。在此，可以在固定装备-装备群组175和可变装备-装备群组180之间进行区分。固定装备-装备群组175分配给固定装备165，所述固定装备被设置用于在规划周期255内保持不变地在一个或多个装备台140上实现。与此相反，可变装备-装备群组180分配给可变装备170，所述可变装备被设置用于在规划周期255内仅仅暂时地在装备台140上被实现并且然后完全地或部分地又从该装备台移除。用于实现可变装备170的装备台140在规划周期255内至少一次被改装，其中每一次都改变装备台140上的器件类型160的器件155的储备的组成。

以示例性的方式在图2的视图中形成三个装备群组175、180，它们以A、B和C表示。每个装备群组175、180分配有多个印刷电路板类型122。

对于印刷电路板类型122到装备群组175、180的分配，不同的方法可供使用。优选地，确定并且借助线性优化方法改善所述分配。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；

- 非常好的商业标准-解决者（Ilog，Gurobi，Xpress），其在实践中广为流传并且经过考验；

- 对于所确定的解决方案已知的是，该解决方案最大离最优解决方案多远（Gap）。

通过数学方法的应用，对于印刷电路板类型122到装备群组175的分配，可以相比于借助目前为止在实践中所应用的处理方法实现明显更好的解决方案。

为了优化，可以使用不同的方法，例如基于局部的搜索方法或元启发式算法。然而优选地，使用IP-模型（整数规划或者整数程序或混合整数优化模型）。在数学优化领域上的主要方法之一是线性优化，所述线性优化致力于在集合上线性目标函数的优化，所述集合通过线性的等式和不等式限制。

在一种实施方式中，所述分配可以指向：关于预先确定的标准确定具有预先确定的质量的装备群组175、180。例如，所述标准可以包括通过分配给装备群组的装备165、170的器件155在装备台140上的可用的位置的负荷率。如果例如通过器件155使用少于可用的位置的约75%，则可以丢弃所述装备群组175、180。已经与所分配的印刷电路板类型122一起从集合205移除的任务210可以在所述丢弃时又被提供给集合205。在图2的示例中，所述装备群组C可以是这样的人手不足的装备群组175、180，其可以被丢弃。

在后续步骤中将装备群组175、180引入到顺序250中。在此或者此后关于预先确定的标准优化顺序250。该标准例如可以包括：使装备175、180的数目或者在装备175、180之间的装备更换的数目最小化。可安装在装备台140上的装备175、180中的器件155的储备的数目可以在所述标准的范围内被最大化。而印刷电路板120的借助固定装备-装备群组175的生产容量可以被最大化。生成容量可以涉及所装配的印刷电路板120的数目。也可以将多个特征数经加权地或未经加权地汇总，以便形成标准。

装备175、180的所确定的顺序250可以作为方法200的结果来提供。也可以确定多个顺序250，所述多个顺序关于所述标准达到预先确定的质量。然后，顺序250之一的选择可以基于其他参数来实现。

优选的是，多次遍历所述方法200，以便优化顺序250。在此更优选地，在所述方法200的不同遍历上改变一个或多个参数。尤其可以改变集合205中的子集合260的组成。其他可变的参数例如可以包括具有所分配的固定装备-装备群组175的固定装备165的数目或组成、分配给印刷电路板类型122的任务210的优先级235、装备175、180的上述填充度或者在装备群组175、180中的印刷电路板类型122的数目。多个参数的组合同样是可能的。此外，可以在所述方法200的各个遍历之间将集合205在其组成或基数方面进行改变。

所述方法200更优选地一直运行，直至发现顺序250，所述顺序的质量关于所述标准达到预先确定的阈值，或者直至遍历所述方法200的预先确定的确定持续时间。如果在确定持续时间内不能发现令人满意的顺序250，则可以对于重新的确定例如调整用于形成装备群组175、180的附加条件或者所要求的质量的阈值。

接着，更优选地，在装配线110上相继提供所述顺序250的装备175、180并且将其用于装配对应的装备群组175、180的印刷电路板120。

图3示出在图1的装配系统100的装配线110上装备175、180的顺序250。在水平方向上绘出时间。在图3的示例中，每个装备175、180通过各一个装备台140 T1至T3表示。装备台T1至T3在竖直方向上被绘出并且分别通过水平方框来表示，如果装备台T1至T3在预装备中被扩充，则所述水平方框保持在浅色的下降的阴影中，并且如果装备台T1至T3安装在装配线110上，则所述水平方框保持在深色的上升的阴影中。如果不使用装备台T1至T3，则在相应的方框中不施加阴影。在图3的示例中，装备台Tl承载固定装备165，并且装备台T2和T3分别承载可变装备170。

在规划周期255开始时，首先在装配线110上装备第一装备R1，固定装备165包括所述第一装备。与此相应地，在装配线110上安装装备台Tl，而装备台T2和T3可用于装配部件。如果第一装备R1的生产时间结束，则进行用于第二装备R2的装备更换305。第二装备包括可变装备170的器件类型160，所述器件类型160装备在更换台T2上。在借助第二装备R2装配印刷电路板120期间，此外可以预装备装备台T3。

在进一步的装备更换305之后，在确定线110上提供第三装备R3，所述第三装备仅仅包括在装备台T3上装备的器件类型160。在借助装备R3进行装配期间，可以改装装备台T2。

然而，在本示例中，装备台T2的改装比借助第三装备R3的装配持续更长时间。如果装备R4应跟随装备R3，装备R4需要必须装备在装备台T2上的器件类型160，则可能需要等待时间W，在等待时间期间不进行借助装配线110的生产。

在借助装备R4装配期间，可以改装第三装备台T3。如果改装需要长于借助装备R4的生产时间，则为了避免在装备R4与需要在装备台T3上装备的器件类型169的装备R6之间的另一等待时间，可以中间连接装备R5，该装备R5由固定装备165包括。必要时也可以由装备R5包括存在于装备台T2上的器件类型160包括。

变得清楚的是，装备R1至R6的顺序250决定：是否以及何时必须插入等待时间W以及该等待时间需要多长时间。在此，等待时间W的避免仅仅对于用于优化装备群组175、180在装配线110上的顺序250的多个可能的标准中的一个是有代表性的。

尽管细节上通过优选的实施例详细地阐述并描述了本发明，但本发明不受所公开的示例限制并且其他改动可以由本领域技术人员由此导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.用于借助装配线（110）装配印刷电路板（120）的方法（200），

- 其中设置具有分别分配的装备群组（175,180）的多个装备（165，170）；其中给每个装备（165，170）分配多个器件类型（160）并且给每个装备群组（175，180）分配多个印刷电路板类型（122），

使得能够在所述装配线（110）上借助所述装备（165，170）的器件类型（160）的器件（155）装配装备群组（175，180）的印刷电路板类型（122）的印刷电路板（120），

- 其中能够在所述装配线（110）上提供具有装备（165，170）的器件类型（160）的器件（155）储备的装备台（140），

其中，所述方法包括以下步骤：

- 检测印刷电路板类型（122），所述印刷电路板类型中的印刷电路板（120）应以所分配的器件类型（160）的器件（155）来装配，

- 将所检测的印刷电路板类型（122）分配到装备群组（175，180），

其特征在于以下步骤：

- 确定以下顺序（250）：应以所述顺序将所形成的装备群组（175，180）的装备（165，170）在所述装配线（110）上装备，

- 关于预先确定的标准优化所述顺序（250），以及

- 借助装备（165，170）以预先确定的顺序装备印刷电路板（120）。

2.根据权利要求1所述的方法（200），其中所述标准包括装备（165，170）的数目、装备更换（305）的数目、待安装在装备台（140）上的器件（155）的储备的数目和固定装备（165）中的生产容量中的一个。

3.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中在所述顺序（250）中，第二装备（165，170）跟随第一装备（165，170），并且所述标准包括：在印刷电路板（120）借助所述第一装备（165，170）的装配的结束与具有所述第二装备（165，170）的器件类型（160）的器件（155）的储备的装备台（140）的完成的提供之间的等待时间尽可能小。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中所确定的装备之一是固定装备（165），所述固定装备的器件类型（160）保持不变地装备在一个或多个装备台（140）上，只要借助所确定的顺序（250）的装备来装配印刷电路板（120）。

5.根据以上权利要求中任一项所述的方法（200），其中，以至少一个改变了的参数重复印刷电路板类型（122）到装备群组（175，180）的分配，以便优化所述标准。

6.根据权利要求5所述的方法（200），其中，所述参数包括从所检测的印刷电路板类型（122）的集合（205）中选择所分配的印刷电路板类型（122）。

7.根据权利要求5或6所述的方法（200），其中，所述参数包括所检测的印刷电路板类型（122）的集合。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法（200），其中，所述参数包括以下参量中的至少一个：

固定装备（165），所述固定装备包括装备台（140），所述装备台的所分配的器件类型（160）不改变；

优先级（235），所述优先级分配给用于装配印刷电路板（120）的任务（210）；

装备（165，170）的填充度；

在装备群组（175，180）中的印刷电路板类型（122）的数目。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，使用多个标准的经加权的组合。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序产品在处理装置（115）上运行或者存储在计算机可读的介质中时执行根据以上权利要求中任一项所述的方法（200）。

11.用于装配印刷电路板（120）的系统，所述系统包括装配线（110）和用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法（200）的处理装置（115）。