CN107114015B

CN107114015B - 印刷电路板的填装

Info

Publication number: CN107114015B
Application number: CN201580061358.8A
Authority: CN
Inventors: A.普法芬格; C.罗耶
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2035-10-05
Also published as: EP3170378B1; CN107114015A; DE102014222940A1; US10470348B2; JP6461340B2; WO2016074857A1; US20170311491A1; JP2017535962A; EP3170378A1

Abstract

为了用取‑放系统上的元件填装印刷电路板，确定固定式装配器和多个变化式装配器。每个装配器包括一定数量的元件，元件的储量被引入到取‑放作业线上的装配台，并且装配族与每个装配器相关联，所述族包括能够使用装配器被填装的印刷电路板的类型。关于加权参数优化固定式装配器，之后，借助于模拟来确定变化式装配器能够多好地实施在装配台上并引入到取‑放作业线，预定的取‑放命令的其余元件与变化式装配器相关联。确定每个不同加权的质量，以便确定优化的加权。

Description

印刷电路板的填装

技术领域

本发明涉及用于填装印刷电路板的方法和系统。对此，取-放作业线（pick-and-place line）是先决条件，所述取-放作业线被设计成使用元件来填装印刷电路板。

背景技术

电子组件包括印刷电路板以及以机械方式和电气方式紧固到该印刷电路板的元件。为了制造印刷电路板，通过取-放机构将元件放置在印刷电路板上，在此之后，在回流炉（reflow oven）中将它们焊接到印刷电路板。多个取-放机构可以在取-放作业线中一个接一个地运行。包括多个取-放作业线的取-放系统可用于制造大量的印刷电路板。

在取-放作业线处，预定元件类型的元件的储量被引入到装配台（setting-uptable）。如果将要填装印刷电路板而不是所有用于该印刷电路板的元件都存在于所附接的装配台中的一个处，那么装配台被替换成出于此目的已配备有所需元件的其它装配台。可用的装配台的数量通常是有限的，并且使装配台配备有一元件类型的元件会是昂贵的。因此，可形成固定式装配器，其历经相对长的计划周期不变地保持附接到一个或多个装配台。

DE 10 2012 220 904 A1涉及一种用于确定取-放作业线的固定式装配器的方法。

发明内容

为了对取-放作业线进行好的利用，至关重要的内容在于，以一方式尽可能地将固定式装配器确定成使得变化式装配器能够在取-放作业线处被高效地装配，其余元件类型的预定填装命令被指派给该变化式装配器。本发明所基于的目的是提供改进技术以便使印刷电路板的填装得到改进。

在取-放作业线处能够使用装配器，其中，包括多个印刷电路板类型的装配族（set-up family）与该装配器相关联，并且其中，元件类型与该装配器相关联，以使得可借助于该装配器的元件类型的元件来填装装配族的印刷电路板类型的印刷电路板。出于此目的，指定第一计划期，并且第一计划期被分为多个第二计划期。可通过提供相关联的元件类型的元件的储量在一个或多个装配台处实施每个装配器。在此，装配器被分为固定式装配器（fixed set-up）和变化式装配器（variant set-up），其中，固定式装配器被配置成在第一计划期期间不变地在一个或多个装配台上保持实施，并且变化式装配器被配置成在第二计划期期间仅暂时地在一个或多个装配台处实施。

一种用于借助于取-放作业线来填装印刷电路板的方法包括以下步骤：（a）登记命令，每个命令用于在预定的第二计划期中使用相关联的元件类型的元件来填装印刷电路板类型的某一片数的印刷电路板，（b）基于所有命令将元件类型与固定式装配器相关联，（c）关于使生产容量和命令数量的加权组合最大化来优化该关联，（d）对于每个第二计划期，执行：基于相应的第二计划期的命令将元件类型与变化式装配器相关联，并且确定固定式装配器或变化式装配器应当在取-放作业线处被装配的顺序，以便分别处理命令；而且（e）确定判据，该判据包括所有第二计划期的经确定的顺序的质量，（f）使用组合的改变的加权重复步骤（b）到（e），（g）确定优化的加权，以该优化的加权，判据被优化，以及（h）借助于已基于优化的加权而确定的装配器来填装印刷电路板。

特别地，可以通过所述方法确定哪项加权允许为取-放作业线确定如下的固定式装配器，所述固定式装配器导致可在取-放作业线处被容易地操作的变化式装配器。例如，这可用于确定对于还未知所有命令的随后的第一计划期的固定式装配器。因此，可以基于历史或统计命令数据来确定固定式装配器，该固定式装配器具有高概率地再次导致可有效使用的变化式装配器。依照本发明，认识到，必须在生产容量和命令数量的加权组合方面对元件与固定式装配器的关联的优化进行优化。通过确定优化的加权，可找到两个目标判据之间的好的折衷，在某些情况下，所述两个目标折衷可能在固定式装配器的形成方面彼此冲突。

可对如下作出不同的选择：用于评估第二计划期中经确定顺序的质量的判据。因此，可以根据取-放作业线的或命令的要求或技术特征来调整该判据。

在一种形式的实施例中，所述判据包括使停机时间最小化。停机时间发生在如下时刻：借助于第一装配器的在取-放作业线处的填装在按顺序在所述第一装配器之后的第二装配器已准备好之前被完成时。换言之，如果提前没有保留出足够时间以实施第二装配器，则会出现停机时间。由于取-放作业线的获取（procurment）和操作会与相当大的成本相关联，所以避免或最小化停机时间是尤其具有益处的。

可给予生产容量额外的加权，以便减少停机时间。例如，如果发现因为停机时间不令人满意地长而导致判据是次优的，组合的加权可沿生产容量的方向有针对性地移动。

在另一形式的实施例中，判据包括使变化式装配器的数量最小化。必须被实施的变化式装配器越少，装配费用就可越少，从而使得变化式装配器可被引入改进的顺序。

在一个变体中，给予生产容量减小的加权，以便减少变化式装配器的数量。优选地，生产容量的加权仅减少到使得停机时间保持低于可接受的阈值所需的程度。例如，该阈值可以位于零。在又一形式的实施例中，判据包括使装配手续的数量最小化。在此，装配手续包括如下手续：使至少一个装配台配备有分配到变化式装配器的元件类型的元件储量。所述装配手续越不经常必须被执行，就有越多的时间可以能够用于装配器的准备。

在另一形式的实施例中，判据包括使在取-放作业线处从第一装配器到第二装配器的装配器改变的数量最小化。

在另一形式的实施例中，判据也可包括多个所述因数的加权组合。可以以这种方式改进使用该方法能够实现的结果。

进一步优选的是，重复步骤b.）至e.），直到判据已达到预定质量，或直到预定处理时间耗尽。如果在预定处理时间内不能达到判据的可接受质量，则可以改变判据的接受阈值或改变影响所述方法的运行时间的参数。例如，可以改变取-放作业线的配备，以便使判据的进一步提高成为可能。

也可以扩展加权的组合。特别地，可以以如下成分来扩展组合，所述成分包括与固定式装配器相关联的元件类型的数量乘以相关联的命令的数量所得的总和。不同的或附加的成分也是可能的。

特别优选的是，借助于混合整数规划来执行至少步骤c.）。混合整数规划可在计算机的帮助下确保高质量的优化结果。

一种计算机程序产品包括程序代码设备，该程序代码设备用于当所述计算机程序产品在处理装置上运行或存储在计算机可读介质上时实施上面所描述的方法。

一种用于填装印刷电路板的系统包括取-放作业线以及处理装置，处理装置用于实施上面所描述的方法。

附图说明

联系下面的对示例性实施例的描述，将更清楚且明确地理解本发明的上面所描述的特性、特征和优点以及其得到实现的方式，参照附图更详细地说明了该示例性实施例，在附图中：

图1示出了取-放系统；

图2示出了用于确定图1的取-放系统的取-放作业线的固定式装配器的方法的流程图；以及

图3示出了在图1的取-放系统的取-放作业线处的装配器的示例性顺序。

具体实施方式

图1示出了示例性的取-放系统100。取-放系统100包括一个或多个取-放作业线110以及处理或控制装置115。每个取-放作业线110包括可选的运输系统125以及一个或多个取-放机构130。每个取-放机构130包括一个或多个取放头135，取放头135中的每个被设计成从装配台140拾取元件155并将其定位在印刷电路板120上的预定位置处，印刷电路板120位于运输系统125上。在填装过程期间，印刷电路板120在正常情况下相对于取-放机构130保持静止。

装配台140通常包括多个供给装置150，供给装置150中只有作为示例示出在图1中。每个供给装置150都准备好预定元件类型160的元件155的储量。对于元件155，供给装置150通常具有一容量，该容量可以以轨道来表达。一个轨道通常是8mm宽，并且装配台140的轨道的数量被限制，例如被限制为40。通常使得同一元件类型160的元件155可获得于条带中，托盘上或管中。

每个元件类型160在供给装置150处并且在装配台140处需要预定数量的轨道，该轨道通常是彼此相邻的。为简单起见，供给装置150中一种元件类型160的元件155的数量在此被认为几乎是无限的，从而不需要后续补足。供给装置150通常可被配置成准备好不同元件类型160的元件155，并且不同的供给装置150通常可以附接到装配台140。

如果在取-放机构130处需要一种元件类型160的元件155而该元件155不存在于装配台140中的一个处，通常不改变元件155与所附接的装配台140中的一个的关联，而是替代地，将装配台140完全替换成不同的、得到适当配备的装配台140。

装配器165、170包括一定量的元件类型160，并且借助于一个或多个装配台140来实施，装配台140中的每个都配备有装配器165、170的元件类型160的元件155的储量，以便被附接到取-放作业线110。在此，可以在固定式装配器165和变化式装配器170之间作出区别。固定式装配器165被设置成历经预定计划周期不变地保持装载在一个或多个装配台140上，而变化式装配器170被配置成在计划周期内仅暂时地保持装载在一个或多个装配台140处。例如，计划周期可以多达约10天。在一个或多个装配台140处实施变化式装配器165所历经的时间通常明显短于计划周期。例如，这个时间可以是若干小时或若干天，但然而通过不长于一周。

装配族175、180包括一定数量的印刷电路板类型122，并且精确地与一个装配器156，170相关联，反之亦然。在此，可以区分固定式装配族175和变化式装配族180。固定式装配族175与固定式装配器165相关联，并且包括印刷电路板类型122，该印刷电路板类型122的相关联的印刷电路板120可完全使用相关联的固定式装配器165的元件类型160的元件155来填装。类似地，变化式装配族180与变化式装配器170相关联，并且包括印刷电路板类型122，该印刷电路板类型122的相关联的印刷电路板120可完全使用相关联的变化式装配器170的元件类型160的元件155来填装。

在取-放作业线110的操作期间，各种装配器165,170一个接一个地附接到取-放作业线110，以便分别填装所分配的印刷电路板120。在取-放作业线110处装配器165，170的改变被称为装配器改变，并且通常需要取-放作业线110的停机时间。

为了实施固定式装配器165或变化式装配器170，一个或多个装配台140通常在没有附接到取-放作业线110时被装载有预定元件类型160的元件155的储量。已经装配的、不需要的元件类型160的元件155可首先被拆卸或可保持装配。这个过程被称为预先装配，并且可能需要处理时间，该处理时间的范围为一个或多个小时，例如约6-10小时。

为了最小化与变化式装配器170相关联的装配、拆卸以及改变装配器的工作消耗（effort），通常尝试将尽可能多的印刷电路板类型122容纳在固定式装配器165中。然而，在实践中几乎不能够实现所期望的没有变化式装配器170的情况。

装配族175,180或装配器165,170的构成方式对于取-放作业线110的操作是至关重要的。在它们的形成过程中，可能需要观察次要约束条件，例如装配台140对于元件类型160的有限容量的保有情况，或者由于诸如使用含铅或者不含铅的焊料的原因对预定印刷电路板类型160在同一装配族175中的分组情况。

装配族175,180的形成或装配器165,170的形成可借助于控制装置115来实现。另外地，控制装置115可确定应当在取-放作业线110处对装配器165,170进行装配的顺序。而且，控制装置115可控制在取-放作业线110处或整个取-放系统100处的填装。

图2示出了方法200的流程图，方法200用于确定图1的取-放系统100的取-放作业线110处的装配器的顺序。

存在命令210，命令210用于在取-放作业线上填装印刷电路板类型122的印刷电路板120。命令210通常至少包括印刷电路板类型122和将要被填装的印刷电路板120的片数215。一个或多个元件类型160与印刷电路板类型122相关联，该一个或多个元件类型160的一个或多个元件155将分别被填装。

另外地，其他信息可与印刷电路板类型122相关联。例如，可以给出填装每个印刷电路板120将要使用的元件类型160的数量220、印刷电路板120的填装位置的数量225或者用于印刷电路板120的生产时间230。填装位置的数量225通常对应于填装印刷电路板类型122的印刷电路板120将要使用的元件155的数量，无论涉及哪个元件类型160。

优先级235可与命令210相关联，优先级235规定将要执行的命令210所具有的紧急程度。

对于第一计划期240，存在大量命令210，第一计划期被细分为多个第二计划期245。第一计划期可例如持续几个月或一年。第二计划期可例如持续一天或数天或者一个或几个星期。通常所有第二计划期245具有相同的长度，并且优选地彼此紧邻。在一种形式的实施例中，第一计划期240持续至少20个第二计划期245。

一个或多个命令210与每个第二计划期245相关联。如果命令210不能在与其已经得到关联的第二计划期245内完成，则在某些情况下，可将命令210推迟到随后的第二计划期245中。在这种情况下，命令210的优先级可得到提高。

对于第一计划期240的命令，方法200为每个第二计划期245确定固定式装配器165和至少一个变化式装配器170。为了尽可能地以一方式确定固定式装配器165以使得变化式装配器170在取-放作业线110的装配操作中可容易地得到管理，所以关于生产容量和命令数量的加权组合来优化固定式装配器165。

命令的数量对应于可借助于固定式装配器165来填装的命令210的数量。生产容量对应于命令数量中所包括的命令210的生产时间的总和。

例如，加权组合可包括命令数量与第一加权因数的乘积和生产容量与第二加权因数的乘积的总和。如果加权因数中的一个增加，则优选地，另一个同时减小。所述因数的总和可例如总是产生预定的常数，特别是1。

印刷电路板类型122与固定式装配器165的关联优选地采用线性优化的方法来优化。线性优化是求解（混合）整数线性优化（MIP：混合整数规划）的方法的基础。一系列在实践中被广泛使用并且经过验证的好的、商用的、标准化解决方案（Ilog，Gurobi，Xpress）能够用来借助于MIP处理具体问题。产出容量和命令数量的加权组合在此被给出以作为优化判据。

然后，优选地借助于模拟来评估已经确定的固定式装配器165对取-放作业线110的操作造成什么影响。为此目的，为每个第二计划期245形成变化式装配器170，以使得生产时间230落在相应的第二计划期245内的命令210可在取-放作业线110上得到处理。

如下面参照图3更详细地描述的，然后优选地确定固定式装配器165和/或变化式装配器170在取-放作业线110处的顺序。在这之后，确定判据，该判据包括已经为所有第二计划期245确定的序列的质量。所述判据可例如包括使取-放作业线110的停机时间最小化。如上面所描述的，其他的或组合的判据也是可能的。所述判据优选地取决于已经确定的一个或多个固定式装配器165，其形成取决于产出容量和命令数量的组合的加权。为了提供优化的判据，可以使用产出容量和命令数量的组合的改变的加权来重复上述的步骤。优选地，尽可能经常地以不同的加权实施所述步骤，以便找到允许变化式装配器170的形成得到优化的特定加权。

然后，可借助于已经基于优化的加权确定的装配器165、170来填装印刷电路板120。

而且，对于紧接在上述第一计划期240之后的另一第一计划期240，可采用为了确定固定式装配器165而确定的加权。该加权可反映取-放作业线110处的实际关系，以使得其允许在所述另一第一计划期240的第二计划期145中的变化式装配器170的形成得到改进。

图3示出了图1的取-放系统100的取-放作业线110处的装配器165、170的示例性顺序300。在示例性第二计划期245内，装配器A-B-C-B-D被依次装配。在此，装配器A和D是固定式装配器165，并且装配器B和C是变化式装配器170。

当固定式装配器A在取-放作业线110处装配时，可以用变化式装配器B来对装配台140进行装配。当所有的可借助于固定式装配器165来安装的印刷电路板120都已经通过取-放作业线110时，实施到变化式装配器B的装配器改变。当使用变化式装配器B实施填装时，可对变化式装配器C进行准备。如果存在足够的装配台140，当固定式装配器A仍在取-放作业线110处可用时，可以开始实施变化式装配器C。

以所描述的方式执行到变化式装配器B的并且然后执行到固定式装配器D的装配器改变。如果实施对时间上较晚的变化式装配器B或C的装配与借助于时间上较早的变化式装配器B或C的生产持续时间相比具有占用更长时间的风险，则优选地将固定式装配器A或D插入顺序300中两个变化式装配器B或C之间。序列300关于已经确定的固定式装配器A和D和已经确定的变化式装配器B和C的确切后果可以以不同的方式量化。关于确定反映一个或多个第二计划期245的顺序300的质量的判据，我们参考图2的描述。

尽管通过优选的示例性实施例更加彻底地说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域的专业人士可从其导出其它的变体。

Claims

1.一种用于填装印刷电路板（120）的方法（200），

- 所述方法借助于取-放作业线（110），在所述取-放作业线（110）处能够使用装配器（165、170）；

- 其中，包括多个印刷电路板类型（122）的装配族（175、180）与所述装配器（165、170）相关联，

- 其中，元件类型（160）与所述装配器（165、170）相关联，

- 以使得能够借助于所述装配器（165、170）的所述元件类型（160）的元件（155）来填装装配族（175、180）的印刷电路板类型（122）的印刷电路板（120）；

- 其中，指定第一计划期（240），所述第一计划期（240）被分为多个第二计划期（245）;

- 其中，每个装配器（165、170）能够被实施成使得能够在一个或多个装配台（140）处提供所述相关联的元件类型（160）的元件（155）的储量;

- 其中，所述装配器被分为固定式装配器（165）和变化式装配器（170），

- 其中，固定式装配器（165）被配置成在所述第一计划期（240）期间不变地在一个或多个装配台（140）上保持实施，

- 并且变化式装配器（170）被配置成在第二计划期（245）期间仅暂时地在一个或多个装配台（140）处实施，

其中，所述方法具有以下步骤：

a）登记命令（210），每个命令用于在预定的第二计划期（245）中使用相关联的元件类型（160）的元件（155）来填装印刷电路板类型（122）的某一片数（215）的印刷电路板（120）;

b）基于所有命令将元件类型（160）与固定式装配器（165）相关联；

c）关于使生产容量和命令数量的加权组合最大化来优化所述关联；

d）对于每个第二计划期（245）：

- 基于相应的第二计划期（245）的命令（210），将元件类型（160）与变化式装配器（170）相关联；

- 确定固定式装配器（165）或变化式装配器（170）应当在所述取-放作业线（110）处被装配的顺序，以便分别处理命令（210）；

e）确定判据，所述判据包括所有第二计划期（245）的经确定的顺序（300）的质量;

f）使用所述组合的改变的加权重复步骤b.）到 e.）;

g）确定优化的加权，以该优化的加权，所述判据被优化;

h）借助于已基于优化的加权而确定的装配器（165、170）来填装印刷电路板（120）。

2.如权利要求1所述的方法（200），其中，所述判据包括使停机时间最小化，所述停机时间发生在如下时刻：借助于第一装配器（165，170）在所述取-放作业线（110）处的填装在按顺序在所述第一装配器（165，170）之后的第二装配器（165，170）已准备好之前被完成。

3.如权利要求2所述的方法（200），其中，给予所述生产容量额外的加权，以便减少所述停机时间。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法（200），其中，所述判据包括使变化式装配器的数量最小化。

5.如权利要求4所述的方法（200），其中，给予所述生产容量减小的加权，以便减少变化式装配器的数量。

6.如权利要求1-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，所述判据包括使装配手续的数量最小化，并且装配手续包括如下手续：使至少一个装配台（140）配备有分配到变化式装配器（170）的元件类型（160）的元件（155）的储量。

7.如权利要求1-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，所述判据包括使在所述取-放作业线（110）处从第一装配器（165、170）到第二装配器（165、170）的装配器改变的数量最小化。

8.如权利要求2-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，所述判据包括多个因数的加权组合。

9.如权利要求1-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，重复所述步骤b.）到e.），直到所述判据已达到预定的质量，或直到预定的处理时间已经耗尽。

10.如权利要求1-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，所述加权组合另外地包括如下成分，对应于与固定式装配器（165）相关联的元件类型的数量乘以所述命令的数量所得的总和。

11.如权利要求1-3、5中的任一项所述的方法（200），其中，借助于混合整数规划来执行步骤c.)。

12.一种计算机可读介质，包括储存在其上的计算机程序，所述计算机程序当其在处理装置（115）上运行或存储在所述计算机可读介质上时实施如权利要求1-11中的任一项所述的方法（200）。

13.一种用于填装印刷电路板（120）的系统（100），包括

- 取-放作业线（110），以及

- 处理装置（115），所述处理装置（115）用于实施如权利要求1-11中的任一项所述的方法（200）。