CN109145423A - 一种pcb合拼与排样集成优化方法及系统 - Google Patents

一种pcb合拼与排样集成优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PCB合拼与排样集成优化方法，包括以下步骤：步骤A：获取订单信息，然后根据订单信息筛选出可合拼生产的订单组合；步骤B：所述订单组合中的PCB订单根据生产数量由大到小进行排序，然后PCB订单按顺序在PNL板上进行排版，得到合拼组合；步骤C：对每个所述合拼组合进行单版面排样优化；步骤D：在当前的所述合拼组合之间两两进行PCB子板交换与比较替换，不断优化订单组合；步骤E：按顺序选择两个所述合拼组合进行合并尝试和排版优化，如果排版成功则进行真实合并；步骤F：计算拼板种类、PNL板的总利用率；步骤G：输出迭代优化的方案。本发明能将优化软件集成到工程系统中，以提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种PCB合拼与排样集成优化方法及系统
技术领域
本发明涉及PCB生产领域，尤其涉及一种PCB合拼与排样集成优化方法及系统。
背景技术
随着计算机、电子、通信等高科技产业的高速发展，PCB(Printed Circuit Board,印刷线路板)产量与生产需求迅猛增长，PCB生产厂家已逐渐向大批量，多品种生产模式转变。目前都是采用传统的人机交互半自动拼板方式，这种方式已不能满足PCB板日益增长的需求。市场上有关PCB合拼与排样相关的软件，其中使用最多的是Genesis软件。Genesis拥有拼板与排版功能，可对PCB子板进行单拼或合拼，然而其拼板功能相对简单，并且属于半自动拼板，即通过人工导入输入文件，然后通过人机交互拼板(平移、旋转、复制、推挤)，从而得到最终拼板结果，这些合拼方式存在诸多不足的地方，如：交互式合拼效率很低、合拼过程依靠人工经验，生产批次较多且拼板结果不合理，受人工因素影响且不适合推广等问题，不能解决PCB合拼与排样优化中PCB子板的快速组合、约束限制以及自动化拼板排样等关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种PCB合拼与排样集成优化方法及系统，以解决上述问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种PCB合拼与排样集成优化方法，应用于PCB生产管理系统，包括以下步骤：
步骤A：获取订单信息，然后根据订单信息筛选出可合拼生产的订单组合；
步骤B：所述订单组合中的PCB订单根据生产数量由大到小进行排序，然后PCB订单按顺序在PNL板上进行排版，得到合拼组合；
步骤C：对每个所述合拼组合进行单版面排样优化；
步骤D：在当前的所述合拼组合之间两两进行PCB子板交换与比较替换，不断优化订单组合；
步骤E：按顺序选择两个所述合拼组合进行合并尝试，并进行排版优化，如果排版成功则进行真实合拼，如果排版失败则更换合拼组合，重新进行合拼尝试；
步骤F：计算拼板种类和PNL板(PANEL板,母板)的总利用率：
当拼板种类与总利用率发生变化，且迭代次数t≤T(T＝10)时，迭代优化t＝t+1，然后执行步骤D；
当拼板种类与总利用率均无变化，或迭代次数t＞T(T＝10)时，结束迭代，然后执行步骤G；
步骤G：输出迭代优化的方案。
所述步骤B包括以下步骤:
步骤B1：将订单组合内的PCB订单按PCB子板的数量由多到少进行排序；
步骤B2：把PCB订单按顺序依次分到一个PNL板上进行排版，当所述PNL板上再增加一个PCB订单则PCB子板无法全部在所述PNL板上进行排版时，增加一个新的PNL板；
步骤B3：重复步骤B2，将剩下的PCB子板在新的PNL板上进行排版；当所有的PCB订单均排版完成后则进入步骤C。
在所述步骤C中，将几种合拼的PCB订单排放在一种规格给定数量充足的PNL板上，用一种拼板方式将这些订单都排布在PNL板上，且需满足每个PCB订单各自的工艺约束，单版面排样优化的目标为利用最少的PNL板完成所有的PCB订单的排样或PNL板的利用率最大。
在所述步骤C中，分别计算出每个合拼组合在优化后的版面利用率；在所述步骤D中，根据所述步骤C计算出的版面利用率，由大到小进行排序，然后按版面利用率由大到小依次进行两两交换操作，所述两两交换操作包括以下有三种：
(1)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(2)从第二合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第一合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(3)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中；接着从所述第二合拼组合中移除另一个订单，然后将所述另一个订单添加到所述第一合拼组合中，最后，所述第一合拼组合所述与第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
两个所述合拼组合之间分别尝试三种所述两两交换操作，然后比较原组合与执行三种所述两两交换操作后所使用的PNL板数量和版面利用率，选择PNL板数量最少或版面利用率最高的一种所述两两交换操作来执行或保持原组合方式。
在所述步骤E中，所述合拼组合按订单数量由多到少进行排序依次为P1、P2、P3……Pn，然后根据合拼组合的顺序进行,将P1与P2合并到一个PNL板上进行排版，接着执行步骤C，进行单版面排样优化并计算能否合拼成功，若是，则输出合拼结果，然后将P3与P4进行合拼；若否，则放弃该合拼，然后将P1与P3进行合拼，以此类推。
在所述步骤A中，所有订单根据筛选条件筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的订单组合，筛选条件包括：板材、层压、板厚、铜厚、阻焊颜色、字符颜色、孔铜、基铜、表面工艺、交货期和工艺流程。
一种PCB合拼与排样集成优化系统，包括：
订单管理模块，用于接收订单、管理订单信息、PNL原版库存数据处理和加投生产数量管理；
筛选与分类模块，用于对所有的PCB子板进行筛选分类，筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的合拼订单池；
合拼订单管理模块：用于管理可合拼订单集合，当有新订单到达或部分组合订单在生产线生产时，更新合拼订单池中的数据；
合拼与排样集成优化模块，用于对合拼订单池内的每个可合拼订单根据订单信息进行合拼排样优化，选出最优的组合与排版方案；
合拼审核模块：用于评估合拼效果是否满足要求，符合合拼要求的排版方案直接进行合拼，并推送到生产线进行生产，不符合合拼要求的排版方案返回订单池，等待订单管理模块接收到新的订单后，再重新进行合拼优化。
所述合拼审核模块判断排版图是否满足所有工艺约束，如不满足所有工艺约束，则返回合拼与排样集成优化模块进行重新优化排版；对于满足所有工艺约束的排版图，则判断其版面利用率是否大于或等于70％：若是，则合拼订单下线生产；否则返回订单池等待新的可合拼订单；当短期内没有新的可合拼订单或产线已投放的订单都以加工完时，如果版面利用率小于70％，经人工审核确认后可以将这些合拼订单下线开始生产。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制；
图1是本发明的一种PCB合拼与排样集成优化方法其中一个实施例的整体流程示意图；
图2是本发明的一种PCB合拼与排样集成优化方法其中一个实施例的分组流程示意图；
图3是本发明的一种PCB合拼与排样集成优化方法其中一个实施例的两两交换操作的示意图；
图4是本发明的一种PCB合拼与排样集成优化系统其中一个实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例的一种PCB合拼与排样集成优化方法，应用于PCB生产管理系统，如图1所示，包括以下步骤：
步骤A：获取订单信息，然后根据订单信息筛选出可合拼生产的订单组合；
步骤B：所述订单组合中的PCB订单根据生产数量由大到小进行排序，然后PCB订单按顺序在PNL板(PANEL板,整板)上进行排版，得到合拼组合；
步骤C：对每个所述合拼组合进行单版面排样优化；
步骤D：在当前的所述合拼组合之间两两进行PCB子板交换与比较替换，不断优化订单组合；
步骤E：按顺序选择两个所述合拼组合进行合并尝试，并进行排版优化，如果排版成功则进行真实合拼，如果排版失败则更换合拼组合，重新进行合拼尝试；
步骤F：计算拼板种类和PNL板的总利用率：
当拼板种类与总利用率发生变化，且迭代次数t≤T(T＝10)时，迭代优化t＝t+1，然后执行步骤D；
当拼板种类与总利用率均无变化，或迭代次数t＞T(T＝10)时，结束迭代，然后执行步骤G；
步骤G：输出迭代优化的方案。
本发明所提出的一种PCB合拼与排样集成优化方法可应用于实际生产中，用于提高PCB拼板排样效率，改善PCB拼板排样效果，即减少拼板种类、减少生产批次，提高了生产效率与原材利用率等。该方法能够实现自动合拼与排样功能，能将优化软件集成到工程系统中，完善企业信息化，提高企业生产效率，降低企业生产成本，可以减少对人工排版经验的依赖。
所述步骤B，如图2所示，包括以下步骤:
步骤B1：将订单组合内的PCB订单按PCB子板的数量由多到少进行排序；
步骤B2：把PCB订单按顺序依次分到一个PNL板上进行排版，当所述PNL板上再增加一个PCB订单则PCB子板无法全部在所述PNL板上进行排版时，增加一个新的PNL板；
步骤B3：重复步骤B2，将剩下的PCB子板在新的PNL板上进行排版；当所有的PCB订单均排版完成后则进入步骤C。
在所述步骤C中，将几种合拼的PCB订单排放在一种规格给定数量充足的PNL板上，用一种拼板方式将这些订单都排布在PNL板上，且需满足每个PCB订单各自的工艺约束，单版面排样优化的目标为利用最少的PNL板完成所有的PCB订单的排样或PNL板的利用率最大。
通过对每个合拼组合进行单版面排样优化后可获得该订单组合一个合拼排版的初始解，使每个PCB订单均可满足各自的工艺约束，但这些版面排版利用率较低，存在很多PCB子板数量多投的问题，因此还需要进一步对这些订单组合进行优化。
在所述步骤C中，分别计算出每个合拼组合在优化后的版面利用率；在所述步骤D中，根据所述步骤C计算出的版面利用率，由大到小进行排序，然后按版面利用率由大到小依次进行两两交换操作，所述两两交换操作包括以下有三种：
(1)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(2)从第二合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第一合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(3)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中；接着从所述第二合拼组合中移除另一个订单，然后将所述另一个订单添加到所述第一合拼组合中，最后，所述第一合拼组合所述与第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
两个所述合拼组合之间分别尝试三种所述两两交换操作，然后比较原组合与执行三种所述两两交换操作后所使用的PNL板数量和版面利用率，选择PNL板数量最少或版面利用率最高的一种所述两两交换操作来执行或保持原组合方式。
在本实施例中，如图3所示，合拼组合A{1、2、3、4}中有4个订单，合拼组合B{5、6、7、8、9}中有5个订单,则这两个合拼组合之间的进行两两交换操作如下：
1)从组合A中移除3号订单，然后将3号订单添加到组合B中，则A中订单减少1个，B中订单增加1个，对新的合拼组合A和B分别执行步骤C计算两个组合使用PNL数和版面利用率；
2)从组合B中移除6号订单，然后将6号订单添加到组合A中，则A中订单添加1个，B中订单减少1个，对新的合拼组合A和B分别执行步骤C计算两个组合使用PNL数和版面利用率；
3)从组合A中移除2号订单，然后将2号订单添加到组合B中，从组合B中移除7号订单，然后将7号订单添加到组合A中，接着对新的合拼组合A和B分别执行步骤C计算两个组合使用PNL数和版面利用率。
在合拼组合之间尝试执行两两交换操作后，然后选择执行PNL数量最少或版面利用率最高的操作，以使合拼组合更加合理，PNL使用数量更少，排版利用率更高。
在所述步骤E中，所述合拼组合按订单数量由多到少进行排序依次为P1、P2、P3……Pn，然后根据合拼组合的顺序进行,将P1与P2合并到一个PNL板上进行排版，接着执行步骤C，进行单版面排样优化并计算能否合拼成功，若是，则输出合拼结果，然后将P3与P4进行合拼；若否，则放弃该合拼，然后将P1与P3进行合拼，以此类推。
通过合拼组合之间两两合并操作，能使两个版面的PCB子板合并到一起，减少版面数，降低生产调整成本，提高生产效率。
在所述步骤A中，所有订单根据筛选条件筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的订单组合，筛选条件包括：板材、层压、板厚、铜厚、阻焊颜色、字符颜色、孔铜、基铜、表面工艺、交货期和工艺流程。
由于工艺特征不同的的PCB板无法进行合拼生产，所以对所有订单进行筛选可以把能合拼生产的PCB订单选出，并分配到一个订单组合内，以方便进行后续的合拼步骤。
一种PCB合拼与排样集成优化系统，如图4所示，包括：
订单管理模块，用于接收订单、管理订单信息、PNL原版库存数据处理和加投生产数量管理；
筛选与分类模块，用于对所有的PCB子板进行筛选分类，筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的合拼订单池；
合拼订单管理模块：用于管理可合拼订单集合，当有新订单到达或部分组合订单在生产线生产时，更新合拼订单池中的数据；
合拼与排样集成优化模块，用于对合拼订单池内的每个可合拼订单根据订单信息进行合拼排样优化，选出最优的组合与排版方案；
合拼审核模块：用于评估合拼效果是否满足要求，符合合拼要求的排版方案直接进行合拼，并推送到生产线进行生产，不符合合拼要求的排版方案返回订单池，等待订单管理模块接收到新的订单后，再重新进行合拼优化。
所述合拼审核模块判断排版图是否满足所有工艺约束，如不满足所有工艺约束，则返回合拼与排样集成优化模块进行重新优化排版；对于满足所有工艺约束的排版图，则判断其版面利用率是否大于或等于70％：若是，则合拼订单下线生产；否则返回订单池等待新的可合拼订单；当短期内没有新的可合拼订单或产线已投放的订单都以加工完时，如果版面利用率小于70％，经人工审核确认后可以将这些合拼订单下线开始生产。
由于在排版过程中还存在部分无法完全满足所有工艺约束或版面利用率较低的排版方案，设置合拼审核模块可以防止部分排版效果较差的排版方案投入生产，仅允许排版效果较好的方案投入生产，以降低生产的成本；此外，合拼审核模块在其他模块出现错误时，可以起到防止排版错误的方案投入生产的作用；优选地，审核模块可以为人工审核，当然也可以为软件或机器审核。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种PCB合拼与排样集成优化方法，应用于PCB生产管理系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：获取订单信息，然后根据订单信息筛选出可合拼生产的订单组合；
步骤B：所述订单组合中的PCB订单根据生产数量由大到小进行排序，然后PCB订单按顺序在PNL板上进行排版，得到合拼组合；
步骤C：对每个所述合拼组合进行单版面排样优化；
步骤D：在当前的所述合拼组合之间两两进行PCB子板交换与比较替换，不断优化订单组合；
步骤E：按顺序选择两个所述合拼组合进行合并尝试，并进行排版优化，如果排版成功则进行真实合拼，如果排版失败则更换合拼组合，重新进行合拼尝试；
步骤F：计算拼板种类、PNL板的总利用率；
当拼板种类与总利用率发生变化，且迭代次数t≤T(T＝10)时，迭代优化t＝t+1，然后执行步骤D；
当拼板种类与总利用率均无变化，或迭代次数t＞T(T＝10)时，结束迭代，然后执行步骤G；
步骤G：输出迭代优化的方案。
2.根据权利要求1所述的一种PCB合拼与排样集成优化方法，其特征在于，所述步骤B包括以下步骤:
步骤B1：将订单组合内的PCB订单按PCB子板的数量由多到少进行排序；
步骤B2：把PCB订单按顺序依次分到一个PNL板上进行排版，当所述PNL板上再增加一个PCB订单则PCB子板无法全部在所述PNL板上进行排版时，增加一个新的PNL板；
步骤B3：重复步骤B2，将剩下的PCB子板在新的PNL板上进行排版；当所有的PCB订单均排版完成后则进入步骤C。
3.根据权利要求2所述的一种PCB合拼与排样集成优化方法，其特征在于，在所述步骤C中，将几种合拼的PCB订单排放在一种规格给定数量充足的PNL板上，用一种拼板方式将这些订单都排布在PNL板上，且需满足每个PCB订单各自的工艺约束，单版面排样优化的目标为利用最少的PNL板完成所有的PCB订单的排样或PNL板的利用率最大。
4.根据权利要求3所述的一种PCB合拼与排样集成优化方法，其特征在于，在所述步骤C中，分别计算出每个合拼组合在优化后的版面利用率；在所述步骤D中，根据所述步骤C计算出的版面利用率，由大到小进行排序，然后按版面利用率由大到小依次进行两两交换操作，所述两两交换操作包括以下有三种：
(1)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(2)从第二合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第一合拼组合中，接着所述第一合拼组合与所述第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
(3)从第一合拼组合中移除一个订单，然后将所述订单添加到第二合拼组合中；接着从所述第二合拼组合中移除另一个订单，然后将所述另一个订单添加到所述第一合拼组合中，最后，所述第一合拼组合所述与第二合拼组合分别执行步骤C，并分别计算出两个合拼组合所使用的PNL板数量以及版面利用率；
两个所述合拼组合之间分别尝试三种所述两两交换操作，然后比较原组合与执行三种所述两两交换操作后所使用的PNL板数量和版面利用率，选择PNL板数量最少或版面利用率最高的一种所述两两交换操作来执行或保持原组合方式。
5.根据权利要求4所述的一种PCB合拼与排样集成优化方法，其特征在于，在所述步骤E中，所述合拼组合按订单数量由多到少进行排序依次为P1、P2、P3……Pn，然后根据合拼组合的顺序进行,将P1与P2合并到一个PNL板上进行排版，接着执行步骤C，进行单版面排样优化并计算能否合拼成功，若是，则输出合拼结果，然后将P3与P4进行合拼；若否，则放弃该合拼，然后将P1与P3进行合拼，以此类推。
6.根据权利要求5所述的一种PCB合拼与排样集成优化方法，其特征在于，在所述步骤A中，所有订单根据筛选条件筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的订单组合，筛选条件包括：板材、层压、板厚、铜厚、阻焊颜色、字符颜色、孔铜、基铜、表面工艺、交货期和工艺流程。
7.根据权利要求6所述的一种PCB合拼与排样集成优化系统，其特征在于，包括：
订单管理模块，用于接收订单、管理订单信息、PNL原版库存数据处理和加投生产数量管理；
筛选与分类模块，用于对所有的PCB子板进行筛选分类，筛选出具有相同工艺特征且能同批次合拼生产的合拼订单池；
合拼订单管理模块：用于管理可合拼订单集合，当有新订单到达或部分组合订单在生产线生产时，更新合拼订单池中的数据；
合拼与排样集成优化模块，用于对合拼订单池内的每个可合拼订单根据订单信息进行合拼排样优化，选出最优的组合与排版方案；
合拼审核模块：用于评估合拼效果是否满足要求，符合合拼要求的排版方案直接进行合拼，并推送到生产线进行生产，不符合合拼要求的排版方案返回订单池，等待订单管理模块接收到新的订单后，再重新进行合拼优化。
8.根据权利要求7所述的一种PCB合拼与排样集成优化系统，其特征在于，所述合拼审核模块判断排版图是否满足所有工艺约束，如不满足所有工艺约束，则返回合拼与排样集成优化模块进行重新优化排版；对于满足所有工艺约束的排版图，则判断其版面利用率是否大于或等于70％：若是，则合拼订单下线生产；否则返回订单池等待新的可合拼订单；当短期内没有新的可合拼订单或产线已投放的订单都以加工完时，如果版面利用率小于70％，经人工审核确认后可以将这些合拼订单下线开始生产。
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