WO2014079600A1 - Optimieren von rüstfamilien - Google Patents

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WO2014079600A1
WO2014079600A1 PCT/EP2013/069085 EP2013069085W WO2014079600A1 WO 2014079600 A1 WO2014079600 A1 WO 2014079600A1 EP 2013069085 W EP2013069085 W EP 2013069085W WO 2014079600 A1 WO2014079600 A1 WO 2014079600A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit board
printed circuit
setup
family
types
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/069085
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Pfaffinger
Christian Royer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2014079600A1 publication Critical patent/WO2014079600A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08—Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/085—Production planning, e.g. of allocation of products to machines, of mounting sequences at machine or facility level

Definitions

  • the present invention relates to an automatic assembly line for the assembly of printed circuit boards with components.
  • the invention relates to the determination of an assignment of printed circuit board types to a set-up family during operation of an assembly line.
  • An assembly line is set up to assemble a printed circuit board with a number of components. It is possible to differentiate between a variant production and a Festrüstungsfertigung.
  • the PCBs to be produced are divided into setup families ("clusters") for a short planning horizon (about 1-5 days) .
  • a setup family is a quantity of printed circuit boards which can be produced with a predetermined number of components on the assembly line The number of component types required for this purpose is called armor and is usually included in a set of shuttle tables
  • a changeover table is usually upgraded in the pre-equipment for assembling printed circuit boards with components of suitable component types and subsequently disarmed Changeover tables of a production line in the pre-assembly area require processing times in the range of about 6-10 hours.
  • the variant production is used in particular in what is known as "high mix low volume" assembly, that is, when frequently changing printed circuit boards are to be populated in short runs.
  • a subset is selected from a number of orders, each of which relates to the loading of a predetermined number of printed circuit board-type circuit boards, which are assigned to a set-up family. is ordered. The corresponding armor is upgraded and the printed circuit boards are populated, while already the setup family is determined, which is then to be populated. It happens that the placement line is finished with the placement of the current setup family, before the armor upgrade for the following setup family is completed. In this case, the placement line must be stopped, which can be associated with additional costs.
  • the object of the invention is to perform an assignment of PCB types to Jost pregnancy such that production stoppages of the assembly line are minimized.
  • the invention solves this problem by means of a method, a computer program product and a control device having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
  • An inventive method for assigning PCB types to Wust fashion comprises steps of detecting a number of orders, each for equipping a number of printed circuit boards of a predetermined type of printed circuit board with components and assigning a subset of the PCB types of orders to a next on a placement line to be equipped Jostfamilie, where the assignment is made such that a production time that indicates how long it takes to populate the printed circuit boards of the circuit board types of the set-up family is maximized as far as possible. This ensures that the production time is long enough to simultaneously prepare armor for a setup family to be populated on the assembly line. If the following armor is already upgraded when the assembly of the current set family is complete, then a production stoppage of the
  • the mapping comprises optimization by means of a mixed integer optimization model.
  • Mixed integer programming also known as integer programming or integer program, represents a global optimization approach that can ensure that not only a local but also a global optimum for an optimization task can be found.
  • the approach is easily expandable and there are commercial solving methods or solution devices. The commercial methods and devices are constantly being improved, so that it can be expected that even better optimization results can be achieved with the specified method in the future.
  • the assignment takes place such that, in addition, the number of printed circuit board types with high priority is maximized as far as possible in the set-up family. This can prevent a job from being run for a long time.
  • the priority of the board types or the corresponding jobs may be automatically increased based on a wait time. This can prevent a PCB type or job from having to wait indefinitely for its execution.
  • the assignment takes place in such a way that the criteria of the production time and the priorities are weighted in a controllable ratio. For example, an operator may decide which compromise between maximized production time and a selection of high priority board types is preferred.
  • a set of shuttle tables is determined on which the armor can be attached to the assembly line. Thus, after the determination can be started directly to upgrade the required shuttle tables with the specific armor.
  • the assignment takes place under the boundary condition that at least one component type is permanently assigned to a predetermined quantity of changeover tables. In this way, it can be considered, for example, that large components or components with rarely used designs can only be kept ready at predetermined changeover tables.
  • the assignment can also be made under the boundary condition that a maximum degree of filling of at least one of the shuttle tables is maintained. As a result, leeway can be left for changes or for mechanical conditions, for example if it is not possible in any case for components of any two types of components to be mounted in the immediate vicinity of the shuttle table.
  • the assignment can also take place under the boundary condition that a subset of the board types is assigned to the same setup family. For example, PCBs to be populated on their top and bottom can be better organized.
  • the assignment can be made under the boundary condition that PCB types of a predetermined subset are assigned to different setup families. As a result, for example, a processing of the assembled components can be supported with different solders, with which the components are provided during loading.
  • a computer program product comprises program code means for carrying out the method described, when the computer program product is executed on an execution system. facility or stored on a computer-readable medium.
  • a control device for the assignment of printed circuit board types to a set-up family is set up to carry out the method described above.
  • FIG. 1 an assembly system
  • FIG. 2 is an illustration of armor on an assembly line of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for allocating
  • FIG. 1 shows an equipping system 100.
  • the equipping system 100 comprises one or more equipping lines 110 and a control device 115.
  • the control device 115 allocates circuit board types 122, whose associated circuit boards 120 are to be loaded on the equipping line 110, to a setup family 124.
  • a setup family 124 is a set of
  • Circuit board types 122 the circuit boards 120 can be fitted on a placement line 110 without requiring a change in the configuration of the assembly line 110, in particular with regard to gate components.
  • Each placement line 110 comprises an optional transport system 125 and one or more placement machines 130.
  • Each placement machine 130 includes one or more placement machines 130.
  • a number of shuttle tables 140 are arranged, each of which includes a predetermined number of feeders 150.
  • another changeover container can also be used, for example a change carriage.
  • the changing tables 140 each include a plurality of feeders 150, of which only one is shown by way of example in FIG. Each feeder 150 holds a supply of devices 155 of a predetermined type of device 160 ready.
  • the shuttle table 140 has a capacity that is usually expressed in tracks. A track is usually 8 mm wide and the number of tracks of each shuttle table 140 is limited, for example to 40.
  • Components 155 of the same type of component 160 are usually provided in a belt, on a tray or in a tube.
  • Each component type 160 includes a plurality of components 155 that are interchangeable with each other with respect to the circuit board 120, for example, resistors having the same resistance value, the same load carrying capacity, and the same configuration.
  • the components 155 are arranged in their respective packaging in a suitable feeder 150.
  • Each type of device 160 requires an appropriate feeder 150 that requires a predetermined number of tracks on the change table 140, which tracks are usually required to be adjacent to one another.
  • Each feeder 150 may be configured to maintain different components 155 and, typically, different feeders 150 may be attached to a shuttle table 140.
  • Each mounting head 130 is configured to receive a component 155 from a shuttle table 140 and deposit it at a predetermined position on the circuit board 120. In this case, the printed circuit board 120 is usually stationary on the transport system 125 with respect to the automatic placement machine 130.
  • the changeover table 140 to be loaded must have been previously upgraded accordingly with components 155. This process is called pre-installation and may require an hourly processing time. Since a change of changeover tables 140 on the placement line 110 is usually associated with a production standstill, it is desirable to perform as rare a change as possible of the changeover tables 140.
  • armor 165, 170 may be formed, each containing supplies of devices 155 of predetermined device types 160, such that each printed circuit board 120 of the set may be fully populated with components 155 of the armor 165, 170.
  • An armor 165, 170 may be realized by a number of shuttle tables 140 having predetermined supplies of components 155.
  • first armor 165, whose shuttle tables 140 are mounted on the line of delivery 110, and second armatures 170, their shuttle tables 140 are arranged separately in a Vorrüst Scheme of the production line 110 provided.
  • the armor 165, 170 are completely or partially interchangeable with each other at the stocking line 110. There may also be other armor 165, 170 may be provided.
  • each order 205 comprising at least one printed circuit board type 122 and a number 210.
  • the board type 122 or the job 205 may additionally be assigned a priority 215.
  • a production time 220 may be indicated which indicates what average processing time for a printed circuit board 120 of the printed circuit board type 122 of the present order 205 on the placement line 110 is to be assumed.
  • Production time 220 may also optionally be associated with board type 122 or job 205.
  • each type of printed circuit board 122 is assigned a number of components 155 of component types 160.
  • the selection of the orders 205 for forming the setup family 124 is performed, inter alia, such that the greatest possible overlap between the quantities of the component types 160 of the circuit board types 122 of the setup family 124 results in order to be able to equip as many different circuit boards 120 in the same setup family 124.
  • Armor 225 may be determined based on the setup family 124.
  • the armor 225 corresponds to one of the armor 165, 170 of Figure 1 and usually includes a set of changeover tables 140, which are equipped with corresponding feeders 150 and components 155 of the required types of components 160.
  • FIG. 3 shows a flow diagram of a method 300 for assigning circuit board types 122 to a set-up family 124.
  • the method is set up in particular for execution on the control device 115.
  • a first step 305 a number of jobs 205 are detected, as shown in FIG.
  • circuit board types 122 of a subset of the captured orders 205 are assigned to a setup family 124 which is to be populated next on the placement line 110.
  • the allocation in step 310 is performed by means of a mixed integer program (MIP).
  • MIP mixed integer program
  • the assignment takes place such that a production time of the particular setup family 124 on the placement line 110 is maximized.
  • the production time can be determined, for example, by dividing the production time 220 by the associated one for each type of circuit board 122 of the set-up family 124
  • Quantity 210 is multiplied and the results are added up.
  • the production time can also be determined in other ways, for example on the basis of historical data relating to the assembly of printed circuit boards 120 of the printed circuit board types 122 of the setup family 124.
  • the step 310 is additionally assigned a priority, as in a
  • Step 315 is indicated. As already explained above with reference to FIG. 2, a priority 215 can be assigned to each order 205 or to each type of circuit board 122. In the allocation in step 310, therefore, the sum of the priorities of the board types 122 of the setup family 124 can be additionally maximized.
  • a linear combination of the production time and the priority can be specified, wherein weighting factors for the individual criteria of the linear combination can be variable in order to realize different ratios.
  • the mapping in step 310 may also be done under one or more constraints.
  • a first boundary condition 320 it can be considered that a predetermined type of component 160 can only be equipped on a predetermined set of change tables 140.
  • the boundary condition may be a maximum
  • a step 330 it can be considered as a further boundary condition that printed circuit board types 122 should be assigned to a predetermined subset of all printed circuit board types 122 of the same setup family 124.
  • a step 335 it can be considered as a boundary condition that printed circuit board types 122 are to be assigned to a predetermined subset of printed circuit board types 122 to different setup families 124.
  • armor 225 can be derived in a step 340 from the component types 160 which are assigned to the individual circuit board types 122 of the setup family 124. The determination of armor 225 may also be implicit in step 310. In a subsequent step 345 change tables 140 can be determined on which the armor 225 is to be upgraded. In this case, special conditions of the individual shuttle tables 140, for example a suitability for a predetermined component 155, can be taken into account. This step may also occur implicitly during the assignment in step 310.
  • the particular solution is provided.
  • the solution may include the mapping determined in step 310, and optionally the particular armor 225, and optionally also the particular shuttle tables 140.
  • the orders 205 whose assigned PCB types 122 are included in the determined setup family 124, can be deleted from the set of existing orders 205.
  • the method 300 may then run again to determine the next following setup family 124. It should be noted that the amount of orders 205 may have changed since the last time step 305 was passed through external influences. In particular, orders 205 may have been added or other orders 205 may have been removed.
  • an automatic optimization can be used, for example on the basis of a local search method or a metaheuristic algorithm.
  • a heuristic may include, for example, an experimental swapping of assignments of board types to different setup families.
  • One type of board can also be experimentally assigned to another setup family. Whether and to what extent an improvement in the quality of the assignment can be achieved by such a change can be ascertained by determining the quality criterion.
  • an IP model Integer Programming or Mixed Integer Optimization Model
  • linear optimization deals with the optimization of linear objective functions over a set that is governed by linear equations and inequalities. is restricted.
  • the linear optimization is the basis of the solution methods of the (mixed) integer linear optimization.
  • IP formulation for optimizing the described assignment of PCB types 122 to a setup family.
  • Assign r has the value 1 if a board type r is the
  • the optimization can additionally maximize a number of high-priority jobs 210 as far as possible.
  • the primary criterion of the estimated production time and the secondary criterion of the high-priority orders 210 can be simultaneously maximized in a sighted sum if the optimization criterion is expressed as follows: maximize ⁇ ⁇ ⁇ - t r + ⁇ 2 - Prio r ) Assign r
  • the weighting factors ⁇ and ⁇ 2 can be chosen so that the primary and the secondary criterion are optimized in a predetermined ratio to one another.
  • the solver performing the MIP optimization may be given additional constraints as detailed above with reference to steps 320-335.
  • the optimization then takes place so that the boundary conditions are met.

Landscapes

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Abstract

Ein Verfahren zum Zuordnen von Leiterplattentypen zu Rüstfamilien umfasst Schritte des Erfassens einer Anzahl Aufträge, jeweils zur Bestückung einer Stückzahl Leiterplatten eines vorbestimmten Leiterplattentyps mit Bauelementen und des Zuordnens einer Teilmenge der Leiterplattentypen der Aufträge zu einer nächsten auf einer Bestückungslinie zu bestückenden Rüstfamilie, wobei das Zuordnen derart erfolgt, dass eine Produktionszeit, die angibt, wie lange das Bestücken der Leiterplatten der Leiterplattentypen der Rüstfamilie dauert, möglichst maximiert ist.

Description

Beschreibung
Optimieren von Rüstfamilien Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Bestückungslinie zur Bestückung von Leiterplatten mit Bauelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung einer Zuordnung von Leiterplattentypen zu einer Rüstfamilie im laufenden Betrieb einer Bestückungslinie.
Eine Bestückungslinie ist zur Bestückung einer Leiterplatte mit einer Anzahl Bauelemente eingerichtet. Dabei lässt sich unterscheiden zwischen einer Variantenfertigung und einer Festrüstungsfertigung .
In der Variantenfertigung werden für einen kurzen Planungshorizont (ca. 1-5 Tage) die zu fertigenden Leiterplatten in Rüstfamilien („Cluster") aufgeteilt. Eine Rüstfamilie ist dabei eine Menge von Leiterplatten, die mit einer vorbestimmten Anzahl von Bauelementen auf der Bestückungslinie produzierbar ist. Die Menge der hierfür benötigten Bauelementetypen wird Rüstung genannt und ist üblicherweise in einem Satz von Wechseltischen aufgenommen. Ein Wechseltisch wird üblicherweise in der Vorrüstung zur Bestückung von Leiterplatten mit Bau- elementen passender Bauelementetypen aufgerüstet und nachher wieder abgerüstet. Das Ab- und nachfolgende Aufrüsten aller Wechseltische einer Produktionslinie im Vorrüstbereich benötigt Bearbeitungszeiten im Bereich von ca. 6-10 Stunden. Die Variantenfertigung wird insbesondere bei so genannter „High Mix Low Volume" Bestückung verwendet, also wenn häufig wechselnde Leiterplatten in jeweils niedrigen Auflagen bestückt werden sollen.
Zur Organisation des Bestückungsbetriebs wird aus einer Anzahl Aufträge, die jeweils das Bestücken einer vorbestimmten Stückzahl von Leiterplatten eines Leiterplattentyps betreffen, eine Teilmenge ausgewählt, die einer Rüstfamilie zuge- ordnet wird. Die korrespondierende Rüstung wird aufgerüstet und die Leiterplatten werden bestückt, während bereits die Rüstfamilie bestimmt wird, die anschließend bestückt werden soll. Dabei kommt es vor, dass die Bestückungslinie mit der Bestückung der aktuellen Rüstfamilie fertig ist, bevor die Aufrüstung der Rüstung für die folgende Rüstfamilie abgeschlossen ist. In diesem Fall muss die Bestückungslinie angehalten werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden sein kann .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zuordnung von Leiterplattentypen zu Rüstfamilien derart durchzuführen, dass Produktionsstillstände der Bestückungslinie minimiert sind. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens, eines Computerprogrammprodukts und einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Zuordnen von Leiterplat- tentypen zu Rüstfamilien umfasst Schritte des Erfassens einer Anzahl Aufträge, jeweils zur Bestückung einer Stückzahl Leiterplatten eines vorbestimmten Leiterplattentyps mit Bauelementen und des Zuordnens einer Teilmenge der Leiterplattentypen der Aufträge zu einer nächsten auf einer Bestückungslinie zu bestückenden Rüstfamilie, wobei das Zuordnen derart erfolgt, dass eine Produktionszeit, die angibt, wie lange das Bestücken der Leiterplatten der Leiterplattentypen der Rüstfamilie dauert, möglichst maximiert ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Produktionszeit lang genug ist, um gleichzeitig eine Rüstung für eine anschließend auf der Bestückungslinie zu bestückende Rüstfamilie vorzubereiten. Ist die folgende Rüstung bereits fertig aufgerüstet, wenn die Bestückung der aktuellen Rüstfamilie abgeschlossen ist, dann kann ein Produktionsstillstand der
Bestückungslinie während des Wechseins der Rüstungen auf ein Minimum beschränkt sein, da keine Wartezeit anfällt. Während des Bestückens der Leiterplatten der zuvor bestimmten Rüstfa- milie kann das Verfahren erneut durchlaufen, um die darauf folgende Rüstfamilie zu bestimmen und so fort. Zwischen den einzelnen Durchläufen des Verfahrens können sich zusätzliche Aufträge ergeben oder zuvor bestandene Aufträge können wegge- fallen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Zuordnen ein Optimieren mittels eines Gemischt Ganzzahligen Optimierungs - modells. Die Gemischt Ganzzahlige Programmierung, auch Inte- ger- Programmierung bzw. Integer Program genannt, stellt einen globalen Optimierungsansatz dar, der sicherstellen kann, dass nicht nur ein lokales, sondern eben ein globales Optimum für eine Optimierungsaufgabe gefunden werden kann. Dabei ist der Ansatz leicht erweiterbar und es existieren kommerzielle Lö- sungsverfahren bzw. Lösungsvorrichtungen. Die kommerziellen Verfahren bzw. Vorrichtungen werden laufend verbessert, so dass zu erwarten ist, dass mit dem angegebenen Verfahren zukünftig noch bessere Optimierungsergebnisse erzielbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Zuordnen derart, dass zusätzlich in der Rüstfamilie die Zahl der Leiterplattentypen mit hoher Priorität möglichst maximiert wird. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Auftrag über lange Zeit nicht ausgeführt wird. In einer Ausführungsform kann die Priorität der Leiterplattentypen bzw. der entsprechenden Aufträge automatisch auf der Basis einer Wartezeit erhöht werden. Dadurch kann verhindert werden, dass ein Leiterplattentyp bzw. ein Auftrag unendlich lange auf seine Ausführung warten muss.
In einer bevorzugten Variante erfolgt das Zuordnen derart, dass die Kriterien der Produktionszeit und der Prioritäten in einem steuerbaren Verhältnis gewichtet sind. So kann beispielsweise durch eine Bedienperson entschieden werden, wel- eher Kompromiss zwischen einer maximierten Produktionszeit und einer Auswahl von Leiterplattentypen mit hoher Priorität bevorzugt wird. In einer weiteren Ausführungsform wird ferner für eine Rüstung, die Bauelementetypen umfasst, die den Leiterplattentypen der Rüstfamilie zugeordnet sind, ein Satz Wechseltische bestimmt, auf dem die Rüstung an der Bestückungslinie ange- bracht werden kann. So kann nach der Bestimmung unmittelbar damit begonnen werden, die benötigten Wechseltische mit der bestimmten Rüstung aufzurüsten.
In einer Ausführungsform erfolgt das Zuordnen unter der Rand- bedingung, dass wenigstens ein Bauelementetyp einer vorbestimmten Menge Wechseltische fest zugeordnet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass große Bauelemente oder Bauelemente mit selten verwendeten Bauformen nur an vorbestimmten Wechseltischen bereit gehalten werden können.
Das Zuordnen kann auch unter der Randbedingung erfolgen, dass ein maximaler Füllgrad wenigstens eines der Wechseltische eingehalten wird. Dadurch kann Spielraum gelassen werden für Änderungen oder für mechanische Gegebenheiten, beispielsweise wenn nicht in jedem Fall Bauelemente zweier beliebiger Bauelementtypen in unmittelbarer Nachbarschaft am Wechseltisch angebracht werden können. Das Zuordnen kann auch unter der Randbedingung erfolgen, dass eine Teilmenge der Leiterplattentypen derselben Rüstfamilie zugeordnet wird. So können beispielsweise Leiterplatten, die an ihrer Ober- und Unterseite bestückt werden sollen, verbessert organisiert werden. Ferner kann das Zuordnen unter der Randbedingung erfolgen, dass Leiterplattentypen einer vorbestimmten Teilmenge unterschiedlichen Rüstfamilien zugeordnet werden. Dadurch kann beispielsweise eine Verarbeitung der bestückten Bauelemente mit unterschiedlichen Loten unterstützt sein, mit dem die Bauelemente beim Bestücken versehen werden.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Ausführungs- einrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung zur Zuordnung von Leiterplattentypen zu einer Rüstfamilie ist dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei - spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei Fig. 1 ein Bestückungssystem;
Fig. 2 eine Veranschaulichung einer Rüstung an einer Bestückungslinie von Fig. 1 ; Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Zuordnen von
Leiterplattentypen zu Rüstfamilien darstellt . Figur 1 zeigt ein Bestückungssystem 100. Das Bestückungssystem 100 umfasst eine oder mehrere Bestückungslinien 110 und eine Steuereinrichtung 115. Die Steuereinrichtung 115 ordnet Leiterplattentypen 122, deren zugeordnete Leiterplatten 120 auf der Bestückungslinie 110 bestückt werden sollen, einer Rüstfamilie 124 zu. Eine Rüstfamilie 124 ist eine Menge von
Leiterplattentypen 122, deren Leiterplatten 120 auf einer Bestückungslinie 110 bestückt werden kann, ohne eine Änderung der Konfiguration der Bestückungslinie 110, insbesondere bezüglich vorgehaltener Bauelemente, zu erfordern.
Jede Bestückungslinie 110 umfasst ein optionales Transport - System 125 sowie einen oder mehrere Bestückungsautomaten 130 Jeder Bestückungsautomat 130 umfasst einen oder mehrere Be- stückungsköpfe 135. An jedem Bestückungsautomat 130 ist eine Anzahl Wechseltische 140 angeordnet, von denen jeder eine vorbestimmte Anzahl Zuführungseinrichtungen 150 umfasst. An Stelle eines Wechseltischs 140 kann auch ein anderer Wechsel- behälter verwendet werden, beispielsweise ein Wechselwagen.
Die Wechseltische 140 umfassen jeweils eine Vielzahl Zuführungseinrichtungen 150, von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Jede Zuführungseinrichtung 150 hält ei- nen Vorrat von Bauelementen 155 eines vorbestimmten Bauelementetyps 160 bereit. Für die Zuführungseinrichtungen 150 hat der Wechseltisch 140 ein Fassungsvermögen, das üblicherweise in Spuren ausgedrückt wird. Eine Spur ist üblicherweise 8 mm breit und die Zahl der Spuren jedes Wechseltischs 140 ist be- schränkt, beispielsweise auf 40. Bauelemente 155 des gleichen Bauelementetyps 160 sind üblicherweise bereitgestellt in einem Gurt, auf einem Tablett oder in einer Röhre. Von jedem Bauelementetyp 160 ist eine Vielzahl Bauelemente 155 umfasst, die bezüglich der Leiterplatte 120 gegeneinander austauschbar sind, beispielsweise Widerstände mit dem gleichen Widerstandswert, der gleichen Belastbarkeit und der gleichen Bauform .
Die Bauelemente 155 werden in ihrer entsprechenden Verpackung in einer passenden Zuführungseinrichtung 150 angeordnet. Jeder Bauelementetyp 160 erfordert eine passende Zuführungseinrichtung 150, die eine vorbestimmte Anzahl Spuren am Wechsel - tisch 140 erfordert, wobei die Spuren üblicherweise aneinander angrenzen müssen. Jede Zuführungseinrichtung 150 kann zur Bereithaltung unterschiedlicher Bauelemente 155 konfiguriert werden und üblicherweise können unterschiedliche Zuführungseinrichtungen 150 an einem Wechseltisch 140 angebracht werden . Jeder Bestückungskopf 130 ist dazu eingerichtet, ein Bauelement 155 von einem Wechseltisch 140 aufzunehmen und an einer vorbestimmten Position auf der Leiterplatte 120 abzulegen. Dabei steht die Leiterplatte 120 auf dem Transportsystem 125 üblicherweise bezüglich des Bestückungsautomaten 130 still.
Soll eine Leiterplatte 120 bestückt werden, die ein Bauele- ment 155 eines Bauelementetyps 160 erfordert, der nicht an einem der Wechseltische 140 vorhanden ist, so wird üblicherweise nicht eine Zuführungseinrichtung 150 an einem der angebrachten Wechseltische 140 mit den benötigten Bauelementen 155 versehen, sondern der Wechseltisch 140 wird komplett ge- gen einen anderen, bereits mit den passenden Bauelementen 155 bestückten Wechseltisch 140 ausgetauscht.
Dazu muss der einzuwechselnde Wechseltisch 140 zuvor entsprechend mit Bauelementen 155 aufgerüstet worden sein. Dieser Vorgang wird Vorrüstung genannt und kann eine Bearbeitungs - zeit im Stundenbereich erfordern. Da ein Wechsel von Wechseltischen 140 an der Bestückungslinie 110 üblicherweise mit einem Produktionsstillstand verbunden ist, wird angestrebt, möglichst seltene Wechsel der Wechseltische 140 durchzufüh- ren.
Zur Bestückung einer vorbestimmten Menge von Leiterplatten 120 können Rüstungen 165, 170 gebildet sein, die jeweils Vorräte von Bauelementen 155 von vorbestimmten Bauelementetypen 160 umfassen, so dass jede Leiterplatte 120 der Menge mit Bauelementen 155 der Rüstung 165, 170 vollständig bestückt werden kann. Eine Rüstung 165, 170 kann realisiert sein durch eine Anzahl Wechseltische 140 mit vorbestimmten Vorräten von Bauelementen 155. In der Darstellung von Figur 1 sind eine erste Rüstung 165, deren Wechseltische 140 an der Bestückungslinie 110 angebracht sind, und eine zweite Rüstung 170, deren Wechseltische 140 in einem Vorrüstbereich von der Fertigungslinie 110 getrennt angeordnet sind, vorgesehen. Die Rüstungen 165, 170 sind an der Bestücktungslinie 110 ganz oder teilweise gegeneinander austauschbar. Es können auch noch weitere Rüstungen 165, 170 vorgesehen sein. Figur 2 zeigt eine Veranschaulichung 200 einer Bildung einer Rüstfamilie 124 für die Bestückungslinie 110 aus Figur 1. Zunächst liegt eine Vielzahl von Aufträgen 205 vor, wobei jeder Auftrag 205 wenigstens einen Leiterplattentyp 122 und eine Stückzahl 210 umfasst. Dem Leiterplattentyp 122 oder dem Auftrag 205 kann zusätzlich eine Priorität 215 zugeordnet sein. Ferner kann eine Produktionszeit 220 angegeben sein, die angibt, welche durchschnittliche Bearbeitungszeit für eine Leiterplatte 120 des Leiterplattentyps 122 des vorliegenden Auf- trags 205 auf der Bestückungslinie 110 anzunehmen ist. Die
Produktionszeit 220 kann ebenfalls wahlweise dem Leiterplattentyp 122 oder dem Auftrag 205 zugeordnet sein.
Aus der Vielzahl von Aufträgen 205 werden einige ausgewählt, von denen die Leiterplattentypen 122 der Rüstfamilie 124 zugeordnet werden. Wie oben mit Bezug auf Figur 1 bereits erklärt wurde, ist jedem Leiterplattentyp 122 eine Anzahl von Bauelementen 155 von Bauelementtypen 160 zugeordnet. Die Auswahl der Aufträge 205 zur Bildung der Rüstfamilie 124 erfolgt unter anderem so, dass sich möglichst große Überschneidungen zwischen den Mengen der Bauelementtypen 160 der Leiterplattentypen 122 der Rüstfamilie 124 ergeben, um möglichst viele verschiedene Leiterplatten 120 in der gleichen Rüstfamilie 124 bestücken zu können.
Auf der Basis der Rüstfamilie 124 kann eine Rüstung 225 bestimmt werden. Die Rüstung 225 entspricht einer der Rüstungen 165, 170 von Figur 1 und umfasst üblicherweise einen Satz Wechseltische 140, die mit entsprechenden Zuführeinrichtungen 150 und Bauelementen 155 der erforderlichen Bauelementetypen 160 ausgerüstet sind.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Zuordnen von Leiterplattentypen 122 zu einer Rüstfamilie 124. Das Verfahren ist insbesondere zur Ausführung auf der Steuereinrichtung 115 eingerichtet. In einem ersten Schritt 305 wird eine Anzahl von Aufträgen 205 erfasst, wie sie in Figur 2 dargestellt sind.
In einem nachfolgenden Schritt 310 werden Leiterplattentypen 122 einer Teilmenge der erfassten Aufträge 205 einer Rüstfamilie 124 zugeordnet, die als nächstes auf der Bestückungslinie 110 bestückt werden soll. Bevorzugterweise erfolgt das Zuordnen im Schritt 310 mittels eines Gemischt Ganzzahligen Programms (MIP) .
Dabei erfolgt die Zuordnung derart, dass eine Produktionszeit der bestimmten Rüstfamilie 124 auf der Bestückungslinie 110 maximiert ist. Die Produktionszeit kann beispielsweise bestimmt werden, indem für jeden Leiterplattentyp 122 der Rüst- familie 124 die Produktionszeit 220 mit der zugeordneten
Stückzahl 210 multipliziert wird und die Ergebnisse aufsummiert werden. Die Produktionszeit kann auch auf andere Weise bestimmt werden, beispielsweise auf der Basis von historischen Daten bezüglich der Bestückung von Leiterplatten 120 der Leiterplattentypen 122 der Rüstfamilie 124.
In einer Ausführungsform erfolgt das Zuordnen des Schritts 310 zusätzlich bezüglich einer Priorität, wie in einem
Schritt 315 angedeutet ist. Wie oben mit Bezug auf Figur 2 bereits ausgeführt wurde, kann jedem Auftrag 205 oder jedem Leiterplattentyp 122 eine Priorität 215 zugeordnet sein. Bei der Zuordnung im Schritt 310 kann daher zusätzlich die Summe der Prioritäten der Leiterplattentypen 122 der Rüstfamilie 124 maximiert werden.
Als Zielkriterium für die Zuordnung im Schritt 210 kann eine lineare Kombination aus der Produktionszeit und der Priorität angegeben sein, wobei Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Kriterien der Linearkombination variabel sein können, um un- terschiedliche Verhältnisse zu realisieren.
Das Zuordnen im Schritt 310 kann auch unter einer oder mehreren Randbedingungen erfolgen. In einer ersten Randbedingung 320 kann berücksichtigt werden, dass ein vorbestimmter Bauelementtyp 160 nur auf einer vorbestimmten Menge von Wechsel - tischen 140 gerüstet werden kann. In einem Schritt 325 kann als Randbedingung ein maximaler
Füllgrad eines oder mehrerer Wechseltische 140 berücksichtigt werden .
In einem Schritt 330 kann als weitere Randbedingung berück- sichtigt werden, dass Leiterplattentypen 122 einer vorbestimmten Teilmenge aller Leiterplattentypen 122 derselben Rüstfamilie 124 zugeordnet werden sollen.
In einem Schritt 335 kann als Randbedingung berücksichtigt werden, dass Leiterplattentypen 122 einer vorbestimmten Teilmenge von Leiterplattentypen 122 unterschiedlichen Rüstfamilien 124 zugeordnet werden sollen.
Nachdem das Zuordnen im Schritt 310 erfolgt ist, kann in ei- nem Schritt 340 aus den Bauelementtypen 160, die den einzelnen Leiterplattentypen 122 der Rüstfamilie 124 zugeordnet sind, eine Rüstung 225 abgeleitet werden. Das Bestimmen der Rüstung 225 kann auch implizit im Schritt 310 erfolgen. In einem nachfolgenden Schritt 345 können Wechseltische 140 bestimmt werden, auf denen die Rüstung 225 aufgerüstet werden soll. Dabei können spezielle Gegebenheiten der einzelnen Wechseltische 140, beispielsweise eine Eignung für ein vorbestimmtes Bauelement 155, berücksichtigt werden. Auch dieser Schritt kann implizit während des Zuordnens in Schritt 310 erfolgen .
In einem abschließenden Schritt 350 wird die bestimmte Lösung bereitgestellt. Die Lösung kann die in Schritt 310 bestimmte Zuordnung sowie optional die bestimmte Rüstung 225 und ebenfalls optional die bestimmten Wechseltische 140 umfassen. Gegebenenfalls können noch die Aufträge 205, deren zugeordnete Leiterplattentypen 122 von der bestimmten Rüstfamilie 124 umfasst sind, aus der Menge vorliegender Aufträge 205 gelöscht werden. Das Verfahren 300 kann anschließend erneut durchlaufen, um die nächste folgende Rüstfamilie 124 zu bestimmen. Dabei ist zu beachten, dass sich die Menge der Aufträge 205 seit dem letzten Durchlaufen des Schritts 305 durch externe Einflüsse geändert haben kann. Insbesondere können Aufträge 205 hinzugekommen sein oder es können andere Aufträ- ge 205 entfernt worden sein können.
Mathematischer Hintergrund
Durch den Einsatz von mathematischen Verfahren lassen sich für die Zuordnung von Leiterplattentypen 122 zu Rüstfamilien deutlich bessere Lösungen erzielen als mit bisher in der Praxis verwendeten Vorgehensweisen.
Zur Bestimmung einer optimierten Zuordnung von Leiterplatten- typen 122 zur Rüstfamilie 124 kann eine automatische Optimierung verwendet werden, beispielsweise auf der Basis eines lokalen Suchverfahren oder eines metaheuristischen Algorithmus. Eine Heuristik kann beispielsweise ein experimentelles Vertauschen von Zuordnungen von Leiterplattentypen zu unter- schiedlichen Rüstfamilien umfassen. Es kann auch ein Leiterplattentyp experimentell einer anderen Rüstfamilie zugeordnet werden. Ob und in wie weit durch eine derartige Änderung eine Verbesserung der Qualität der Zuordnung erzielbar ist, kann durch das Bestimmen des Qualitätskriteriums in Erfahrung ge- bracht werden.
Bevorzugterweise wird jedoch für die Änderung eines Schritts in der Iteration ein IP-Modell (Integer Programmierung bzw. Integer Programm oder Gemischt Ganzzahliges Optimierungsmo- dell) verwendet. Eines der Hauptverfahren auf dem Gebiet der mathematischen Optimierung ist die Lineare Optimierung, die sich mit der Optimierung linearer Zielfunktionen über einer Menge befasst, die durch lineare Gleichungen und Ungleichun- gen eingeschränkt ist. Die Lineare Optimierung ist die Grundlage der Lösungsverfahren der (Gemischt) Ganzzahligen Linearen Optimierung. Vorteile der Linearen Optimierung:
Globaler Optimierungsansatz.
Leicht erweiterbar.
Sehr gute kommerzielle Standard-Solver (SCIP, CPLEX, Ilog, Xpress) , die in der Praxis weit verbreitet und be- währt sind.
Für eine ermittelte Lösung ist bekannt, wie weit sie maximal von der optimalen Lösung entfernt ist (Gap) .
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine IP-Formulierung zur Optimierung der beschriebenen Zuordnung von Leiterplattentypen 122 zu einer Rüstfamilie gegeben.
Indices C Menge der Bauelementetypen 155
R Menge der Leiterplatten 120
Rc Menge der Leiterplatten 120 mit Bauelementetyp c
Parameter c Platzverbrauch eines Bautelementetyps c in Spuren
Cap Anzahl der Spuren der Bauelementetypen, die in der
Rüstung 225 der Rüstfamilie Platz haben tr geschätzte Produktionszeit des Leiterplattentyps r im Planungszeiträum
Binär-Variablen
Assignr hat den Wert 1, falls ein Leiterplattentyp r der
Rüstfamilie zugeordnet wird, ansonsten den Wert 0 Setupi hat den Wert 1, falls der Bauelementetyp c in der
Rüstung 225 der Rüstfamilie gerüstet werden muss, ansonsten den Wert 0
IP Formul ierung
Die Optimierung der Zuordnung von Leiterplatten zu
Rüstfamilien kann wie folgt durchgeführt werden: maximize Σ tr · Assignr
reR
S . t , , Assignr <
Figure imgf000015_0001
ce C
reR
^ Widthßetup c < Cap ce C
ceC
Setup c e {θ,ΐ} ce C
Assignr e {θ, ΐ}
Die Optimierung kann zusätzlich eine Anzahl hoch priorisier- ter Aufträge 210 möglichst maximieren. Das primäre Kriterium der geschätzten Produktionszeit und das sekundäre Kriterium der hochprioren Aufträge 210 können in einer gesichteten Sum- me gleichzeitig maximiert werden, wenn das Optimierungskriterium wie folgt ausgedrückt wird: maximize Σ {λ\ - tr + Ä2 - Prior )Assignr
reR Die Gewichtungsfaktoren λΐ und λ2 können so gewählt werden, dass das primäre und das sekundäre Kriterium in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander optimiert werden.
Zur Verbesserung der Zuordnung von Leiterplattentypen 122 zu der Rüstfamilien können dem Solver der die MlP-Optimierung durchführt, weitere Randbedingungen angegeben werden, die oben mit Bezug auf die Schritte 320 bis 335 genauer angegeben sind. Die Optimierung erfolgt dann so, dass die Randbedingungen eingehalten werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (300) zum Zuordnen von Leiterplattentypen (122) zu Rüstfamilien (124), folgende Schritte umfassend:
- Erfassen (305) einer Anzahl Aufträge (205), jeweils zur Bestückung einer Stückzahl (210) Leiterplatten (120) eines vorbestimmten Leiterplattentyps (122) mit Bauelementen (155);
- Zuordnen (310) einer Teilmenge der Leiterplattentypen (122) der Aufträge (205) zu einer nächsten auf einer Bestü- ckungslinie (110) zu bestückenden Rüstfamilie (124);
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Zuordnen (310) derart erfolgt, dass eine Produktionszeit, die angibt, wie lange das Bestücken der Leiterplatten (120) der Leiterplattentypen (122) der Rüstfamilie (124) dau- ert, möglichst maximiert ist.
2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Zuordnen (310) ein Optimieren mittels eines Gemischt Ganzzahligen Optimierungsmodells umfasst.
3. Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zuordnen (310) derart erfolgt, dass zusätzlich in der Rüstfamilie (124) die Zahl der Leiterplattentypen (122) mit hoher Priorität (215) möglichst maximiert wird.
4. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen (310) derart erfolgt, dass die Kriterien der Produktionszeit und der Prioritäten (215) in einem steuerbaren Verhältnis gewichtet (315) sind.
5. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ferner für eine Rüstung (225), die Bauelementetypen (160) umfasst, die den Leiterplattentypen (122) der Rüstfamilie (124) zugeordnet sind, ein Satz Wechseltische (140) be- stimmt (345) wird, auf dem die Rüstung (225) an der Bestückungslinie (110) angebracht werden kann.
6. Verfahren (300) nach Anspruch 5, wobei das Zuordnen (310) unter der Randbedingung erfolgt (320) , dass wenigstens ein Bauelementetyp (160) einer vorbestimmten Menge Wechseltische (140) fest zugeordnet ist.
7 . Verfahren (300) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Zuordnen (310) unter der Randbedingung erfolgt, dass ein maximaler Füllgrad wenigstens eines der Wechseltische eingehalten (325) wird .
8. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen (310) unter der Randbedingung erfolgt (330) , dass eine Teilmenge der Leiterplattentypen (122) derselben Rüstfamilie (124) zugeordnet wird.
9. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Zuordnen (310) unter der Randbedingung erfolgt, dass Leiterplattentypen (122) einer vorbestimmten Teilmenge unterschiedlichen Rüstfamilien (124) zugeordnet (335) werden.
10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Ausführungseinrichtung (115) abläuft oder auf einem computer- lesbaren Medium gespeichert ist.
11. Steuereinrichtung (115) zur Zuordnung von Leiterplattentypen (122) zu einer Rüstfamilie (124), wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren (300) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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