WO2022022810A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestücken von leiterplatten mittels einer festrüstung auf einer bestückungslinie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten (120) mittels einer Rüstung (165, 170) auf einer Bestückungslinie (110), wobei unterschiedliche Festrüstungen (165) an der Bestückungslinie (110) angebracht werden können, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Erfassen einer Menge von Leiterplattentypen; b) Erfassen einer Anzahl von der Bestückungslinie zugeordneten Leiterplattentypen (122); c) Erfassen einer Menge von Bauelementtypen aller innerhalb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiterplattentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechseltischsatzes; d) Erfassen einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Bestückungslinie; e) Erfassen von an eine Festrüstungs-Rüstfamilie (210) zugeordneten Leiterplattentypen (122); f) Bestimmen des Platzverbrauchs an Spuren durch die einer Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Bauelementtypen; g) Bestimmen eines Platzangebots an freien Spuren, die für weitere Bauelementtypen aus der Menge c) verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplatten an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungsanlage geplant und/oder vorgehalten worden sind; h) Bestimmen einer optimalen Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren, sodass an dieser Bestückungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzlichen Leiterplatten bestückt werden können, deren Bestückung an einer oder mehreren anderen Bestückungsli- nien geplant worden sind, i) und Bestücken der Leiterplatten (120) auf der Bestückungslinie (110) mittels der Festrüstung (165) und mittels der optimalen Zurüstung.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten mittels einer Festrüstung auf einer Bestückungslinie

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum Bestü cken von Leiterplatten mittels einer Rüstung auf einer Bestü ckungslinie in einer Fertigungsanlage.

Eine Bestückungslinie in einer Fertigungs- bzw. Produktions anlage, die gewöhnlicherweise mehrere Bestückungslinien um fasst, ist zur Bestückung einer oder mehrerer Leiterplatten mit einer Anzahl von Bauelemente eingerichtet.

In vielen Werken bzw. Fertigungsanlagen im Bereich der Elekt ronikproduktion werden zu fertigende Baugruppen (bzw. Leiter platten) mittelfristig auf die SMT-Bestückungslinien der je weiligen Werke zugewiesen. Auf Grund von technischen Restrik tionen kann nicht jede Leiterplatte auf jeder Bestückungsli nie gefertigt bzw. bestückt werden. Die Leiterplatten besit zen auf den Bestückungslinien meist auch unterschiedliche Produktionszeiten. Zudem dürfen die maximalen Produktions- zeitkapazitäten der Bestückungslinien nicht überschritten werden.

Dabei lässt sich unterscheiden zwischen einer Variantenrüs tungsfertigung und einer Festrüstungsfertigung.

In der Variantenrüstungsfertigung werden für einen kurzen Planungshorizont (ca. 1-5 Tage) die zu fertigenden bzw. zu bestückenden Leiterplatten in Rüstfamilien („Cluster") aufge teilt. Eine Rüstfamilie ist dabei eine Menge von Leiterplat tentypen, die mit einer vorbestimmten Anzahl von Bauele menttypen auf der Bestückungslinie produzierbar ist. Die Men ge der hierfür benötigten Bauelementtypen wird Rüstung ge nannt und ist üblicherweise in einem Satz von Wechseltischen aufgenommen. Ein Wechseltisch wird üblicherweise in der Vor rüstung zur Produktion mit den passenden Bauelementen der Bauelementtypen aufgerüstet und nachher wieder abgerüstet. Mehrere solche Wechseltische bilden eine Wechseltischsatz.

In der Festrüstungsfertigung werden die Rüstungen für die zu fertigenden Baugruppen auf Wechseltischen längerfristig (ca. 6-12 Monate) fest gerüstet. Bei mehreren Festrüstungen pro Bestückungslinie werden beim Rüstfamilienwechsel die Wechsel tische entsprechend getauscht. Das Auf- und Abrüsten von Wechseltischen ist dann in der täglichen Produktion nicht mehr erforderlich.

Häufig werden die Fertigungen auch gemischt betrieben, wobei ein Teil der Leiterplatten in Festrüstungsfertigung und ein anderer in Variantenfertigung auf der gleichen Bestückungsli nie produziert werden. Wegen des geringeren Aufwands für Pla nung, Lagerhaltung, Vorrüstung und Umrüstung wird allgemein angestrebt, den Anteil der Festrüstungsfertigung zu erhöhen und den Anteil der Variantenrüstungsfertigung zu reduzieren.

Die Ziele bei der Produktionsplanung sind z.B.:

(a)Der Rüstaufwand an den Bestückungslinien soll mög lichst gering sein. Deshalb sollen möglichst viele Leiterplatten mit Festrüstungen gefertigt werden kön nen.

(b) Die Anzahl der Rüstfamilien an den Bestückungslinien soll möglichst gering sein, um den zeitlichen Umrüs taufwand zu reduzieren.

(c)Die Gesamtproduktionszeit sollte möglichst minimal sein.

Es gibt aber noch ein weiteres in der Praxis sehr wichtiges Ziel: Da der Planungshorizont vorliegend eher mittelfristig ist, gibt es Unsicherheiten hinsichtlich der zukünftigen Stückzah len der Leiterplattentypen. Dies kann zu unerwünscht starken vom Produktionsplan abweichenden realen Auslastun gen/Produktionszeiten der Bestückungslinien führen. Insbeson dere können manche Bestückungslinien wegen Unterauslastung „leer" stehen, während andere Bestückungslinien überlastet sind und ihre Produktionsaufträge nicht rechtzeitig abarbei ten können.

Bei mehreren gleichen Bestückungslinien, die jeweils mit meh reren Festrüstungen betrieben werden, ist es möglich, die Fe strüstungen unterhalb der Bestückungslinien auszutauschen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung gegenüber dem oben genannten Stand der Tech nik insbesondere im industriellen Umfeld noch flexibler zu gestalten, damit eine möglichst gleichmäße Auslastung der Be stückungslinien erreicht werden kann, insbesondere dann, wenn eine der Bestückungslinien möglicherweise ganz oder teilweise ausfallen sollte.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen an gegebenen Merkmale gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt.

Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten mittels einer Rüstung auf einer Bestückungsli nie in einer Fertigungsanlage,

- wobei die Rüstung eine Anzahl von Bauelementtypen umfasst, die zur Bestückung einer Anzahl von der Rüstung zugeordneten Leiterplattentypen, die eine Rüstfamilie von Leiterplattenty pen bilden, ausreicht,

- wobei während eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren zeitli chen Planungshorizonts unterschiedliche Festrüstungen an der Bestückungslinie angebracht werden können,

- wobei eine Festrüstung, die auf Wechseltische eines Wech seltischsatzes fest gerüstet wird und die Vorräte von Bauele- menten der Bauelementtypen in Spuren umfassen, während des Planungshorizonts unverändert bleibt und wiederholt an der Bestückungslinie eingesetzt werden kann; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Erfassen einer Menge von Leiterplattentypen, die innerhalb des Planungshorizonts in der Fertigungsanla ge bestückt werden sollen, b) Erfassen einer Anzahl von der Bestückungslinie zu geordneten Leiterplattentypen; c) Erfassen einer Menge von Bauelementtypen aller in nerhalb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiter plattentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechseltischsatzes; d) Erfassen einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Bestückungslinie; e) Erfassen von an eine Festrüstungs-Rüstfamilie zuge ordneten Leiterplattentypen, deren Leiterplatten an der Bestückungslinie bestückt werden sollen, f) Bestimmen des Platzverbrauchs an Spuren durch die einer Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Bauele menttypen; g) Bestimmen eines Platzangebots an freien Spuren, die für weitere Bauelementtypen aus der Menge c) verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplat ten an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungsanlage geplant und/oder vorgehalten wor den sind; h) Bestimmen einer optimalen Zurüstung von Bauele menttypen auf die freien Spuren, sodass an dieser Be stückungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzli chen Leiterplatten bestückt werden können, deren Be stückung an einer oder mehreren anderen Bestückungsli nien geplant worden sind, i) und Bestücken der Leiterplatten auf der Bestü ckungslinie (110) mittels der Festrüstung und mittels der optimalen Zurüstung. Somit können auch Leiterplatten von Leiterplattentypen an dieser Bestückungslinie gefertigt bzw. bestückt werden, die eigentlich an einer anderen Bestückungslinie gefertigt werden sollten. Somit kann bei Ausfall oder Überlastung der anderen Bestückungslinie eine Art Redundanz bereitgestellt werden. Somit können mit dieser Bestückungslinie zumindest ein Teil der Produktion von der einen oder mehreren anderen Bestü ckungslinie übernommen werden.

Die vorteilhafte Menge von zusätzlichen Leiterplatten kann wie folgt bestimmt bzw. berechnet werden: aus einer maximalen Anzahl von zusätzlichen Leiter platten, die an dieser Bestückungslinien bestückt wer den können, und/oder aus einer maximalen Anzahl an Leiterplattentypen, wenn die zusätzlichen Leiterplatten an dieser Bestückungs linie bestückt werden, und/oder aus einer maximalen Anzahl an hoch priorisierten Lei terplattentypen, und/oder aus einer Häufigkeit des Auftretens eines Leiterplat tentyp innerhalb der zusätzlich bestückbaren Leiter platten, und/oder und/oder aus einer pro Zeiteinheit maximal erzielbaren Stückzahl von bestückbaren Leiterplatten in der Ferti gungsanlage und/oder aus einer Auswahl von Leiterplattentypen mit maximaler Gesamtproduktionszeit, welche aus der unter a) erfassten Menge von Leiterplattentypen ausgewählt werden .

Für jede Bestückungslinie von möglichen mehreren Bestückungs linien innerhalb einer Fertigungsanlage kann das Verfahren iterativ oder gleichzeitig bzw. simultan durchgeführt werden, bis eine vorgebbare maximale Zeitschranke für die Summe der Produktionszeiten und/oder für die Durchlaufzeit des Verfah rens erreicht wird. Bei simultanen Verfahren ist die gesamte Durchlaufzeit und bei iterativen Verfahren die Summe der Durchlaufzeiten der Iterationen betroffen. Bei der Bestimmung der optimalen Zurüstung von Bauelementty pen auf die freien Spuren sollten die freien Spuren pro Wech seltisch des Wechseltischsatzes betrachtet werden.

Die optimale Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren unter den gegebenen Vorgaben kann mittels gemischt ganzzahliger linearer Programmierung berechnet bzw. bestimmt werden. Durch den Einsatz von exakten mathematischen Verfah ren lassen sich deutlich bessere Lösungen erzielen als mit in der Praxis möglichen Heuristiken. Für kleine IP-Programme (ganzzahlige lineare Programme) sind Standardsolver verwend bar, z.B. CPLEX, SCIP, Gurobi.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung in Form einer Steuereinrichtung, die für die Steuerung der Durchführung der Bestückung von Leiterplatten mittels einer Rüstung auf einer Bestückungslinie in einer Fertigungsanlage ausgestaltet ist,

- wobei die Rüstung eine Anzahl von Bauelementtypen umfasst, die zur Bestückung einer Anzahl von der Rüstung zugeordneten Leiterplattentypen, die eine Rüstfamilie von Leiterplattenty pen bilden, ausreicht,

- wobei während eines vorgegebenen bzw. vorgebbaren zeitli chen Planungshorizonts unterschiedliche Festrüstungen an der Bestückungslinie angebracht werden können,

- wobei eine Festrüstung, die auf Wechseltische eines Wech seltischsatzes fest gerüstet wird und die Vorräte von Bauele menten der Bauelementtypen in Spuren umfassen, während des Planungshorizonts unverändert bleibt und wiederholt an der Bestückungslinie eingesetzt werden kann; wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, a) eine Menge von Leiterplattentypen zu erfassen, die innerhalb des Planungshorizonts in der Fertigungsanla ge bestückt werden sollen; b) eine Anzahl von der Bestückungslinie zugeordneten Leiterplattentypen zu erfassen; c) eine Menge von Bauelementtypen aller innerhalb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiterplattentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechseltisch- satzes zu erfassen; d) einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Be stückungslinie zu erfassen; e) an eine Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Lei terplattentypen zu erfassen, deren Leiterplatten an der Bestückungslinie bestückt werden sollen, f) den Platzverbrauchs an Spuren durch die einer Fest rüstungs-Rüst familie zugeordneten Bauelementtypen zu bestimmen; g) ein Platzangebot an freien Spuren zu bestimmen, die für weitere Bauelementtypen aus der Menge c) verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplat ten an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungsanlage geplant und/oder vorgehalten wor den sind; h) eine optimale Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren zu bestimmen, sodass an dieser Bestü ckungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzlichen Leiterplatten bestückt werden können, deren Bestückung an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien ge plant worden sind, i) und die Bestückung der Leiterplatten auf der Bestü ckungslinie mittels der Festrüstung und mittels der optimalen Zurüstung zu steuern.

Die Vorrichtung und Computerprogramm (produkte) können ent sprechend des oben beschriebenen Verfahrens bzw. der Weiter bildungen/Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens aus- bzw. weitergebildet sein.

Des Weiteren wird ein Computerprogramm (produkt) umfassend Programm-Code, der von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden kann und der bewirkt, dass der mindestens einen Pro zessor das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Ausführungs- formen ausführt. Das Computerprogramm kann auf einem Rechner z.B. in der Cloud, Server und/oder PC ablaufen oder als Com puterprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Medium ge speichert sein. Dabei bringt das Computerprogramm die Lauf- zeitumgebung zum Ablauf.

Zusätzlich kann eine Variante des Computerprogramm (produkte)s mit Programmbefehlen zur Konfiguration eines Erstellungsge räts, beispielsweise ein 3D-Drucker, ein Computersystem oder eine zur Erstellung von Prozessoren und/oder Geräten geeigne te Herstellungsmaschine sein.

Die Mittel können Hardware-, Firmware und/oder Softwareein heiten bzw. -module sein.

Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders an gegeben ist, beziehen sich die Begriffe "durchführen", "be rechnen", "rechnergestützt", "rechnen", "feststellen", "gene rieren", "konfigurieren", "rekonstruieren" und dergleichen vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verar beitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Da ten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impul se. Insbesondere sollte der Ausdruck "Computer" möglichst breit ausgelegt werden, um insbesondere alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Compu ter können somit beispielsweise Personal Computer, Server, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Handheld-Computer- Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommu nikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten kön nen, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Daten verarbeitung sein.

Unter „rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfin dung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens ver standen werden, bei dem insbesondere ein Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt. Unter Bereitstellen kann verstanden werden, dass die Applika tion und/oder Fähigkeitspakete selbst den oben genannten Mit teln z.B. in Form einer Verarbeitungseinheit bzw. CPU bzw. einer Kontrolleinheit (Control Unit) bereitgestellt wird. Un ter Bereitstellen kann ebenso verstanden werden, dass der Verarbeitungseinheit eine Operation bereitgestellt wird, wo bei die Operation die bereitgestellte Applikation selbst sein kann und/oder die Fähigkeitspakete zur Steuerung und/oder Ausführung der Konfiguration verwendet.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1 ein Bestückungssystem, das in einer Fertigungsanlage eingesetzt werden kann.

Figur 2 schematisch ein Ablaufdiagramm.

Figur 1 zeigt ein Bestückungssystem 100. Das Bestückungssys tem 100 umfasst eine oder mehrere Bestückungslinien 110 und eine Steuereinrichtung 115. Jede Bestückungslinie 110 umfasst ein optionales Transportsystem 125 sowie einen oder mehrere Bestückungsautomaten 130. Jeder Bestückungsautomat 130 um fasst einen oder mehrere Bestückungsköpfe 135, die jeweils dazu eingerichtet sind, von einem Wechseltisch 140 Bauelemen te 155 aufzunehmen und an einer vorbestimmten Position auf der Leiterplatte 120 zu positionieren, die sich auf dem Transportsystem 125 befindet.

Während des Bestückungsvorgangs steht die Leiterplatte 120 bezüglich des Bestückungsautomaten 130 üblicherweise still. Die Wechseltische 140 umfassen jeweils eine Vielzahl Zufüh rungseinrichtungen 150, von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Jede Zuführungseinrichtung 150 hält ei nen Vorrat von Bauelementen 155 eines vorbestimmten Bauele mentetyps 160 bereit. Für die Bauelemente 155 hat die Zufüh rungseinrichtung 150 ein Fassungsvermögen, das üblicherweise in Spuren ausgedrückt wird. Eine Spur ist üblicherweise 8 mm breit und die Zahl der Spuren jeder Zuführungseinrichtung 150 ist beschränkt, beispielsweise auf 40. Bauelemente 155 des gleichen Bauelementetyps 160 sind üblicherweise bereitge stellt in einem Gurt, auf einem Tablett oder in einer Röhre. Jeder Bauelementetyp 160 erfordert an der Zuführungseinrich tung 150 eine vorbestimmte Anzahl an Spuren, die üblicher weise aneinander angrenzen.

Jede Zuführungseinrichtung 150 kann zur Bereithaltung unter schiedlicher Bauelemente 155 konfiguriert werden und übli cherweise können unterschiedliche Zuführungseinrichtungen 150 an einem Wechseltisch 140 angebracht werden. Wird ein Bauele ment 155 eines Bauelementtyps 160 am Bestückungsautomaten 130 benötigt, der nicht in einem der Wechseltische 140 vorhanden ist, so wird üblicherweise nicht einer der angebrachten Wech seltische 140 mit den benötigten Bauelementen 155 versehen, sondern komplett gegen einen anderen, entsprechend bestückten Wechseltisch 140 ausgetauscht. Das Aufrüsten eines einzuwech selnden Wechseltischs 140 mit Bauelementen 155 wird Vorrüs tung genannt und kann eine Bearbeitungszeit im Stundenbereich erfordern.

Da ein Wechsel von Wechseltischen 140 an der Bestückungslinie 110 üblicherweise mit einem Produktionsstillstand verbunden ist, wird angestrebt, möglichst selten Wechsel der Wechselti sche 140 durchzuführen.

Zur Bestückung einer vorbestimmten Menge von Leiterplatten 120 können Rüstungen gebildet sein, die jeweils Vorräte von Bauelementen 155 von vorbestimmten Bauelementtypen 160 umfas sen, wobei jede der Leiterplatten 120 der Menge mit Bauele menten 155 der Rüstung vollständig bestückt werden kann. Eine Rüstung kann realisiert sein durch eine Anzahl von Wechselt!- sehen 140. In der Darstellung von Figur 1 sind eine Festrüs tung 165, deren Wechseltische 140 an der Bestückungslinie 110 angebracht sind, und eine Variantenrüstung 170, deren Wech seltische 140 von der Fertigungslinie 110 getrennt sind, ge bildet. Es können eine oder mehrere Festrüstungen 165 und ei ne oder mehrere Variantenrüstungen 170 vorgesehen sein. Ein angestrebter Fall ohne Variantenrüstungen 170 ist möglich.

Die Festrüstung 165 ist dazu eingerichtet, zumindest während eines zeitlichen Planungshorizonts, der beispielsweise ein halbes Jahr oder ein Jahr betragen kann, bezüglich seiner Bauelementtypen 160 unverändert zu bleiben. Es können also im Bedarfsfall zwar Bauelemente 155 an den Wechseltischen 140 der Festrüstung 165 nachgefüllt werden, die Zuordnung von Bauelementtypen 160 zu Spuren der Wechseltische 140 bleibt jedoch unverändert. Sind mehrere Festrüstungen 165 vorgese hen, so können diese innerhalb des Planungshorizonts gegenei nander oder gegen eine der Variantenrüstungen 170 ausge tauscht werden.

Im Beispiel werden an der näher beschriebenen Bestückungsli nie 110 nur Festrüstungen eingesetzt.

Die Steuereinrichtung 115 ordnet Leiterplattentypen 122, de ren zugeordnete Leiterplatten 120 auf der Bestückungslinie 110 bestückt werden sollen, einer Rüstfamilie zu. Eine Rüst familie ist eine Menge von Leiterplattentypen 122, deren Lei terplatten 120 vollständig mit Bauelementen 155 bestückt wer den können, die in der zugeordneten Rüstung 165, 170 bereit gestellt sind. Eine Rüstfamilie ist üblicherweise genau einer Rüstung 165, 170 zugeordnet und umgekehrt.

Bestückungslinien, die nur mit Festrüstungen betrieben wer den, sind mit einer starren Baugruppen-Linien-Zuordnung be sonders stark von Unterauslastung gefährdet. Bei Überlastung können eventuell Baugruppen bzw. Leiterplatten an Bestü ckungslinien abgegeben werden, an den auch mit Variantenrüs tungen gefertigt wird. Bei mehreren gleichen Bestückungslinien, die jeweils mit meh reren Festrüstungen betrieben werden, besitzt man die Flexi bilität, die Festrüstungen unterhalb der Bestückungslinien auszutauschen .

Um die Fertigungs-Flexibilität bei unterschiedlichen Bestü ckungslinien, die mit Festrüstungen betrieben werden oder bei Bestückungslinien, die mit jeweils einer Festrüstung betrie ben werden, zu erhöhen, ist es deshalb günstig, wenn mit der Festrüstung/den Festrüstungen einer Bestückungslinie noch weitere, anderen Bestückungslinien zugewiesene Leiterplatten typen gefertigt werden können. Besonders vorteilhaft ist dies, falls eine Bestückungslinie ganz oder teilweise aus fällt. Dann können evtl, zumindest ein Teil der Leiterplat tentypen der ausgefallenen Bestückungslinie auf Bestückungs linien mit Festrüstung zugewiesen werden und deren Leiter platten dort bestückt werden. Dies funktioniert jedoch nur dann, wenn an der Festrüstungs-Bestückungslinie noch Spuren für die Aufnahme von Bauelementen frei sind und diese Bauele menten den Bauelementtypen, die an der anderen Bestückungsli nie eingesetzt sind, entsprechen.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm. Es werden in Schritt 210 erst eine Menge von Baugruppentypen, die innerhalb eines Pla nungshorizonts in der Fertigungsanlage bestückt werden sollen und Baugruppentyp-Bestückungslinien-Verteilungen erfasst, dann in Schritt 220 Festrüstungen erfasst bzw. gebildet und anschließend in Schritt 230 wird diesen Festrüstungen noch flexible Anteile mit weiteren Baugruppentypen zugewiesen bzw. zugeordnet. Dieser Ansatz kann auf gemischt ganzzahliger li nearer Optimierung basieren.

Zur Bildung von Festrüstungen mit fixen und flexiblen Antei len wird wie folgt vorgegangen:

Schritt 210: - Erfassen einer Menge von Leiterplattentypen, die in nerhalb des Planungshorizonts in der Fertigungsanlage bestückt werden sollen;

- Erfassen einer Anzahl von der Bestückungslinie zuge ordneten Leiterplattentypen (122);

- Erfassen einer Menge von Bauelementtypen aller inner halb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiterplat tentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechsel tischsatzes;

Schritt 220: und erfassen der Festrüstungen je Bestückungslinie. Mit anderen Worten ausgedrückt:

Erfassen einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Bestückungslinie ;

Erfassen von an eine Festrüstungs-Rüstfamilie zugeord neten Leiterplattentypen, deren Leiterplatten an der Bestückungslinie bestückt werden sollen, und in Schritt 230:

- Bestimmen des Platzverbrauchs an Spuren durch die ei ner Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Bauelementty pen;

Bestimmen eines Platzangebots an freien Spuren, die für weitere Bauelementtypen verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplatten an einer o- der mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungs anlage geplant und/oder vorgehalten worden sind; Bestimmen einer optimalen Zurüstung von Bauelementty pen auf die freien Spuren, sodass an dieser Bestü ckungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzlichen Leiterplatten bestückt werden können, deren Bestückung an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien ge plant worden sind;

Für jede Bestückungslinie mit Festrüstungen wird ermittelt, ob und wie sich diese Festrüstungen erweitern lassen, so dass mit ihnen auch Baugruppen fertigbar sind, deren Fertigung an deren Bestückungslinien zugeordnet ist. Diese zusätzlich fer tigbaren Baugruppen bilden dann die flexiblen Anteile der Fe strüstungen. Wenn die optimale Zurüstung bestimmt ist, können die genannten freien Spuren mit den Bauelementen gerüstet werden, deren Bauelementtypen für die Bestückung der Leiter platten gebraucht werden.

Mit dem nachfolgenden MILP (mixed integer linear programing) wird diese Optimierungsaufgabe gelöst mit dem Ziel, die Ge samtheit der flexiblen Anteile der Festrüstungen einer Bestü ckungslinie l möglichst optimal zu gestalten bzw. ggf. zu maximieren .

MILP befasst sich mit der Optimierung linearer Zielfunktionen über eine Menge, die durch lineare Gleichungen und Unglei chungen eingeschränkt ist. Sie ist Grundlage der Lösungsver fahren der (gemischt-) ganzzahligen linearen Optimierung. Ein sogenannter Solver (Löser) ist eine Sammelbezeichnung für spezielle mathematische Computerprogramme, die mathematische Probleme numerisch lösen können. Im Zusammenhang mit MILP (mixed integer linear programing bzw. gemischt ganzzahlige lineare Programmierung) können für IP-Programme (ganzzahlige Optimierungsmodelle) Standardsolver wie z.B. CPLEX, Scip, Gurobi, Xpress verwendet werden.

Indices

C Menge der Bauelementtypen aller Baugruppen R Menge aller Baugruppen (auch die Baugruppen, die anderen Bestückungslinien zugeordnet sind)

R_ci Menge der Baugruppen der Festrüstungsfamilie cl

R_c Menge der Baugruppen mit Bauelementtyp c

Cl Menge der Festrüstungen/Festrüstungsfamilien der Bestü ckungslinie l

Parameter Witdth_c Platzverbrauch eines Bauelementtyps c in Spuren LineCap Anzahl der Spuren der Bauelementtypen, die in einer Rüstung der Bestückungslinie l haben

Time_{r ci} Produktionszeit der Baugruppe r mit der Festrüstung cl

Binärvariablen assign_{r ci} Variable, die angibt, ob eine Leiterplatte r der Rüstfamilie cl zugeordnet wird. (In diesem Fall nimmt sie den Wert 1 an, anderenfalls den Wert 0) setup_{C Ci} Variable, die angibt ob der Bauelementtyp c in der Rüstung der Rüstfamilie cl gerüstet werden muss. (In diesem Fall nimmt sie den Wert 1 an, anderenfalls den Wert 0)

Zielfunktion

Maximiere

Nebenbedingungen :

(7) Jeder Baugruppentyp darf höchstens einer Rüstfamilie zu geordnet sein.

(8) Die Bauelementtypen der Baugruppen einer Rüstfamilie müs sen in eine Rüstung passen.

(9) Alle Bauelementtypen einer Rüstfamilie müssen in der Rüs tung der Rüstfamilie gerüstet werden.

(10) Die ursprünglichen Baugruppen der Festrüstungsfamilien müssen den Festrüstungen fix zugewiesen werden. assign_{r ci} = 1 c e Cl,r e R_ci

(11) Variablenrestriktionen assign_{r ci} e {0,1} r E R, cl E CI setup_{c ci} e {0,1} c E C. cl E Cl

Die Baugruppen, die einer Festrüstung zusätzlich zugeordnet werden können, bilden den flexiblen Anteil der Festrüstung.

Die vorgenannte Steuerungseinrichtung kann dann mit diesem flexiblen Anteil bzw. der optimalen Zurüstung die Bestückung der Leiterplatten auf der Bestückungslinie steuern.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Die Implementierung des vorstehenden Verfahrens kann anhand von Instruktionen erfolgen, die auf computerlesbaren Spei chermedien oder in flüchtigen Computerspeichern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Speicher bezeichnet) vor liegen. Der Computerspeicher kann zu einer oder der vorge nannten Steuereinrichtung gehören. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer o- der RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechseldatenträger, Festplatten, usw.

Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Verfahrens schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktions- satzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktionssatz oder an eine bestimmte Form von Instrukti onssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozessoren, integrierte Schaltungen usw. im Al leinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsstrategien zum Ein satz kommen, beispielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Prozessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallelverarbeitung usw.

Die Instruktionen können in lokalen oder zentralen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem entfernten System abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen.

Der Begriff "Prozessor", "zentrale Signalverarbeitung", "Steuereinheit" oder "Datenauswertemittel ", wie hier verwen det, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozesso ren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische inte grierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und be liebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbei tungsmittel. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen, die in eine Vorrich tung integriert sein können. Besteht ein Prozessor aus mehre ren Einrichtungen, können diese zur parallelen oder sequenti ellen Verarbeitung bzw. Ausführung von Instruktionen ausge legt bzw. konfiguriert sein.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten (120) mittels einer Rüstung (165, 170) auf einer Bestückungslinie (110) in einer Fertigungsanlage,

- wobei die Rüstung (165, 170) eine Anzahl von Bauele menttypen (160) umfasst, die zur Bestückung einer Anzahl von der Rüstung (165, 170) zugeordneten Leiterplattenty pen, die eine Rüstfamilie von Leiterplattentypen (122) bilden, ausreicht,

- wobei während eines vorgebbaren zeitlichen Planungsho rizonts unterschiedliche Festrüstungen (165) an der Be stückungslinie (110) angebracht werden können,

- wobei eine Festrüstung (165), die auf Wechseltische (140, 145) eines Wechseltischsatzes fest gerüstet wird und die Vorräte von Bauelementen (155) der Bauelementty pen (160) in Spuren umfassen, während des Planungshori zonts unverändert bleibt und wiederholt an der Bestü ckungslinie (110) eingesetzt werden kann; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Erfassen einer Menge von Leiterplattentypen, die innerhalb des Planungshorizonts in der Fertigungsanla ge bestückt werden sollen; b) Erfassen einer Anzahl von der Bestückungslinie zu geordneten Leiterplattentypen (122); c) Erfassen einer Menge von Bauelementtypen aller in nerhalb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiter plattentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechseltischsatzes; d) Erfassen einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Bestückungslinie; e) Erfassen von an eine Festrüstungs-Rüstfamilie (210) zugeordneten Leiterplattentypen (122), deren Leiter platten an der Bestückungslinie bestückt werden sol len, f) Bestimmen des Platzverbrauchs an Spuren durch die einer Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Bauele menttypen; g) Bestimmen eines Platzangebots an freien Spuren, die für weitere Bauelementtypen aus der Menge c) verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplat ten an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungsanlage geplant und/oder vorgehalten wor den sind; h) Bestimmen einer optimalen Zurüstung von Bauele menttypen auf die freien Spuren, sodass an dieser Be stückungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzli chen Leiterplatten bestückt werden können, deren Be stückung an einer oder mehreren anderen Bestückungsli nien geplant worden sind, i) und Bestücken der Leiterplatten (120) auf der Be stückungslinie (110) mittels der Festrüstung (165) und mittels der optimalen Zurüstung.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass sich die vorteilhafte Menge von zu sätzlichen Leiterplatten aus folgendem ergibt: aus einer maximalen Anzahl von zusätzlichen Leiter platten, die an dieser Bestückungslinien bestückt wer den können, und/oder aus einer maximalen Anzahl an Leiterplattentypen, wenn die zusätzlichen Leiterplatten an dieser Bestückungs linie bestückt werden, und/oder aus einer maximalen Anzahl an hoch priorisierten Lei terplattentypen, und/oder aus einer Häufigkeit des Auftretens eines Leiterplat tentyp innerhalb der zusätzlich bestückbaren Leiter platten, und/oder und/oder aus einer pro Zeiteinheit maximal erzielbaren Stückzahl von bestückbaren Leiterplatten in der Ferti gungsanlage und/oder aus einer Auswahl von Leiterplattentypen mit maximaler Gesamtproduktionszeit, welche aus der unter a) erfassten Menge von Leiterplattentypen ausgewählt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für jede Be stückungslinie von möglichen mehreren Bestückungslinien innerhalb einer Fertigungsanlage iterativ oder gleichzei tig durchgeführt wird, bis eine vorgebbare maximale Zeit schranke für die Summe der Produktionszeiten und/oder für die Durchlaufzeit des Verfahrens erreicht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der opti malen Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren die freien Spuren pro Wechseltisch des Wechseltischsatzes betrachtet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen einer optima len Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren mittels gemischt ganzzahliger linearer Programmierung durchgeführt wird.

6. Steuereinrichtung geeignet für eine Bestückung von Lei terplatten (120) mittels einer Rüstung (165, 170) auf ei ner Bestückungslinie (110) in einer Fertigungsanlage,

- wobei die Rüstung (165, 170) eine Anzahl von Bauele menttypen (160) umfasst, die zur Bestückung einer Anzahl von der Rüstung (165, 170) zugeordneten Leiterplattenty pen, die eine Rüstfamilie von Leiterplattentypen (122) bilden, ausreicht,

- wobei während eines vorgebbaren zeitlichen Planungsho rizonts unterschiedliche Festrüstungen (165) an der Be stückungslinie (110) angebracht werden können,

- wobei eine Festrüstung (165), die auf Wechseltische (140, 145) eines Wechseltischsatzes fest gerüstet wird und die Vorräte von Bauelementen (155) der Bauelementty pen (160) in Spuren umfassen, während des Planungshori zonts unverändert bleibt und wiederholt an der Bestü ckungslinie (110) eingesetzt werden kann; wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, a) eine Menge von Leiterplattentypen zu erfassen, die innerhalb des Planungshorizonts in der Fertigungsanla ge bestückt werden sollen; b) eine Anzahl von der Bestückungslinie zugeordneten Leiterplattentypen (122) zu erfassen; c) eine Menge von Bauelementtypen aller innerhalb des Planungshorizonts zu bestückenden Leiterplattentypen mit deren Platzverbrauch an Spuren des Wechseltisch- satzes zu erfassen; d) einer Menge von Festrüstungs-Rüstfamilien der Be stückungslinie zu erfassen; e) an eine Festrüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Lei terplattentypen (122) zu erfassen, deren Leiterplatten an der Bestückungslinie bestückt werden sollen, f) den Platzverbrauchs an Spuren durch die einer Fest rüstungs-Rüstfamilie zugeordneten Bauelementtypen zu bestimmen; g) ein Platzangebot an freien Spuren zu bestimmen, die für weitere Bauelementtypen aus der Menge c) verwendet werden können, die für eine Bestückung von Leiterplat ten an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien der Fertigungsanlage geplant und/oder vorgehalten wor den sind; h) eine optimale Zurüstung von Bauelementtypen auf die freien Spuren zu bestimmen, sodass an dieser Bestü ckungslinie eine vorteilhafte Menge von zusätzlichen Leiterplatten bestückt werden können, deren Bestückung an einer oder mehreren anderen Bestückungslinien ge plant worden sind, i) und die Bestückung der Leiterplatten (120) auf der Bestückungslinie (110) mittels der Festrüstung (165) und mittels der optimalen Zurüstung zu steuern.