将电路板分配到装配线上的制作方法
【专利摘要】一种装配系统包括用于给电路板装配电子构件的多个装配线。一种用于将电路板分配给装配线的方法包括步骤：检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求以及在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线。在此，该分配进行为使得装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目。
【专利说明】将电路板分配到装配线上
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于将电路板分配到装配线上W给电路板装配器件的方法。此 夕F，本发明涉及一种用于给电路板或其它组件装配器件的生产线或安装线的控制设备。另 夕F，本发明涉及一种计算机程序产品和计算机可读介质。
【背景技术】
[0002] 尤其是在电子设备生产的领域中，要制造的电路板或组件在SMT装配线上通过表 面安装（surface mounted technology (表面安装技术），SMT)来制造。但是由于技术限 巧1|，不是每个电路板都能在每个装配线上被制造。电路板在装配线上大多还具有不同的生 产时间。此外，不允许超过装配线的最大生产时间容量。
[0003] DE 10 2009 013 353 B3示出了一种用于装备该样的装配线的方法。
[0004] 电路板到装配系统的装配线上的分配通常是人工或半自动地基于经验值或试探 法来进行。在此，在实际中已经显示，总是做出不平衡的分配，所述分配对装配线的一个部 件引起高载荷，并且对另一部件引起低载荷，使得装配系统不能被最优地利用。
【发明内容】
[0005] 本发明的任务是，提供一种用于将电路板分配到装配线上的经改善的技术。
[0006] 该任务借助于具有独立权利要求的特征的方法、计算机程序产品和装配系统来解 决。从属权利要求反映了优选的实施方式。
[0007] -种装配系统包括用于给电路板装配电子构件的多个装配线。根据本发明的用于 将电路板分配给装配线的方法包括步骤；检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件 的请求；W及在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线。在此，该分 配进行为使得装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线的构件差异表示要在所有分配给 装配线的电路板上装配的不同构件的数目。换言之，整数线性规划的参数之一被选择为使 得在分配时在装配线的构件差异的平均分布方面进行优化。
[0008] 在此，装备族（Rilstfamilie)被确定为如下电路板的集合；所述电路板可W在装 配线上装配，而不改变在该装配线处为装配准备好的构件类型的集合。在装配线处准备好 的构件类型的集合亦称装备。
[0009] 通常，给装配线分配比由装备族能够包含的电路板更多的电路板，因为在装配线 处不能准备好任意多的构件类型。因此，装配线有时经历装备更换，在装备更换的情况下第 一装备族的装备被更换为第二装备族的装备。该装备更换越稀少并且越少的构件类型必须 在装备更换时被更换，则可W越低成本地运行装配系统。
[0010] 通过所寻求的构件差异的平均分布，可W实现：装配线的重装W更低的频率被需 要。另外，各个装配线上的装备族的数目彼此相差更小。
[0011] 装配线的可变元件、例如更换台或输送器，可W因此总体上W更低频率被重装。在 此，更换台是一种输送台，其将预定数目的不同电子构件准备好W供装配。如果更换台必须 在装配线的重装期间被更换，则称其为可变台，否则称其为恒定台。该方法可w有助于更多 地形成恒定台。在此，装备族可W均匀地分布在装配线上。同样可W避免，必须为装配系统 形成大数目的装备族，该可能导致提高的复杂度并且同样可能导致装配系统的更复杂的重 装。实际显示；预定数目的电路板的器件差异与一定数目的装备族之间的关联不是线性的， 而是更可能是指数的。
[0012] 整数线性规划可W借助于标准解算机来执行，所述标准解算机可W作为商品获 得。在此，可W在解算机中给定边界条件或优化目标，W便使得装配线的构件差异尽可能 相等。
[0013] 在一个实施方式中可W规定，分配进行为使得每个装配线的构件差异位于预定阔 值W下。
[0014] 因此可W阻止装配线上的过量的构件差异。
[0015] 可替代地或附加地，分配可W进行为使得每个装配线的构件差异位于预定阔值之 上。由此可W防止装配线之一具有过小的构件差异，该可能导致其它装配线中的至少一个 上的超比例地大的构件差异。
[0016] 另外，该分配可W进行为使得所有装配线的最大构件差异尽可能最小化。由此也 可W改善构件差异在装配线上的平均分布。
[0017] 除此之夕b该分配也可W进行为使得所有装配线的最大轨迹消耗 (Spurverbrauch)尽可能最小化。由此可W W改善方式将装配线的装备族的数目保持为相 等。在另一实施方式中，该分配进行为使得所有装配线的构件差异之和尽可能最小化。尤 其是结合装配线上的构件差异的所述平均分布的优化，可W因此实现进一步改善的结果。
[0018] 此外，该分配可W进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阔值W 下。装配线的装配自动机通常具有预定的轨迹宽度，该轨迹宽度给定可用于运送构件的同 样宽的轨迹的数目。在此，构件也可需要多个轨迹。
[0019] 此外，该分配可W进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阔值W 上。通过给定装配线的轨迹消耗之和的下界限，可W避免大数目的轨迹保持未被使用。
[0020] 在另一实施方式中，该分配进行为使得装配线的所有构件的轨迹消耗之和尽可能 最小化。该措施也可W有助于避免频繁更换可变更换台和保持大数目的更换台。
[0021] 在又一实施方式中，该分配进行为使得尽可能优化包括多个加权单准则的准则。 在此，准则可W涉及构件差异的所述平均分布、其它例如所有装配线的构件差异之和。通过 加权，可W例如根据局部或当前紧迫性控制参数之一的优先。
[0022] 根据本发明的计算机程序产品包括程序代码装置，所述程序代码装置用于在实施 设备上运行或者存储在计算机可读介质上时执行所述方法。该计算机程序产品可常见 编程语言(例如C++Java)来创建。处理设备可W包括具有相应输入、输出和存储装置的市 场上常见的计算机或者服务器。
[0023] 根据本发明的用于具有多个装配线W给电路板装配电子构件的装配系统的控制 设备被设立为检测给多个电路板装配分别要在其上装配的构件的请求、W及在给定的预先 规定下借助于整数线性规划将电路板分配给装配线，使得装配线的构件差异尽可能相等， 其中装配线的构件差异表示要在所有分配给装配线的电路板上装配的不同构件的数目。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 本发明的上述特性、特征和优点、W及实现它们的方式结合下面对实施例的描述 变得更清楚和更容易理解，所述实施例结合附图予W进一步阐述，其中： 图1示出了装配系统； 图2示出了方法的流程图；W及 图3示出了借助于整数线性规划的优化方法的流程图。
【具体实施方式】
[00巧]线性优化是数学优化领域中的主要方法之一，并且致力于在由线性等式和不等式 限定的集合上优化线性目标函数。该线性优化是(混合）整数线性优化的解决方法的基础。 [002引线性优化的优点： 一全局优化方案； -可容易扩展； -非常良好的商业标准解算机（SCIP、CPLEX、Ilog、Xpress)，其在实际中广泛传播并 证明可行。 -对于所确定的解决方案已知的是，其与最优解决方案最大相距多远（Gap (差距)）。 [0027] 图1示出了装配系统100。该装配系统100包括多个装配线110 W及用于将电路 板120分配给装配线110的控制设备115。每个装配线110通常包括运送系统125和一个 或多个装配自动机130。每个装配自动机130都包括一个或多个装配头135,所述装配头 135分别被设立为从恒定的台140或可变的台145接收器件并且将其定位在位于运送系统 125上的电路板120上的预定位置处。
[002引在装配过程期间，电路板120通常关于装配自动机130为静止的。台140、145分别 包括多个输送设备150,其中仅仅示例性地示出该些输送设备150之一。每个输送设备150 都准备好预定类型的构件155的储备。尽管可W将每个输送设备150都配置为准备好不同 的构件155并且将不同的输送设备150安置在台140、145处，但是台140、145出于速度原 因通常在装配自动机130必须被供应在所安置的台140、145之一处未被保持的构件155时 被完全更换。由于该样的更换通常与生产停滞相联系，因此所寻求的是将要更换的台140、 145的数目保持得小。如果台在重装过程期间未被更换，则该台被称为恒定台140,否则被 称为可变台145。在其它方面在恒定台140与可变台145之间不存在功能差别。
[0029] 电路板120要被装配一定数目的不同构件155。为了最小化可变台145的频繁更 换并且理想地最大化恒定台140的数目，控制设备115被设立为优化电路板120到装配线 110之一的分配。在此，通常必须要像考虑电路板120或其上要装配的构件155的特性那样 地考虑每个装配线110或每个装配自动机130的特有特性。
[0030] 图2示出了用于将电路板120分配给来自图1的装配系统100的装配线110的方 法200的流程图。
[0031] 步骤205 ;在第一步骤205中，检测分配电路板120的请求。请求定义电路板120 和其上要装配的构件155。附加地，可W给定一定数目的边界条件，例如哪个电路板110可 W在哪个装配线110上装配或者哪个器件155可W通过装配线110来加工。另外的边界条 件在下面讨论数学背景时找到。
[0032] 接着在步骤210至230中定义准则或边界条件，所述准则或边界条件影响电路板 120到装配线110的稍后分配。在此，所示步骤210至230中的每个都是可选的，使得步骤 210至230中的各个或全部也可W取消。
[0033] 步骤210 ;为装配线110中的至少一个确定最大构件差异。在此，可W做出个别化 的规定，使得不同的装配线100可W潜在地具有不同的最大构件差异。最大构件差异可W 依赖于相应装配线110的特性或参数。
[0034] 步骤215 ;在此，W相应方式为装配线110中的至少一个确定最小构件差异。该参 数也可W为装配线110中的每个个别化地确定，例如基于相应装配线110的特性或参数。 [00巧]步骤220 ;为电路板120到装配线110的随后分配确定要优化的准则。该分配在 之后被执行为使得该准则被尽可能优化，即根据上下文被尽可能最小化或尽可能最大化。
[0036] 在一个实施方式中，该准则W-定程度代表各个装配线110之间的构件差异的均 衡性。在此，数值上大的准则指示装配线110的构件差异的小的均衡性，并且数值上小的准 则指示装配线110的构件差异的高的均衡性。在该种情况下，准则在之后的分配中被尽可 能地最小化。例如，准则可W追溯到装配线110的构件差异的标准偏差。
[0037] 在另一实施方式中，准则涉及所有装配线110的构件差异，并且作为所有装配线 110的构件差异之和被确定。在该种情况下，准则为了优化而应当尽可能被最小化。
[0038] 在又一实施方式中，准则涉及所有装配线110的构件差异的最大值。在此，也尽可 能寻求准则的最小化。
[0039] 在又一实施方式中，准则涉及所有装配线110上的轨迹消耗的最大值；该准则同 样应当被最小化。
[0040] 在又一实施方式中，准则由下列各项组成；加权单准则，如装配线110的构件差异 的均衡性的上述准则；所有装配线110的构件差异之和；W及所有装配线110的构件差异 的最大值。用于形成准则的单准则的加权因子可W是可自由选择的。在一个变型方案中， 加权因子之一也可W依赖于装配系统100的其它参数、例如满载度。
[0041] 优选地，准则由加权单准则组成，所述加权单准则涉及所有装配线110的构件差 异之和W及装配线110的构件差异的均衡性。
[0042] 在一个实施方式中，可W使用进一步加权的单准则，所述进一步加权的单准则涉 及装配线110上的轨迹消耗的均衡性。台140或145或输送设备150为了容纳构件155而 通常具有一定数目的轨迹，所述轨迹分别为同样宽的、例如8mm。如电阻或电容器的小构件 155可W仅仅消耗一个轨迹，而如集成电路、屏蔽金属片或壳体元件的较大构件可能需要多 个彼此接界的轨迹。小构件155的轨迹消耗在该示例中为1，大构件的轨迹消耗更大、例如 为4。
[0043] 为了使装配线110的轨迹消耗尽可能彼此平衡，可W最小化所有装配线110的轨 迹消耗之和，其中装配线110的轨迹消耗包括应当在分配给相应装配线110的电路板120 之一上装配的所有构件155的轨迹消耗之和。
[0044] 步骤225 ;作为用于使装配线110的轨迹消耗平衡的支持措施，可W为装配线110 中的至少一个设置轨迹消耗的最大和。
[0045] 步骤230 类似方式可W为装配线110中的至少一个设置轨迹消耗的最小和。
[0046] 最后，在步骤235中进行电路板120到装配线110的分配。在步骤235中在给定 的预先规定下的分配优选地借助于整数线性规划进行。
[0047] 嵌入方法300 W流程图形式在图3中示出。
[0048] 步骤305 ;首先，确定电路板120到装配线110上的起始分配，并且使当前分配等 于起始分配。为了确定起始分配，不同试探法是可能的，所述试探法也可W包括人工预先规 定或约束。
[004引步骤310 ;接着，从要分配的电路板120中选择电路板120的子集。
[0050] 步骤315 ;然后，优选借助于整数线性规划形成所述子集的电路板120到装配线 110的一个或多个可替代的分配。该分配W参考图3描述的方式进行为使得各个装配线110 的构件差异尽可能被均衡。也可W为分配使用多个单准则的加权准则，使得也还可W尽可 能最小化或尽可能最大化另外的参数，W便实现优化的分配。
[0051] 步骤320 ;在此，确定在步骤315中形成的分配的质量或从步骤315的线性优化的 参数中接受所述质量。在此，通常预先给定一个或多个质量参数，所述质量参数例如可W包 括装配自动机130的满载度或者恒定台140与可变台145的比例。结合图2的方法，优选 作为质量参数使用包括多个加权单准则的准则，所述单准则之一使所有装配线110的器件 差异的均衡性尽可能最大化。
[0052] 步骤325 ;然后检查是否达到预定的中断准则。中断准则可W包括预定质量的分 配或者针对方法300的预定计算时间的期满。
[005引步骤330 ;如果中断准则被满足，则输出所确定的分配。
[0054] 步骤335 ;否则，可W在所确定的分配下选择应当进一步优化的那些分配。
[00巧]步骤340 ;在该种情况下，将当前分配设置为要优化的分配之一，并且方法300可 W从步骤310起重新执行。如果多个可优化分配被选择，则方法300也可W相应地多次并 行地分岔。
[005引数学背景 通过使用精确数学方法，可W与迄今为止在实际中所使用的试探法相比实现明显更好 的解决方案。与此进一步不同的是，还可W利用该些方法实现良好的生产时间。
[0057] 在将电路板120或组件分配给装配线110时应当注意，由于技术约束的原因，可能 不是每个电路板120都可W在每个装配线110上被制造。电路板在装配线110上大多还具 有不同的生产时间。此外，不允许超过装配线110的最大生产时间容量。
[005引在将电路板120分配到装配线110上时，通常追寻如下目标： -应当利用恒定台140制造尽可能多的电路板120, W便减少重装成本； -装配线110处的装备族("群集"）的数目应当尽可能小，W便减少重装时间成本； -想要需要尽可能少的装备设备(例如输送器150); -固定装备线上的总共所需的台的数目应当尽可能小； -固定装备线上的恒定台的数目应当尽可能高；W及 -电路板120的总生产时间应当尽可能最小。
[0059] 通常通过如下方式尝试实现该些目标；寻求装配线110的电路板120的尽可能高 的构件重叠，或最小化该装配线110的器件差异之和。
[0060] 为了确定电路板120到装配线110的经优化的分配，使用IP模型（IP代表整数规 划或整数策划或整数优化模型)。该确定可W借助于已知的标准解算机来执行。
[00川索引 L系统100的SMT装配线110的集合 R电路板120的集合 C器件类型155的集合 a:'.具有器件类型C的电路板的集合 在线/上可装配的电路板的集合。 [006引参数 T術毛',-j电路板r在线I上的总生产时间 Timclimif.线/上的生产时间界限。
[006引二进制变量 /1.?/卵电路板r到线^的分配 細哗.''J器件C在线/上的使用。
[0064] IP 表达：
【权利要求】
1. 用于将电路板（120)分配给装配系统（100)的装配线（110)以给电路板（120)装配 电子构件（155)的方法（200)，其中该方法（200)包括下列步骤： 检测（205)给多个电路板（120)装配分别要在其上装配的构件（155)的请求；以及 在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板（120)分配（235)给装配线（110); 其特征在于， 分配（235)进行为使得装配线（110)的构件差异尽可能相等， 其中装配线（110)的构件差异表示要在所有分配给装配线（110)的电路板（120)上装 配的不同构件（155)的数目。
2. 根据权利要求1所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得每个装配线（110)的 构件差异位于预定阈值以下（210)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得每个装配线 (110)的构件差异位于预定阈值以上（215)。
4. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得所有装配线 (110)的最大构件差异被尽可能最小化（220)。
5. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得所有装配线 (110 )的最大轨迹消耗被尽可能最小化（220 )。
6. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得所有装配线 (110)的构件差异之和被尽可能最小化（200)。
7. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得装配线（110) 的所有构件（155)的轨迹消耗之和位于预定阈值以下（225)。
8. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得装配线（110) 的所有构件的轨迹消耗之和位于预定阈值以上（230)。
9. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得装配线（110) 的所有构件（155)的轨迹消耗之和被尽可能最小化（220)。
10. 根据前述权利要求之一所述的方法（200)，其中分配（235)进行为使得包括多个加 权单准则的准则被尽可能优化。
11. 计算机程序产品，具有程序代码装置，所述程序代码装置用于当计算机程序产品在 实施设备（115 )上运行或者存储在计算机可读介质上时执行根据前述权利要求之一所述的 方法（200)。
12. 用于将电路板（120)分配给装配系统的装配线（110)的控制设备（115)，其中该控 制设备（155)被设立为检测给多个电路板（120)装配分别要在其上装配的构件（155)的请 求以及在预定的预先规定下借助于整数线性规划将电路板（120)分配（235)给装配线，使 得所述装配线的构件差异尽可能相等，其中装配线（110)的构件差异表示要在所有分配给 装配线（110)的电路板（120)上装配的不同构件（155)的数目。
【文档编号】H05K13/00GK104412733SQ201380036049
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】A.普法芬格, C.罗耶, N.赫罗尔德, T.肯帕, D.克赖奥文 申请人:西门子公司