用于为给电路板装配电子构件的装配线确定装备族的方法与流程

1.本发明涉及一种用于为给电路板装配电子构件或器件的装配线确定装备族的方法。本发明还涉及一种用于给电路板装配器件的生产线或装配线的控制设备。本发明还涉及一种计算机程序产品和一种计算机可读介质。


背景技术：

2.尤其是在电子产品生产领域，所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。
3.装备族被确定为电路板或组件的集合，这些电路板或组件可以在装配线上被装配，而不改变在装配线上准备好装配的构件类型或器件类型的集合。用于确定装备族的现有工具通常要么需要手动花费要么提供不总是令人信服的结果。其它已知工具为了使用而绑定到特定的装配系统上。


技术实现要素：

4.本发明的任务在于：提供一种经改善的用于将电路板分配或分发到预先给定的或可预先给定的数目的装备族上的技术，所述装备族具有最小数目的所要装备的构件类型。
5.最小数目的在更换工作台上所要装备的构件类型节约了时间和经济成本，其中这些更换工作台提供用于在生产线上制造电路板的器件。在装配线处准备好的器件类型的集合也称为装备。通常假定：在装配线处始终准备好足够多的构件。
6.该任务通过独立权利要求来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的主题。
7.本发明要求保护一种用于为给电路板装配一种或多种构件类型的电子构件的装配线确定装备族的方法，其中该方法包括如下步骤：
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检测预先给定或可预先给定数目的装备族，
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其中装备族被确定为电路板的集合，这些电路板可以在装配线上被装配，而不改变在该装配线处准备好装配的构件类型的集合，其特征在于，
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借助于整数线性规划来优化将所要分发的电路板分配到所检测到数目的装备族上，使得每个装备族的构件类型的数目之和被最小化。
8.在所获得的分配的情况下，电路板的装配可以以被分配给这些电路板的装备族来被执行。
9.因此需要更少的装备空间，因为总体上避免了相同构件类型的构件的冗余装备。
10.所检测到数目的装备族可以代表最小数目的装备族。
11.本发明的一个扩展方案规定：针对在装配线处准备好装配的构件类型的集合预先给定以最大填充度为形式的最大阈值。
12.本发明的一个扩展方案规定：还将所要分发的电路板分配到所检测到数目的装备族上，使得这些电路板被分配给同一装备族的所要分发的电路板的子集。
13.本发明的一个扩展方案规定：还将所要分发的电路板分配到所检测到数目的装备族上，使得这些电路板被分配给分别另一装备族的所要分发的电路板的子集。
14.利用该方法，针对中小规模的问题、诸如针对固定装备线，可以在相对短的时间内实现良好的结果。该方法还非常灵活，也就是说可以容易地嵌入附加的限制条件和其它低权重的目标函数成分。在减少固定装备的情况下，得到时间和经济方面的节约。该方法可以在所有常见的装配线的情况下被使用。
15.本发明的另一方面规定了一种控制设备，该控制设备尤其构造用于执行根据上文提到的类型及其实施方式所述的方法。该控制设备可以是附属于该装配系统并且可能分开布置的计算机或者是集成到该装配系统中的控制模块。
16.用于为给电路板装配一种或多种构件类型的电子构件的装配线确定装备族的控制设备具有：
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用于检测预先给定或可预先给定数目的装备族的装置，
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其中装备族被确定为电路板的集合，这些电路板可以在装配线上被装配，而不改变在该装配线处准备好装配的构件类型的集合，其特征在于
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用于将所要分发的电路板分配到所检测到数目的装备族上的装置，这些装备族被设计为借助于整数线性规划来优化该分配，使得每个装备族的构件类型的数目之和被最小化，以及
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用于以被分配给这些电路板的装备族对这些电路板执行装配的装置。
17.本发明的另一方面是一种计算机程序（产品），其具有程序代码装置，用于当所述计算机程序（产品）在上文提到的类型的控制设备上运行或者存储在计算机可读介质上时执行根据上述方法权利要求中任一项所述的方法。
18.该计算机程序或该计算机程序产品可以存储在计算机可读介质上。该计算机程序或该计算机程序产品可以以常见的编程语言（例如c 、java）来被创建。处理装置可包括市场上常见的计算机或服务器，该计算机或服务器具有相对应的输入装置、输出装置和存储装置。该处理装置可以集成在该控制设备中或者集成在该控制设备的装置中。
19.该控制设备以及该计算机程序（产品）可以与上文提到的方法类似地来扩展或构造。
20.本发明的其它优点、细节和扩展方案从随后结合附图对实施例的描述中得到。
附图说明
21.图1示出了装配系统；图2示出了关于按照本发明在图1的装配系统处的装备族的形成的图解。
具体实施方式
22.用于优化对所要分发的电路板的分配的一种可能的优化方法是线性优化。该线性优化致力于在受线性等式和不等式限制的集合上对线性目标函数进行优化。该线性优化是（混合）整数线性优化的求解方法的基础。所谓的solver（求解器）是特殊的数学计算机程序的集合名词，这些特殊的数学计算机程序可以以数值方式来求解数学问题。结合milp
（mixed integer linear programming或混合整数线性规划），可以针对ip程序（整数优化模型）使用标准求解器，诸如cplex、scip、gurobi、xpress。
23.图1示出了装配系统100。装配系统100包括：多条装配线110；和控制设备115，用于将电路板120分配给装配线110。每条装配线110通常都包括运输系统125以及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，所述装配头分别被设立为从恒定工作台140或者可变工作台145拿起器件并且将这些器件放置在电路板120上的预先确定的位置处，所述电路板位于运输系统125上。
24.在装配过程期间，电路板120相对于装配自动机130通常静止。工作台140、145分别包括大量输送装置150，只示范性地示出了这些输送装置中的一个输送装置。每个输送装置150都准备好预先确定的类型的器件155的存货。虽然每个输送装置150都可以被配置用于准备好不同的构件或器件155并且不同的输送装置150可以被安装在工作台140、145处，但是如果必须给装配自动机130供应不在所安装的工作台140、145之一上被提供的构件155，则工作台140、145出于速度原因通常被完全更换。
25.由于这种更换通常带来生产停顿，所以谋求将所要更换的工作台140、145的数目保持得少。如果工作台在改装过程期间不被更换，则该工作台被称为恒定工作台140，否则被称为可变工作台145。在其它情况下，在恒定工作台140与可变工作台145之间没有功能上的区别。
26.电路板120要被装备一定数目不同的构件155。为了将可变工作台145的频繁更换最小化并且在理想情况下使恒定工作台140的数目最大化，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，通常每条装配线110或每个装配自动机130的特定特性都必须与电路板120或要装配在其上的构件155的特性一样被考虑。
27.图2示出了装备族、也称为“集群（cluster）”的图解200。观察到第一电路板205、第二电路板210和第三电路板215，该第一电路板、该第二电路板和该第三电路板分别对应于图1中的装配系统100中的电路板120之一。在第一电路板205上要装配构件155的第一集合220，在第二电路板210上要装配构件155的第二集合225而且在第三电路板215上要装配构件155的第三集合230。示范性地，集合220、225和230分别包括不同的构件或器件类型，这些不同的构件或器件类型以不同的形式来被表征并且分别使用这些不同的构件或器件类型中的不同数目的构件155。因而，构件155的集合220至230分配有构件类型的集合235至245。在集合235至245中，相对应的集合220至230的不同构件155中的每个构件仅被重新发现一次。
28.装备族包括为了在装配线100上装配而被分配的那些电路板120。在图2的示例中，电路板210和215被分配给同一条装配线110并且形成第一装备族250。因而，第一装备族250需要具有被分配给电路板210和215的构件类型的第一装备265。在所示出的示例中，第一装备265包括五种构件类型。在提供第一装备265的构件类型的情况下，第一装备族250的电路板210和215可以在不改装的情况下在装配线110上被装配，其中假定在一套装备中最多容纳五种不同的构件类型。
29.第三电路板205单独形成第二装备族255。被分配给第二装备族255的第二装备260包括一种构件类型。
30.在两个装备中的构件类型之和是最小的。
31.按照本发明的方法充分利用了在将这些电路板单独分发到所检测到的预先给定/可预先给定的或者之前计算或确定的数目的装备族上的情况下的自由度。借助于整数线性规划来计算目标函数。利用该目标函数来使每个装备族的构件类型的数目之和最小化。如果考虑图2中的示例，则由此第二电路板210不是被分配给与电路板205相同的装备族，而是被分配给与电路板215相同的装备族。由此，集合235具有一种器件类型，并且集合240与集合245联合地具有五种器件类型。在这种情况下，每个装备族的构件类型的数目之和（一加五）为六个而不是当第二电路板210会被分配给与电路板205相同的装备族时的十个（五加五）。因此需要更少的装备空间，因为总体上避免了相同构件类型的构件的冗余装备。
32.利用按照本发明的方法，可以考虑附加的限制条件：
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在装配线上存在器件
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工作台限制条件，也就是说器件不允许被装备在所有工作台上，而是只允许被装备到工作台140、145的子集上。
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可以遵守输送装置的最大填充度。
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所要给予的电路板中的第一子集的电路板必须被分发到同一集群（例如电路板的上侧和下侧）中。
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这些电路板中的第二子集的电路板不允许被分配给同一集群，而是必须分别被分配到另一集群中。
33.数学背景通过使用准确的数学方法，可以实现比利用到目前为止在实践中使用的启发法明显更好的解决方案。
34.在随后描述的milp表达式中适用如下命名：索引r
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电路板120的集合c
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器件类型155的集合f
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具有预先给定的数目的装备族250、255的集合r
c
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具有器件类型c的电路板的集合。
35.从ep 2 829 166 b1中公知一种用于在装配线上形成装备族的方法。其中描述了如下方法，利用该方法，在给定的装配线和电路板集合的情况下，具有最小数目的装备族的集合可以被确定并且因此针对上文的f被预先给定。然而，也可设想其它方法或者也可设想手动输入，所述其它方法或者所述手动输入可以预先给定该最小数目。此外，也可以预先给定任意的其它数目。
36.参数capusage
c
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器件c的跟踪使用cap
f
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在装备族f的装备中的可用轨迹的数目二元变量x
r.f
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电路板r到装备族f的分配y
c,f
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在装备族f中的器件c的使用ip表达式最小化。
37.附加条件：
(1) 每个电路板类型都必须被分配给正好一个装备族：(2) 如果电路板被分派给装备族，则该电路板的所有器件类型也必须被装备在该装备族的装备中：(3) 装备族的电路板的所有器件类型都必须与它们到装备中的跟踪使用匹配：（4） 变量限制条件：。
38.尽管本发明是详细地通过优选的实施例进一步图解说明和描述的，但是本发明并不限于所公开的示例，而且其它变型方案可以由本领域技术人员从中推导出来，而不脱离本发明的保护范围。
39.上文描述的过程或方法流程的实现方案可以依据如下命令来实现，所述命令存在于计算机可读存储介质上或者存在于易失性计算机存储器（在下文概括地称为计算机可读存储器）中。计算机可读存储器例如是：易失性存储器，如缓存、缓冲或ram；以及非易失性存储器，如可移动磁盘、硬盘，等等。
40.在此，上面描述的功能或步骤可以以至少一个命令语句的形式存在于计算机可读存储器上/计算机可读存储器中。在此，这些功能或步骤没有绑定到某一命令语句上或绑定到命令语句的某一形式上或者绑定到某一存储介质上或者绑定到某一存储器上或者绑定到某一实施方案上，而且可以通过软件、固件、微代码、硬件、处理器、集成电路等等单独运行地或以任意的组合地来实施。在此，可以使用各种各样的处理策略，例如单个的处理器的串行处理或者多重处理或多任务处理或并行处理等等。
41.这些命令可以存放在本地存储器中，但是也可能的是，将这些命令存放在远程系统上并且经由网络来访问该远程系统。
42.结合本发明，“计算机辅助”例如可以被理解为对该方法的实现，其中尤其是处理器实施该方法的至少一个方法步骤。上述控制设备可具有这种处理器。
43.术语“处理器”、“中央信号处理装置”、“控制单元”或“数据分析装置”如这里所使用的那样包括广义上的处理装置，即例如服务器、通用处理器、图形处理器、数字信号处理器、专用集成电路（asic）、可编程逻辑电路（如fpga）、分立式模拟或数字电路和它们的任意的组合，包括所有其它本领域技术人员已知的或者在将来研发的处理装置在内。在此，处理器可由一个或多个设备或装置或单元组成。如果一个处理器由多个设备组成，那么这些设备可以被设计或配置用于并行地或串行地处理或实施命令。结合本发明，“存储单元”例如可以被理解为以工作存储器为形式的存储器（英文random
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access memory，ram（随机访问存储器））或者硬盘。