用于装配印刷电路板的方法和系统与流程
本发明涉及一种用于装配印刷电路板的方法和系统。在此，以具有多个装配线的装配系统为前提，所述装配线分别被设立为给印刷电路板装配器件。
背景技术：
一个电子组件包括印刷电路板和机械地并且电地固定在所述印刷电路板上的器件。为了制造完成了的印刷电路板，所述器件借助于装配自动机（拾取与贴装设备（pickandplace））放在印刷电路板上，并且紧接着在回焊炉中与所述印刷电路板焊接。可以在装配线的范围内相继经过多个装配自动机。为了制造多个印刷电路板，可以使用包括多个装配线的装配系统。
装配自动机只能装备预先确定的数目的不同的器件类型。器件类型在装配自动机上的组合被称作装备（ruestung）。利用所述装备只能生产有限数目个不同的印刷电路板。然而，通常应该生产比借助于装备而可能的印刷电路板类型更多的不同的印刷电路板类型的印刷电路板，使得所述装备在生产期间必须被改变。
改装、即用另一装备更换在装配自动线上的装备，虽然不是花费特别高的过程，然而为此使用能更换的装备台（更换台），所述装备台昂贵，而且所述装备台的先前的用预先确定的器件类型的器件的装配可能是费时并且费力的。
因而，通常力求提供至少一个固定装备以及尽可能少的可变装备。在此，将器件类型分配到固定装备大多在预先确定的规划周期（所述规划周期例如可以为大约6到12个月）内保持恒定。可变装备在它们的器件类型组合方面通常保持短得多地、例如大约1到5天不改变。
针对不同的印刷电路板类型的应该借助于装配线装配的给定数量的印刷电路板，通常尝试确定如下固定装备，所述固定装备使得装配尽可能多的印刷电路板或印刷电路板类型成为可能。
de102012220904a1涉及一种用于确定针对装配线的尽可能有利的固定装备的方法。然而，该方法不考虑：一个装配系统的多个装配线理想地应该在它们的被分配的印刷电路板类型方面彼此进行协调，以便尽可能高效地构建不同印刷电路板类型的印刷电路板的并行生产。因而，在将该方法相继应用到一个装配系统的多个装配线上时，可能得到不利的分配，所述分配可能使该系统的一部分生产能力没有被使用。
技术实现要素：
本发明所基于的任务在于，说明用于装配印刷电路板的一种经改善的方法、一种计算机程序产品和一种系统，所述印刷电路板允许在具有多个装配线的装配系统上更高效地进行装配。本发明借助于独立权利要求的主题来解决该任务。从属权利要求重现优选的实施方式。
为了在具有多个装配线的装配系统上装备印刷电路板，设置具有所属的装备的装备族，其中每个装备族都分配有大量印刷电路板类型而每个所分配的装备都分配有大量器件类型，使得一个装备族的印刷电路板类型的印刷电路板可以借助于所述装备的器件类型的器件在装配线上装配。一个装备的器件类型的器件的存货可以借助于在装配线上的装备台来提供。在此，在装配线上，可变装备的装备台只使用一次，而固定装备的装备台使用多次。
所述可变装备为了装配预先确定的数量的印刷电路板类型而在一个或多个装备台上实现，其方式是所述装配台配备有所需器件的存货。紧接着，可变装备被安装在装配线上，印刷电路板被装配并且可变装备又从所述装配线被除去。然后，所述可变装备至少被拆除或改装。没有规定对所述可变装备（即在相同的配置下的装备台）的进一步的使用。
固定装备以相同的方式在一个或多个装备台上实现并且被安装在装配线上，以便装配预先确定的印刷电路板类型。然而，在所述装配结束之后，所述固定装备没有被拆除，而是随时准备好，以便在相同的配置下重新在装配线上被使用。通常在规划周期（所述规划周期例如可以为大约6到12个月）之内不执行固定装备的改变。所述固定装备可以在这段时间之内非常频繁地被用在一个装配线上或者被用在更换的装配线上。在同一固定装备的两次使用之间，可以在装配线上安装一个或多个可变或固定装备。
用于装配印刷电路板的方法包括如下步骤：检测分别用于给一个印刷电路板类型的件数个印刷电路板装配预先确定的器件类型的器件的订单；将所检测到的订单的印刷电路板类型分配到预先确定的数目个固定装备-装备族；优化所述分配，使得关于装配系统的所有装配线的特性值尽可能被优化；而且在使用所确定的固定装备之一的情况下在所述装配线之一上装配所述印刷电路板。
通过对将印刷电路板分配到装配线的所述优化，该装配系统可以以经改善的方式来充分利用。通过考虑被分配给整个装配系统的特性值，总生产率可能比均衡地运行所述装配线更重要。在充分利用下的不适宜性可以稍后在形成可变装备时予以补偿。该装配系统可以经改善地来充分利用，而且可以提高该装配系统的生产率。由此，对于装配系统的操作方或者委托方来说可以得到成本优势。
在此，特性值可包括如下印刷电路板的装配时间，所述印刷电路板的订单可以借助于固定装备来处理。在此，所述特性值可以被称作生产时间。生产时间就优化而言可以尽可能被最大化，以便确定所述固定装备，使得所述固定装备可以被用于装配相同或者不同的印刷电路板类型的尽可能多的印刷电路板。装配线不工作的停止时间可以最小化。
所述特性值也可包括能借助于确定的固定装备处理的订单的数目。所述订单的数目越大，装配设施就能越多产地来运行。
在一个特别优选的实施方式中，特性值包括如下每个印刷电路板类型的所要生产的订单的数目，所述印刷电路板类型被分配给装配线。在这种情况下，所述特征值也被称作订单号。研究已经表明：通过优化到订单号，装配系统的元件可以以经改善的方式来充分利用。
特别优选的是，所述分配借助于混合整数规划（gemischtganzzahligeprogrammierung）来实现。所述混合整数规划是全局优化方案，所述全局优化方案能轻易地被扩展并且对于商业的解决方法或解决设备来说是能获得的。借助于混合整数规划可以在大量可能的解决方案中找到全局最大值，使得可以找到特别好的优化。能获得的用于混合整数规划的方法或设备连续地被改善，使得可期望将来还能实现更好的优化结果。
有利地，在混合整数规划的情况下对于确定的分配分别已知的是，分配质量与能达到的最大分配质量相比有多高。在所述两个特性值之间的区别也称作“差距（gap）”。由此，优选地，当达到预先确定的分配质量时或者当所述差距足够小时，所述优化才可以被中断。可替换地或附加地，当在预先确定的处理时间期间不能找到其分配质量满足预先给定的标准的分配时，所述优化才可以被中断。由此，可以防止的是，过高地选择的分配质量或者过小地选择的差距阻碍了在适当的时间内对分配的确定。
优选地，这样确定所述分配，使得不能借助于确定的固定装备来装配的印刷电路板借助于可变装备在预先确定的生产时间之内被装配。
通常，所说明的方法只确定了如下装备，所述装备尤其是可以被用作固定装备。然而优选的是，这样确定或优化上面提到的分配，使得不能借助于确定的装备来装配的印刷电路板可以借助于另一装备在预先确定的生产时间之内被装配。所述另一装备尤其是可包括可变装备。
换言之，该方法将印刷电路板类型分配给一个固定装备部分或者一个可变装备部分，其中保证了：所述可变装备部分的印刷电路板也可以在预先确定的生产时间之内被装配。这样可以保证：所述固定装备没有被确定为以致于与剩余的可变装备部分相关联的时间需求影响了所述固定装备的优点。
在一个实施方式中，一个印刷电路板类型的印刷电路板的部分数量可以被分派给不同的装配线。例如，如果应该装配一个印刷电路板类型的特别大的件数个印刷电路板，那么多个装配线可以并行地或者相继地满足该订单的部分。
优选地，这样实现所述分配，使得在确定的固定装备的范围内被分配给一个装配线的器件类型的空间消耗只需要所提供的空间的预先确定的部分。所述空间通常以轨道（spur）来表达，其中一个轨道例如可以是8mm宽。一个装备台例如包括40个轨道，而且一个装备自动机提供2个装备台的空间。在该例子中，所提供的空间总计为640mm，其中必须考虑所述装备台的边界。例如可以要求的是：所确定的装备没有占据所述空间的超过大约90%（在上面的例子中不超过36个轨道）。
一个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当所述计算机程序产品在处理装置上运行或者存储在计算机可读的介质上时执行所描述的方法。该处理装置尤其是可以包括可编程的微型计算机。
用于装配印刷电路板的装配系统包括多个装配线和一个处理装置，所述处理装置被设立为执行上面描述的方法，以便在使用所确定的固定装备之一的情况下在所述装配线之一上装配印刷电路板。
附图说明
本发明的上面描述的特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法能与对实施例的下面的描述相关联地更清楚并且更明显地被理解，所述实施例与附图相关联地进一步予以阐述，其中：
图1示出了装配系统；而
图2示出了在图1的装配线上的装备族的图解。
具体实施方式
图1示出了示例性的装配系统100。装配系统100包括一个或多个装配线110以及一个处理或者控制装置115。每个装配线110都包括一个可选的运输系统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135分别被设立为从装备台140拿起器件155并且将它们放置在所述印刷电路板120上的预先确定的位置上，所述印刷电路板120处在所述运输系统125上。在装配过程期间，印刷电路板120相对于装配自动机130通常静止。
装备台140分别包括大量输送装置150，所述输送装置150中，在图1中示范性地只示出了一个输送装置。每个输送装置150都随时准备好预先确定的器件类型160的器件155的存货。对于器件155来说，输送装置150通常都具有如下负载能力，所述负载能力可以以轨道来表达。一个轨道通常8mm宽，而且一个装备台140的轨道的数目有限制、例如限制到40个。通常，在传送带中、在托盘上或者在管道中提供相同的器件类型160的器件155。每个器件类型160在输送装置150上并且在装备台140上都需要预先确定的数目个轨道，所述轨道通常彼此相邻。
通常，输送装置150可以被配置用于随时准备好不同的器件类型160的器件155，而且不同的输送装置150通常可以安装在一个装备台140上。在本情况下，简化地，出发点是：一个器件类型160在输送装置150上的器件155的存货实际上无穷大，因此不需要补件。
如果在装配自动机130上需要在所述装备台140之一上不存在的器件类型160的器件155，那么通常不改变在所安装的装备台140之一上的器件155的分配，而是用适当地装配的另一装备台140来完全更换所述装备台140。给没有安装在装配线110上的装备台140装配器件155被称作预装备，而且可能需要在一个或几个小时（例如大约6-10小时）的范围内的处理时间。
因为更换在装配线110上的装备台140、即所谓的装备更换通常与生产停止相关联，所以力求尽可能少地执行对装备台140的更换。此外，因为装备台140昂贵并且对装备台140的改装可能花费高并且费时，所以进一步尝试形成尽可能少的装备，以便生产预先确定的印刷电路板类型122的印刷电路板120的预先确定的产量。这里，所述产量包括多个印刷电路板类型122，所述印刷电路板类型122中，应该分别给预先确定的件数个印刷电路板120装配预先确定的器件类型160的器件155。例如，可以装配第一印刷电路板类型122的300个印刷电路板120，并且可以装配第二印刷电路板类型122的200个印刷电路板120。
一个装备165、170包括大量器件类型160，并且通过一个或多个装备台140来实现，所述装备台140配备有所述装备165、170的器件类型160的器件155的存货并且安装在所述装配线110上。
所述装备165、170分配有一个装备族175，所述装备族175包括如下印刷电路板类型122，可以借助于所述装备165、170的器件类型160的器件155从所述印刷电路板类型122中装配印刷电路板120。一个装备族175正好被分配给一个装备165、170，而且反之亦然。
因而，为了提高对装配线110的充分利用或者降低对装备台140的需求，重要的是如何基于所要装配的印刷电路板类型122来形成装备族175。在形成装备165、170或装备族175时，可注意如下附加条件：比如出于使用含铅的或者不含铅的焊锡的原因，例如针对器件类型160或者在一个相同的装备族175中的预先确定的印刷电路板类型160的分组维持装备台140的有限的负载能力。
所述装备可以被划分成固定装备165和可变装备170。
可变装备170通常只针对一次性的使用而在装配线110上加装。如果利用可变装备170的装配过程结束，那么所述一个或多个所分配的装备台140从所述装配线除去并且在它们的配置方面被改变，以便实现另一固定或可变装备170。可变装备165通常不长于几小时或几天地、通常无论如何不长于一周地在装备台140上保持被实现。
而固定装备165可以多次使用。在固定装备165的使用之间，被分配给所述固定装备165的装备台140通常不改变地被临时存放，而在装配线110上借助于其它装备台140来继续进行生产。其它装备台140尤其是可属于另一固定装备165或者属于一个可变装备170。稍后，所述临时存放的固定装备165的装备台140可以重新被安装在装配线110上。固定装备170通常在预先确定的规划周期内不改变地在一个或多个装备台140上保持被实现，其中所述规划周期例如可以为6到12个月。
在需要时，所述装备165、170可以在装配线110上被更换。为了实现固定装备165或者可变装备170，通常给装备台140加装预先确定的器件类型160的器件155的存货，而所述装备台140没有安装在所述装配线110上。不需要的器件类型160的已经加装的器件155可以事先被拆除。所述改装可能包括巨大的部分的人工工作并且可能是费时的。
为了使与可变装备170相关联的花费最小化，尝试在固定装备165中容纳尽可能多的印刷电路板类型122。然而，在实践中几乎不能实现所力求的没有可变装备170的情况。
图2示出了在来自图1的装配线110上的示例性的装备族175的图解。这里，所述装备族175被划分成被分配给固定装备165的固定装备-装备族210和被分配给可变装备170的可变生产装备族215。在所示出的例子中，在规划周期205之内，可以在装配线110上装配唯一的固定装备-装备族210的或者唯一的可变生产装备族215的印刷电路板类型122。
出发点是：在规划周期205开始时存在多个订单220，所述订单220应尽可能高效地被实施。订单的数目被称作订单数。每个订单220都包括至少一个印刷电路板类型122和所要装配的印刷电路板120的件数225。所述印刷电路板类型122分配有器件类型160，应在各个印刷电路板120上从所述器件类型160中装配器件155。
一个印刷电路板类型122可以分配有其它信息。例如，可以说明应该在每个印刷电路板120上装配的器件类型160的数目230、分别所述印刷电路板类型122的印刷电路板120的装配位置的数目235或者所述印刷电路板类型122的印刷电路板120的生产时间240。装配位置的数目对应于要在所述印刷电路板类型122的印刷电路板120上装配的器件155的数目，不管是哪些器件类型160。此外，还可以说明订单数245，所述订单数245说明了在预先确定的规划周期205内有多少个用于装配一个印刷电路板类型122的印刷电路板120的订单220。
通过使用数学方法，可以针对将印刷电路板类型122分配到固定装备-装备族210或分配到装配线110实现比利用到目前为止在实践中使用的工作步骤明显更好的解决方案。
为了确定从印刷电路板类型122到固定装备-装备族210的经优化的分配，可以使用自动优化。在此，可以使用不同的优化方法，例如基于本地搜索方法或者偏启发式的算法的优化方法。
然而，优选地使用ip模型（整数规划或integerprogramm或者混合整数优化模型）。在数学优化领域的主要方法之一是线性优化，所述线性优化致力于关于如下数量的线性目标函数的优化，所述数量通过线性等式和不等式来限制。线性优化是（混合）整数线性优化的解决方法的基础。
线性优化的优点：
-全局优化方案
-能轻易扩展
-非常好的商业上的标准求解器（standard-solver）（ilog、gurobi、xpress），所述标准求解器在实践中广泛流行并且经受住考验
-对于被确定的解决方案已知的是，所述被确定的解决方案最大离最优的解决方案多远（差距）。
在下文，给出了用于优化所描述的从印刷电路板类型122到固定装备-装备族165的分配的ip表达的例子。
索引
l装配线的数量
c器件类型的数量
rl能在装配线l上装配的印刷电路板的数量
rc具有器件类型c的印刷电路板的数量
fl装配线l的固定装备-装备族的数量。
参数
二状态变量
ip表达
所述优化可以在用于装配确定的印刷电路板类型122的印刷电路板120的订单220的件数225方面进行：
在另一实施方式中，所述优化也可以在生产时间方面进行：
其它目标优化标准同样是可能的。通常，在进行分配或对所述分配进行优化时，应维持下面的边界条件中的一个或多个：
对于这些条件适用下面的阐述：
对于（1）：每个印刷电路板类型必须或者被分派给装配线的固定装备或者被分派给装配线的可变装备部分。
对于（2）：如果固定装备f被分派给至少一个印刷电路板类型，所述印刷电路板类型被分派给一个器件类型，那么所述器件类型必须保持在所述固定装备中。
对于（3）：固定装备的器件类型必须与一个装备相配，也就是说所述器件类型的空间消耗（轨道消耗）不允许超过装配线容量。
对于（4）：被分派给一个装配线的印刷电路板的装配时间的总和不允许超过所述装配线的预先确定的生产时间极限。
对于（5）、（6）：只允许将如下印刷电路板分配给所述装配线，所述印刷电路板在那里也是容许的。
也可以说明可替换的或者附加的条件。例如，可以要求：所述印刷电路板类型122的部分数量必须被分配给同一装备族210、215，例如以便分别装配所分配的印刷电路板120的正面和背面。
将印刷电路板类型122分配到装配线110对应于将印刷电路板类型122分配到装备族210、215，因为通过所述装备族210、215预先给定了哪些印刷电路板类型160可以在装配线110上被装配。一个装备族210、215所包括的印刷电路板类型可以完全装配有正好如下那个器件类型160的器件155，所述器件类型160能在被分配给装配族210、215的装备165、170中被找到。
作为结果，上面说明的优选地借助于混合整数规划来执行的分配或优化优选地只说明了将印刷电路板类型160分配到装备165、170。优选的是，所述装备是固定装备165。借助于确定的装备165、170不能完全被装配的印刷电路板类型160被分配给可变装备部分。可以以一个单独的方法来使所述印刷电路板类型160在可变装备上分配。
在结束对固定装备165的确定或将印刷电路板155的件数225分配到装配线110之后，可以执行所述装配。所述装配通常被执行为使得所述器件155单独地借助于焊膏固定在印刷电路板120上。紧接着，所装配的印刷电路板155可以在回焊炉中完成，在所述回焊炉中，焊膏短暂地被熔化，使得所述器件155在印刷电路板120的表面上与印制导线电地并且机械地连接。
尽管本发明已经详细地通过优选的实施例进一步图解说明和描述，但是本发明并不限于所公开的例子，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。
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