实现优化的PCB装配生产(一)

实现优化的PCB装配生产(一)

    　　对于一台电子产品来说，印刷电路板（PCB）通常是一个不可或缺的重要部件。在PCB的装配生产过程中，能否提高装配的工作效率，对任何一家生产厂商来说都显得非常的重要，因为它直接关系到生产成本能否得到有效的控制。PCB的装配问题会直接关系到整个生产车间的效率，生产效率会随着所决定的元器件插入顺序的不同而发生变化。面对各种各样不同的生产计划和控制问题，可以采用层次分解方法予以解决。基于设备的数量（一台或者多台）和电路板的类型（一种或者多种）的等级分类方法能够方便解决PCB装配的优化问题。
    
    　　在生产过程中管理和决策的最高层次是如何实现合理的资源调度问题，在此层次上要决定如何操作设备以生产出不同的PCB组件（通常是怎样实施周生产计划）。接下来的一级层次包括编组和生产流水线的平衡问题。为了能够解决生产流水线的平衡问题，所面临的挑战之一是当生产单一PCB的时候，要能够合理平衡不同设备之间的工作量。为了解决编组的问题，应将目标瞄准降低调整所需的时间，通过对一个常规的供料装置进行设置来满足几个不同的产品的生产需要。最底一层是操作层，它所面对的是单一设备的优化问题。
    
    　　这些问题相互关联，所以要求从解决简单问题入手来最终解决复杂的问题。举例来说，当解决编组问题的时候，操作者必须先使供料器的配置最优化，以满足整个编组的使用要求，并对每块电路板的插装顺序进行优化。同样，操作者需要解决产品的编组问题，以使它们的进度控制更加有效。由于单一设备的最优化问题处在最下层，所以每当解决任何一项更高一层级的问题时，它们首先应被解决好。
    
    　　目前在国外普遍使用的分析法是从柔性化制造系统(flexible manufacturing systems 简称FMS) 的生产计划问题入手，它将问题按等级进行分解，使之成为若干个便于控制的子问题。采用这种研究方法的主要原因之一是原始问题太复杂所以无法在一个较为广泛的范围内进行解决。在同一时间内解决掉每一个子问题是比较容易的。通过成功地解决这些子问题以后，那么较为广泛的问题也就能够迎刃而解了。诚然，即使所有的子问题全部被成功地解决掉的话，这种解决方式就整体来说也不可能是最优的。但是，这种方式对于解决装配优化问题来说，是一种可行的和通用的方法。目前大多数的生产计划软件系统，不是采用这种方法还是采用那种方法，都离不开层次分解技术。
    
    　　就常规而言，用于解决装配问题的层次分解等级分类法包含有几个步骤。战略级或者说长远的计划涉及到最初的研究开发和随后生产环境的扩展。战术级或者说中期计划决定设备生产各种各样产品能力的格局配置，所有随之而生的需求要予以满足。操作级或者说短期计划归属于生产车间的活动范畴，上一层次的战术决策应充分予以考虑。
    
     1. 层次等级的分类
    
    　　通常来说，PCB的装配问题可以按照所采用的不同的板的类型（一种或者是多种）以及设备（一台或者是多台）来进行分解。下面分别予以说明：
    
    　　a.一种PCB类型和一台设备的装配优化（代号1-1）
    
    　　一种PCB类型和一台设备（代号1-1）类问题包括单台设备的装配优化问题，这里目标是将设备的操作时间降低到最少的程度。对这一类的问题来说可以进一步展开为下面四个子级的问题：
    
     1、供料器的准备安排问题，它涉及到如何将元器件合理分配到供料器的狭槽中。
    
     2、贴装顺序（或者说插装次序）问题，它涉及到合理确定电路板上元器件操作的顺序。
    
     3、管嘴的分派问题，它涉及到为了满足贴装工作头的需要进行工具的变更工作。
    
     4、如果可供分配的供料槽多于一个的情况下，元器件的补偿问题涉及到哪一个供料槽要分配元器件。
    
    　　b.多种PCB类型和一台设备的装配优化（代号M-1)
    
    　　对于M-1类问题所包含的优化策略是要满足采用一台设备装配多种PCB类型的需要。有两种方式可以降低设置的时间。首先牵涉到降低对供料器设置的时间。其次牵涉到降低需要进行设置的供料器数量。为了满足后面所说的这种情况，设置策略可按如下所述进行分类：
    
     1、惟一性设置策略：考虑在某一时间一块电路板和具体的元器件供料器的排列情况以及贴装的顺序，进行惟一性设置，以便贴装的时间可以减少到最小限度。当在大批量生产的环境下，处理一个单一产品和一台设备的时候，这是一种普遍采用的策略。
    
     2、多种类设置策略：电路板按照顺序进行排列和对供料器进行优化分配可以最大限度地降低总的元器件设置时间。按照这种思路，仅当要求装配下一种电路板的时候才对供料器进行变更。一般情况下，相似类型的产品按照顺序进行生产，所以仅产生很少的转换时间。
    
     3、集群设置策略： 将相似的产品组成一个集群，设置工作只要求在不同的集群之间进行。于是一个集群中的任何一块电路板能够在不进行变更元器件设置的情况下进行生产。因为对于特殊的电路板来说，贴装时间一般大于惟一性设置策略，一些生产效率可能在不察觉的情况下被损失掉。然而，这可以通过降低设置操作的频率来进行补偿，补偿在设备速度方面的损失，尤其是在高度复杂、产量较低的产品生产上。
    
     4、局部设置策略：当从一种产品转换到另一种产品的时候，需要对电路板进行重新排序和对一台设备上的供料器的子集进行变更。因为目标是将转换的时间降低到最小的程度，局部的设置策略价于惟一的设置策略（这时仅考虑个别PCB的转换时间为最小）和最少设置策略（这时仅考虑每一块PCB转换时间为最小）之间。
    
    　　c.一种PCB类型和多台设备的装配优化(代号1-M)
    
    　　对这类问题主要关注于将元器件合理分配给顺序排列的插装设备，在同一条生产线上通常目标是平衡设备的工作量（这是为了能够消除掉生产过程中的瓶颈现象）。
    
    　　d.多种PCB类型和多台设备的装配优化（代号M-M）
    
    　　对这一种类或者说生产排程问题通常集中在对生产线上的工作进行合理的分配，它包括路线安排、划分数量以及在生产线之间平衡工作量，同样也涉及到生产线的顺序安排。 采用等级分类方式的主要优点在于它容易发现问题的所在，以及寻找到适当的和有效的途径来解决它们。此外，这种方法也对解决实际问题提供了强有力的支撑。它对一个生产计划体系来说，是一个最基本的基础性工作，它的优化工作是通过将每个子问题进行分解并予以优化后而获得的。在计划和执行两个方面的软件系统可以提供良好的效果，可以满足电子制造商的使用要求。(末完待续)