印刷电路板多品种组装的工具切换优化问题研究

Printed circuit board (PCB) assembly is a key process of electronic industry. The environment of electronic industry is high-mix and low-volume, i.e., multiple PCB types. How to improve the production efficiency and optimize the scheduling of the whole PCB assembly, are the most important things for electronic manufactruing enterprises. With the development of new production technology - - interchangeable feeder trolley, nozzle setups become the new bottleneck in the multiple types of PCB assembly. In this project, a series of optimization models in PCB assembly are formulated, with the consideration of nozzle setups and the versatile nozzle. Furthermore, based on modern optimization theories and technologies, the problem-dependent heuristic algorithms are designed in order to minimize the makespan. Numerical analysis is then conducted to prove the effectiveness of the proposed heuristic algorithm. This project is one of the advancing research directions in the PCB assembly, and provides optimization models and heuristics algorithms for electronic manufacturing enterprises to improve their production effiency. Meanwhile, this project also enhance the research of classical tool swiching problem.

印刷电路板（printed circuit board，PCB）组装是电子信息制造业的关键工序。目前，PCB组装业面临着多品种小批量的生产环境。如何提高生产效率，实现组装过程的最优化调度是PCB组装优化研究的核心问题，也是电子制造企业关注的重点。随着新生产技术- - 整体切换台车的出现，吸嘴切换在多品种PCB组装中成为新的瓶颈。本研究首次考虑吸嘴切换及吸嘴的多功能性，对多品种PCB组装优化问题建立一系列运营优化模型。利用现代优化理论及技术，探究设计面向问题特点的启发式算法来优化PCB组装的总完工时间，并通过实证分析证明算法的有效性。本研究是PCB组装优化问题的一个前沿方向，具有重要的学术价值；而且可以为电子制造企业的PCB组装调度提供基础的优化结构框架与算法设计，以期提高实际生产效率。同时本研究也为柔性制造中经典的工具切换问题的深入研究提供了一定的理论基础。

今天的电子信息产业已经是一个非常发达的全球性工业。残酷的全球竞争和迅速的技术发展使得电子产品品种多样化、复杂化，与此同时电子产品生命周期也在缩短。因此，印刷电路板组装业面临着多品种，小批量的生产环境。如何提高生产效率，如何实现印刷电路板组装全过程的最优化调度是印刷电路板组装企业最为关注的重点。工具切换问题是柔性制造中的一个经典问题。目前对多品种印刷电路板组装优化问题的研究主要集中在传统瓶颈元件切换上。由于新生产技术整体交换台车的出现，吸嘴切换取代了元件切换成为多品种印刷电路板切换的新瓶颈。针对此问题，本研究为多品种印刷电路板组装优化问题建立了递进式的模型组。首先以总完工时间最小为目标，提出了基于相似度最大化的印刷电路板组装工具切换问题。采用成组技术为多品种印刷电路板进行分组，改进了解决席位公平分配问题的增量法对组内印刷电路板纯生产时间进行最小化，在此基础上对组间印刷电路板吸嘴切换时间进行最小化。随后提出了基于工具柔性的印刷电路板组装工具切换问题，将元件嘴分配子问题看成多元弱组成问题，从而减少吸嘴自动切换次数和手动切换次数。最后，利用吸嘴与元件之间的对准关系，借鉴具有相似特性的车辆路线问题对印刷电路板组装取件问题进行优化。本项目利用现代优化理论及技术，设计面向问题特点的启发式算法来优化印刷电路板组装的总完工时间，并通过实证分析证明算法的有效性。本项目为解决新生产技术下产生的电子制造企业的印刷电路板组装调度新问题提供了基础的优化结构框架与算法设计，以期提高实际生产效率。