一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法技术

本发明专利技术涉及一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度领域。本发明专利技术通过印刷电路板表面贴装生产线的调度过程建立析取规划模型并确定优化目标，使用基于改进的正余弦算法的优化调度方法对目标进行优化；印刷电路板表面贴装生产线调度问题用析取图G＝(N,A,E,Re)表示，析取规划模型依据每种PCB在每台贴片机上的工序数、加工时间和各PCB在各贴片机上的加工次序约束在析取图中的描述来建立，优化目标为总加权延误时间。本发明专利技术能提高贴装效率12％～20％，可降低工厂的生产成本，能极大地满足客户的需求，提高工厂的经济效益和信誉的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法
本专利技术涉及一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度领域。
技术介绍
印刷电路板(printedcircuitboard,PCB)，的组装系统又叫表面贴装组装系统(SurfaceMountedTechnology,SMT)，是在印刷电路板或基底表面上印制贴装电子元器件的一种电子组装工艺技术，作为重要的电子连接件，PCB几乎用于所有的电子产品上，被认为是“电子系统产品之母”，它的技术变化及市场趋势成为众多业者关注重点。贴片机是表面贴装技术的实现形式，已经被广泛应用在电子组装生产线中，贴片机是整个生产工艺的核心技术，其生产速度直接影响到工艺的效率。针对印刷电路板表面贴装生产线，应该满足以下条件，一是尽量保证多个贴片机能够同时贴装元器件；二是每个供料器中只存放一种类型的元器件；三是可以直接贴装元器件，若需要则要到上视相机处利用图像修正贴装位置，一般对于BGA封装的元器件需要位置修正保证贴装精度；四是减少换吸嘴头的时间。印刷电路板表面贴装生产线的调度过程是一类复杂的可重入作业车间调度问题。因此，优化元器件贴装工艺、缩短贴片机的贴装时间具有极其重要的现实意义和工程价值。在实际的生产流程中，贴片时间过长，将导致电子印刷版上的焊膏失效，元器件贴装效果变差，严重影响产品的质量；而缩短工艺时间可以明显改进上述不足。目前，优化算法主要分为两种；一种是已知供料器位置的情况下优化贴装顺序，另一种是元器件贴装顺序固定的情况下优化供料器排列位置。常用的方法是对两种情况分别建立元器件贴装顺序优化数学模型并计算最优解。常用的算法主要有蚁群算法、遗传算法等，所获得的解往往是局部最优解，限制了生产速度和工艺的效率的进一步提高。本专利技术采用析取规划模型，设计出一种基于改进的正余弦算法的优化调度方法，可在有效时间内获得印刷电路板表面贴装生产线调度问题的近似最优解，从而降低工厂的生产成本且可以极大地满足客户的需求，提高工厂的经济效益和信誉。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对印刷电路板表面贴装生产线的调度问题，提出一种基于改进的正余弦算法的优化调度方法，解决印刷电路板表面贴装生产线加工过程中由于加工排序不当导致的工厂成本浪费，经济效益低及未在交货期内完工引起客户不满等问题。本专利技术的技术方案是：一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，通过印刷电路板表面贴装生产线的调度过程建立析取规划模型并确定优化目标，使用基于改进的正余弦算法的优化调度方法对目标进行优化；印刷电路板表面贴装生产线调度问题用析取图G＝(N,A,E,Re)表示，析取规划模型依据每种PCB在每台贴片机上的工序数、加工时间和各PCB在各贴片机上的加工次序约束在析取图中的描述来建立，优化目标为总加权延误时间；析取规划模型描述如下：其中，N为工序节点的集合，N＝O∪{0}＝{0,1,2,…,TO}，其中O＝{1,2,…,TO}为所有工序的集合，0为虚拟节点，TO＝n×m×r为总的工序数；U(O)为每个PCB的最后一个工序的集合；虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零；A为合取弧集合，合取弧描述同一个PCB工艺路线的顺序约束，为单向；U为尾弧，描述每个PCB最后一个工序指向虚拟节点0，为单向；E为析取弧集合，描述在同一台贴片机上加工工序的前后关系，在调度之前析取弧取向未定，为双向；Re为针对可重入特性提出的重入弧集合，描述同一个PCB在同一台贴片机上的加工约束，为单向；si为工序i的开始加工时间，其中s0＝0；S为所有工序的开始加工时间组成的向量，即决策变量；pi为工序i的加工时间，其中p0＝0；μj为PCBj的最后一个工序；(i1,i2)为有加工约束的弧，即先加工i1，后加工i2；<i1,i2>为方向未定的析取弧，“∨”为逻辑或，描述析取弧中工序的关系；ci、di和ωi分别为工序i所属PCB的完工时间、交货期和延误权重；为PCBj的延误时间，Tj＝max{0,cj-dj}；析取弧取向确定的过程，即为调度问题的求解过程；所述基于改进的正余弦算法的优化调度方法具体为：Step1、种群初始化：按基于操作的编码方式采用随机方法产生初始化种群，直至初始解的数量达到种群规模的要求，确定当前种群中的最优个体G_best；其中，种群规模为NP；令t＝1，a＝2，Max_t＝1000；Step2、种群更新：采用RSOV规则将种群中印刷电路板表面贴装生产线工序排序个体和基于实数编码个体的互相转换；令r1＝a-t(a/Max_t)，采用如下公式更新所有个体，再基于实数编码的个体转为基于工序编码的个体，并评价；其中，r2＝(2π)×Rand,r3＝2×Rand,r4＝Rand，Rand为0至1间的随机数，为第t代种群中的i个个体；Step3、局部搜索：确定当前种群中的最优个体G_best，并对G_best做基于All_Insert的局部搜索，如果局部搜索得到的个体优于G_best则将其替换；All_Insert的局部搜索是随机选择一个工序，将其到所有能插入的位置并评价，选择目标值最好的解作为局部搜索的解；Step4、判断终止条件：如果t≤Max_t，则t＝t+1，并转Step2；否则结束并输出G_best。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种以总加权延误是时间为目标的印刷电路板表面贴装生产线调度问题，建立出基于析取规划模型，并利用改进的正余弦算法能有效减小陷入局部最优解的风险，得到全局最优的PCB贴装顺序的解，实现贴装工艺的优化；本方法能提高贴装效率12％～20％，可降低工厂的生产成本，能极大地满足客户的需求，提高工厂的经济效益和信誉的问题。附图说明图1为本专利技术的整体设计流程图；图2为本专利技术的整体算法流程图；图3为本专利技术的All_Insert邻域结构示意图。具体实施方式实施例1：如图1-3所示，一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，通过印刷电路板表面贴装生产线的调度过程建立析取规划模型并确定优化目标，使用基于改进的正余弦算法的优化调度方法对目标进行优化；印刷电路板表面贴装生产线调度问题用析取图G＝(N,A,E,Re)表示，析取规划模型依据每种PCB在每台贴片机上的工序数、加工时间和各PCB在各贴片机上的加工次序约束在析取图中的描述来建立，优化目标为总加权延误时间；析取规划模型描述如下：其中，N为工序节点的集合，N＝O∪{0}＝{0,1,2,…,TO}，其中O＝{1,2,…,TO}为所有工序的集合，0为虚拟节点，TO＝n×m×r为总的工序数；U(O)为每个PCB的最后一个工序的集合；虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零；A为合取弧集合，合取弧描述同一个PCB工艺路线的顺序约束，为单向；U为尾弧，描述每个PCB最后一个工序指向虚拟节点0，为单向；E为析取弧集合，描述在同一台贴片机上加工工序的前后关系，在调度之前析取弧取向未定，为双向；Re是针对可重入特性提出的重入弧集合，描述同一个PCB在同一台贴片机上的加工约束，为单向；si为工序i的开始加工时间，其中s0＝0；S为所有工序的开始加工时间组成的向量，即决策变量；pi为工序i的加工时间，其中p0＝0；μj为PCBj的最后一个工序；(i1,i2)为有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，其特征在于：通过印刷电路板表面贴装生产线的调度过程建立析取规划模型并确定优化目标，使用基于改进的正余弦算法的优化调度方法对目标进行优化；印刷电路板表面贴装生产线调度问题用析取图G＝(N,A,E,Re)表示，析取规划模型依据每种PCB在每台贴片机上的工序数、加工时间和各PCB在各贴片机上的加工次序约束在析取图中的描述来建立，优化目标为总加权延误时间；析取规划模型描述如下：

【技术特征摘要】
1.一种印刷电路板表面贴装生产线的优化调度方法，其特征在于：通过印刷电路板表面贴装生产线的调度过程建立析取规划模型并确定优化目标，使用基于改进的正余弦算法的优化调度方法对目标进行优化；印刷电路板表面贴装生产线调度问题用析取图G＝(N,A,E,Re)表示，析取规划模型依据每种PCB在每台贴片机上的工序数、加工时间和各PCB在各贴片机上的加工次序约束在析取图中的描述来建立，优化目标为总加权延误时间；析取规划模型描述如下：其中，N为工序节点的集合，N＝O∪{0}＝{0,1,2,…,TO}，其中O＝{1,2,…,TO}为所有工序的集合，0为虚拟节点，TO＝n×m×r为总的工序数；U(O)为每个PCB的最后一个工序的集合；虚拟工序0的开始加工时间和加工时间设定为零；A为合取弧集合，合取弧描述同一个PCB工艺路线的顺序约束，为单向；U为尾弧，描述每个PCB最后一个工序指向虚拟节点0，为单向；E为析取弧集合，描述在同一台贴片机上加工工序的前后关系，在调度之前析取弧取向未定，为双向；Re为针对可重入特性提出的重入弧集合，描述同一个PCB在同一台贴片机上的加工约束，为单向；si为工序i的开始加工时间，其中s0＝0；S为所有工序的开始加工时间组成的向量，即决策变量；pi为工序i的加工时间，其中p0＝0；μj为PCBj的最后一个工序；(i1,i2)为有加工约束的弧，即先加工i1，后加工i2；<i1,i2&am...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱斌，孙在省，胡蓉，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53