摘 要:從介紹電子行業(yè)的發(fā)展歷史開(kāi)始，提出電子行業(yè)的生產(chǎn)具有“多批次小批量”的特點(diǎn)。針對(duì)SMT行業(yè)的這種特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)一套適用于柔性制造的排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)，重點(diǎn)按照軟件開(kāi)發(fā)的流程介紹了本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程。首先詳細(xì)分析系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程并提出具體的軟件設(shè)計(jì)方案，接著把系統(tǒng)劃分成四個(gè)子模塊并分別介紹每個(gè)子模塊的功能，最后介紹開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)使用的開(kāi)發(fā)工具。

關(guān)鍵詞:柔性制造;排產(chǎn)優(yōu)化;SMT;設(shè)計(jì)方案

中圖分類(lèi)號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)05-168-03

Scheduling Optimization System for Flexible Manufacture

SHEN Zhenfang1，HUANG Zhanwu2，SONG Qian2

(1.No.54th Research Institute，China Electronics Technology Group Corporation，Shijiazhuang，050081，China;

2.The Electrical CAD Institute，Xidian University，Xi′an，710071，China)

Abstract:This article begins with introducing the history of electronics industry whose charicteristics are ″small batch″and″more batches″.A special scheduling optimization system is developed according to the industry′s special characteristics.Focused on the development of the sub-system according to the standard developing process of software.An analysis of the bussiness process and a method to design the software are firstly indicated in detail.Then the system is divided into four sub-modules and each of these sub-modules′ function are presented.Finally the development tools are generally introduced.

Keywords:flexible manufacture;scheduling optimization;SMT;design scheme

0 引 言

電子行業(yè)作為一個(gè)20世紀(jì)中期才產(chǎn)生的新興行業(yè)，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、管理方法等方面都走在科技前沿。從電子產(chǎn)品的制造來(lái)說(shuō)，由于電子產(chǎn)品更換快的特性，及其“多批次小批量”的生產(chǎn)模式?jīng)Q定了電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與其他產(chǎn)品的生產(chǎn)有著不同的管理模式[1]。SMT(表面組裝技術(shù))車(chē)間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)是柔性制造平臺(tái)的子系統(tǒng)，是對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上物料的調(diào)度與分配。由于批量小、批量不等、產(chǎn)品多樣化等因素的影響，生產(chǎn)線(xiàn)的組成和負(fù)荷情況會(huì)經(jīng)常變化。為了減少閑置時(shí)間、節(jié)省勞力，在組裝產(chǎn)品變化時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以便提高生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率。SMT車(chē)間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)這一特點(diǎn)，通過(guò)采集計(jì)劃管理軟件和物料管理軟件中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，從多種“可行”的方案式中選出一個(gè)“最優(yōu)”的，形成優(yōu)化的車(chē)間排產(chǎn)方案[2]。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

SMT車(chē)間排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)是將SMT車(chē)間的生產(chǎn)計(jì)劃細(xì)化為具體的生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程，即對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的流程、設(shè)備、計(jì)劃定單細(xì)化為生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程，形成優(yōu)化的車(chē)間排產(chǎn)方案。通過(guò)從計(jì)劃管理軟件和物料管理軟件中所獲得的數(shù)據(jù)，從多種“可行”的安排方式中選出一個(gè)“最優(yōu)”的排產(chǎn)方案。本系統(tǒng)采取一種包括多個(gè)優(yōu)化級(jí)的分層優(yōu)化模型來(lái)處理此優(yōu)化問(wèn)題，該優(yōu)化模型分為三個(gè)不同的優(yōu)化層次，生產(chǎn)線(xiàn)之間的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化、生產(chǎn)線(xiàn)級(jí)優(yōu)化、組裝設(shè)備級(jí)優(yōu)化。如圖1所示。

圖1 三級(jí)優(yōu)化模型

系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化主要是處理多條生產(chǎn)線(xiàn)之間的配置、工作流程優(yōu)化?？梢圆捎媒⒔M(群)的方法，通過(guò)工作任務(wù)分組編排和合理分配來(lái)協(xié)調(diào)各生產(chǎn)線(xiàn)的工作任務(wù)。此處的分組是以該任務(wù)組中的不同產(chǎn)品所需組裝的元器件基本相同為分組依據(jù)。這樣，在同組產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)時(shí)，根本不需要調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)與配置，或者是使需要調(diào)整的可能性和調(diào)整時(shí)間最小化。圖2是多工作任務(wù)分組編排和分配的示意圖。它將SMT組裝系統(tǒng)所承擔(dān)的多個(gè)產(chǎn)品組裝工作任務(wù)進(jìn)行分組，并將其分配到各條生產(chǎn)線(xiàn)。最終達(dá)到的理想情況是一條生產(chǎn)線(xiàn)只分配到一個(gè)組的工作任務(wù)。

圖2 多工作任務(wù)分組編排與分配

生產(chǎn)線(xiàn)級(jí)的優(yōu)化是通過(guò)預(yù)先選擇合適的工作順序以便使產(chǎn)品組裝時(shí)間最小，以及因產(chǎn)品變更而要調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備時(shí)需要的時(shí)間最小。可以考慮使用的優(yōu)先調(diào)度規(guī)則有:SPT(Shortest Processing Time)法則、MWKR(Most Work Remaining)法則、EDD(Earliest Due Date)法則、SST(Shortest Slack Time)法則、SCR(Smallest Critical Ratio)法則。

組裝設(shè)備級(jí)的優(yōu)化主要是單臺(tái)設(shè)備的優(yōu)化問(wèn)題。由于SMT生產(chǎn)線(xiàn)的速度是由貼片機(jī)決定的，所以組裝設(shè)備級(jí)的排產(chǎn)優(yōu)化主要是針對(duì)貼片機(jī)的。首先決定貼裝軌跡路線(xiàn)，然后建立貼裝順序。圖3為SMT生產(chǎn)線(xiàn)貼片機(jī)物料分配及調(diào)度優(yōu)化原理框圖。

圖3 貼片機(jī)優(yōu)化原理圖

其中從CAD文件中獲得的數(shù)據(jù)有:PIK(貼裝文件)、BOM表和各類(lèi)元器件的典型貼裝時(shí)間。PIK文件中包括元器件在PCB上的貼片位置坐標(biāo)，BOM表給出貼裝工藝提供了所需要的元器件規(guī)格、種類(lèi)和數(shù)量等信息。最終的輸出結(jié)果包括每臺(tái)貼片機(jī)的元器件分配表，和每臺(tái)貼片機(jī)的供料器位置、元器件貼裝排序表及PCB最終貼裝路徑圖等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 開(kāi)發(fā)工具選擇

生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用的Visual C++ 6.0版平臺(tái)，Visual C++微軟公司出品的高級(jí)可視化計(jì)算機(jī)程序開(kāi)發(fā)工具。他提供了一套開(kāi)發(fā)環(huán)境，這種可視化編程環(huán)境可以令程序員花更多精力在程序功能的實(shí)現(xiàn)上，而不是底層的建設(shè)上，這就大大加快了程序開(kāi)發(fā)速度和效率，這也是Visual C++一個(gè)顯著的特點(diǎn)。利用Visual C++編譯出的程序空間小，運(yùn)行快，比其他的編譯工具編譯出的軟件占據(jù)較多優(yōu)勢(shì)[3]。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)需求分析，排產(chǎn)優(yōu)化系統(tǒng)可分為四個(gè)子模塊:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、生產(chǎn)排產(chǎn)、生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化、路徑優(yōu)化。其功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 功能結(jié)構(gòu)圖

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊的功能是對(duì)貼片機(jī)的參數(shù)、生產(chǎn)線(xiàn)信息、訂單信息進(jìn)行添加，修改和刪除操作。為排產(chǎn)優(yōu)化、生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化和路徑優(yōu)化提供基礎(chǔ)。貼片機(jī)的參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示。

圖5 貼片機(jī)參數(shù)設(shè)置界面

生產(chǎn)排產(chǎn)模塊的功能是將現(xiàn)有的訂單在現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行排產(chǎn)，在多個(gè)可行的執(zhí)行方案中選擇“最優(yōu)”的一個(gè)。排產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)界面如圖6所示。

圖6 生產(chǎn)排產(chǎn)界面

生產(chǎn)線(xiàn)優(yōu)化模塊的功能是計(jì)算特定產(chǎn)品在特定生產(chǎn)線(xiàn)上的工作順序，節(jié)省調(diào)整生產(chǎn)線(xiàn)的時(shí)間。實(shí)現(xiàn)效率優(yōu)化。路徑優(yōu)化模塊的功能是從CAD文件中獲得PCB板的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)貼片機(jī)型號(hào)，所貼元器件種類(lèi)及貼片速度，利用優(yōu)化算法及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，最后將元器件分別調(diào)度到各臺(tái)貼片機(jī)上，達(dá)到生產(chǎn)線(xiàn)組裝時(shí)間最小和生產(chǎn)平衡。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)SMT行業(yè)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一個(gè)適用于“小

批量多批次”的排產(chǎn)優(yōu)化平臺(tái)。根據(jù)SMT的生產(chǎn)流程，把優(yōu)化過(guò)程分為三級(jí)，從而有效節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。由于本系統(tǒng)的參考模型是54所的生產(chǎn)線(xiàn)，所以運(yùn)用到整個(gè)行業(yè)中可能會(huì)有不夠普遍的地方，這些不足會(huì)在以后的工作中進(jìn)行改進(jìn)，使系統(tǒng)逐漸完善。

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