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1、印制电路板组装工艺决策系统研究齐崇张振明田锡天贾晓亮西北 工业大学与制造工程软件研究所,西安摘要研究了系统读取印制电路板装配工艺信息的方法 对三种元器件描述方法进行了比较,选用 了物料清单与元件库相结合的元器件描述方法,建立了元器件库建立了印制电路板装配工艺参数库,并在此基础上实现了印制电路板装配工艺决策系统。关键字工艺决策装配工艺,一,一叩币,引言在印制电路板组装生产 中,减 少 生产 准备时间 是提高生产率的关键之一,其中很重要的是通 过缩短印制电路板的装配工艺规程准备时间来实现 的。印制电路板的装配工艺规程包含有工 艺流程、机器设备、工艺方法等重要 的工 艺信息,是保证整个 印制电路组装
2、生产顺利进行不可缺少的工艺手册和指南,翎。过去,印制电路板的装配工艺规程的生成都是用 手工完成的,工艺人员依据自身的经验,参照以前类似的印制 电路组 装产品的制造规程,从中选取所需要 的工艺信息进行拷贝、粘贴,最后再作一些手工补充输人和编辑修改工作。这样一是速度慢,重复工作二是手工生成 的产品制造规程易出错三是产品制造规程工艺文件的质量差异大,不稳定,不 利于印制电路板的装配工艺规程 的统一和标准化。因此,开发能迅速方便地生成产 品制造规程 工艺文件已成为 电子装配迫 切需要解决的关键问题之一,圳。系统构成印制 电路板工艺决策系统利用工艺知识库 中存储的知识,结合用 户交互式输人 完成印制电路
3、板 装 配工 艺编制具体完成如下任务印制电路板与元器件信息 的获取与识别、安装方法与安装顺序 的选择,工艺路线的制定与装配工序工艺参数确定。系统的结构见 图。印制电路板装配工艺信息获 取模块规 则匹配 与执行工艺 卡片印制 电路板装配工艺 知识库图印制电路板工 艺决策系统构成印制电路板装配工艺信息获取电装工艺员在进行工艺过程设计时首先要获取印制电路板的组装工艺信息。印制 电路板组装工艺信息主要包括两部分内容 印制电路板自身的工艺特性以及 印制 电路板上 的电子元器件信息。印制电路板信息获取影响 电装工艺师进行工艺编制的印制电路板的信息主要包括印制电路板 的层数、材料、厚度、长度、宽度 等。获取
4、印制 电路板信息的最理想方式是直接读取印制电路板的设计文件,这种方式不仅准确性高,而且避免了电装工艺人员 重复输人印制电路板的设计信息,提高了工艺编制的效率但是,目作者简介齐崇硕士研究 生。研究方 向 为即、制造信息化。抢少川机电一体化前 印制电路板设计部 门所采用的系统类型众多,很难统一。考虑到系统需要获取的印制电路板信息种类不多,而且 电装工艺师很容易从文件 中识别出这些信息,本着先进性与实用性相结合的原则,本文的电子装配系统采用 交互式输入印制电路板信息。表是采 用电装工 艺知识表示语言描述 的印制电路板信息获取方法。表印制电路板工艺信 息获取方法对象类结论印制电路板组装工艺方法名称印制
5、电路板工艺信息获取前提“请输人印制电路板层数”“请输人印制电路板厚度”“请输人印制电路板材料”而“请输人印制电路板长”“请输人印制电路板 宽”民印制电路板,麟,印制电路板装配元件信 息获取与识别除印制电路板的信息外,另一个影响工艺路线制 定的重要因素是 印制电路板上 电子元器件的类型以及分布状态。在印制电路板组装制造业 中,工艺工程师们目前仍然较多地依赖于元器件供货商提供的实物样品,对元件信息的获取仍然是主要采用 目视观察和人工查找资料手册 的方法,然后在头 脑中还原重建产品的设计要求,凭借自己的经验进行工艺过程设计与决策。这样整个工艺过程设计的前期准备工作的时间很长,而且易发生错误和遗漏,缺
6、乏全面考虑和优化。这与产品越来越快的更新换代速度不相适应。元件信息获取的自动化是整 个印制电路组装 制造业 中包括工艺人员在 内所有技术人员的迫切需求。基于的工艺 特点,元件信息的描 述方法 应具有以下几个要求单义性。对元件信息的描述准确简明,无歧义或 多义,能够为工艺过程设计系统提供完整可靠的所需信息。简易性。描述方法简单明了,便于用 户理解、掌握和使用。灵 活性。便于用户根据实际需要进行系统的编辑和扩充。三种元件描述 方法的比较为了满足元件信息描述系统的要求,在实际生产 中,常采用下 面几种元件信息的输人方法,即物料单毋。哟方法,元件库方法以及方法比物料单方法通常物料单中有 一“描述”栏,
7、它包含了简单扼要 的元件信息描述,一般有元件 的封装结构、电气特征值、电气参数和引脚数目等。由于工艺决策系统只要求根据元件信息进行组装工艺路线设计,因此,在此系统中可以采用直接读人物料单中元件描述栏 中封装结构、引脚数目等信息的方法来实现元件信息的获取。然而,采用这种方法还不 能满足构成一个 完整 的集成化工艺决策 系统需要,这 是因为物料单中元件的信息描述十分简略,仅仅是对元件整体特征 的大致描述,至 于外形尺寸、引脚 间距和质量 等具体信息是无法直接从物料单中的元件描述一栏中得知的因而,采用 这种 元件信息输人 方法无法获得进行元件安装程序设计等具体工序设计所需 的元件信息元件库方 法构造
8、 一个企业 常用元件信息数据库元件库,将元件的封装结构、外形尺寸、引脚 间距、质量、材料和电气 特征值等进行工艺过程设计所需 的全部元件信息都存放在此元件库中,通过元 件编号进行索引和查询。在进行工艺过程设计的时候,依次读人物料单 中元件的编号,在元 件库中进行查 询,再根据具体工 艺设计的要求,从 中取出所需 的元件信息,进行下一步工艺设计。与集成法与集成是元件信息自动获取最理 想的方法,也为 实现的集成 提供了 可能性。在 一个典型的生产环境中,元件放置、元件 贴片、焊接、检验和测试等各项 工艺过程都需要用到提供的数据,但由于 目前电子行业的平 台很不统一,数据也没有一个标 准的格式,而且
9、文件 中的元器件信息通常不包括该元器件的安装方法,安装方法仍然需要系统来判定,因此采用使此种方法亦难以付诸实施。通 过对以上种元件描述方法 的分析与比较,电子装配系统采用物料单与元器件库方法相结合,对元器件信息进行描述。在进行工艺决策的过程 中,系统首先从物料清单中读取所有 的元器件信息,并从 中获取对工艺决策过 程有用 的信息,对于从元件清单中无法 获取的信息如安装方法等,可以从元器件库中获取。物料清单的读取通常,上述 的物料清单为文件或文件,考虑到其表格 的格式可能会根据企业标准化部门的要求发生 一些变化,为保证表格格式发生变化后仍然能够准确读取元器件信息,并且无需对工艺决策系统的主程序进
10、行改动,系统采用模块化的思想,将读取物料清单的程序独立于系统之外,在物料清单格式发生变化时,只需修改物料清单读取程序,而无需改动主程序,易于 系统维护。工艺决策系统在进行工艺决策时首先调用此模块。本 系统所描述 的工艺决策 系统采用编程技术,将文件中的元器件信息读人中间文件,通过 中间文件与主程序交换数据。为了实现这个过程,系统设计了两个命令字和。命令字用来调用物料清单识别程序,生成中间文件命令字用来从中间文件中将元器件信息读人决策系统。表是某企业某一种型号印制电路板装配用元器件表只包含部分内容且代号已做脱密处理。机电一体化加。面蜘面丽啪画吻睑翻毗骊面涵痴吻痴滋戚巍翻如面面俪滋痴翻翻涵面呀妞目
11、恤愈表物料清单元件表项 目代 号代 号名称和型号数量安装位置一一一一一一一刁运算放大器麟运算放大器比较器比较器比较器担电容器一一卜担电容器一一卜袒电容器一一卜担电容器一一卜担电容器一一卜格按照标准化规定进行物料单的编写,其模板必须采用工厂标准化部门定义 的模板,并且表格的列数、每一列对应 的元 器件属性字段都必须符合标准化要求。这一点是保证元器件信息正确识别的基础。工艺决策过 程 实现工 艺主要存 在种 基 本的安 装 方 法表面贴 装、通孔插装以及两种方法的混合装配。每一种安装方法都有其对应的工艺流程,据此工艺决策系统将工艺路线 设计任务划分成个子任务安装 方 法 与顺序的选择、安装方法 的
12、工艺 流程设计以及工序级工艺决策。安装方法 与安 装顺序选择首先,根据印制电路板元器件分布情况确定 印制电路板是单面装 配还是 双面装 配进 而,对于单面装 配确定是使用表面贴装还是使用通孔插装或是两 种方法混合使用,并给出使用 两种方法的先后顺序,双面装配 则还需要考虑印制电路板两个面的装配顺序。安装方法 与顺序的选择任务 为工艺决策 系统生成一个粗略的工艺路线框架,不考虑具体每一种安装 方法内部的工艺流程设计。图是决策过 程。与工艺流程决策每一种安装方法其内部 的工艺流程 大体是固定的,但是由于印制电路板装配信息各不相同,每种工序又 可以采用不同的方法。表面贴装工艺决策其决策过程见 图。通
13、孔插装工艺决策插装子工艺路线 适 用 于通孔插装类电子元器件的装配,其设计过程较贴装的工艺 流程设计简单,主要是进行焊接方法 的选择。其决策过程见图。工序级工 艺决策工序级工艺决策就是根据系统已生成的工艺路线,对工 艺路线 中的每一道工序调用其对象类下 的方法,完成工序的详细设计,给出每道工序的工艺参数。由于工艺路线的灵活性不大,可能的变化情况 不 多,所以工艺路线层的工艺决策过程所用 到 的知识量在整 个工艺设计过程占用 的比例并不是很大。而工序级工艺决策则不同,由于电装 工序的工艺参数选择非 常复杂,要考虑的 因素包括印制 电路板基板、元器件特性、所用的组装设备等,存在 的情况很多,因此工
14、序级工艺决策所用到 的知识在整个工艺决策 系统所用知识中 占很大比重。工序级工艺决策知识的多少决定着工艺决策系统的好坏,搜集、整理、存储的工艺 知识越多,系统生成的工艺规程准确性就越高。进行工序级工 艺决 策首 先需要明确每一 种 电装 工序需 要确定的工艺参数,继而搜集相关知识,并对其进行分类整理,确定每一种电装工序工艺决策所需的知识,录人系统知识库,为元器件库的建立为对元器件进行详细描述,电子装配系统针对企业常用的电子元器总结出元器件的属性,建立元器件库。元器件主要的的属性如下元器件编号、名称、电气特征值、安装方式、封装结构、引脚数目、引脚间距引脚长宽、外 形尺寸、焊接要求、电气参数、质量
15、、包装、生产厂家、备注。元器件可以采取完全收工录人 的方式,也 可以从电子系统如等的元器件库中导出企业 常用 的元器件到系统 的元器件库,然后再由人工 录人能起决策作用的信息。通过上述方法完成对 印制电路板元器件 的识别后,需要对这些元器件信息进行整理,生成一些统计信息,从整体上描述印制电路板元器件信息进行 总体描 述,并将这些信息存人系统,以便为系统后续的工艺路线安排 与工序详细设计提供信息。这些统计信息见 图。印印制电路板上元器件信息息面元器件分布布布面元器件分布布插插装元件件件贴装元件件件插装元件件件贴装元件件元件元件插插插插引引引贴贴贴引引引引引引所所所插插插引引引贝占占占引引引引引引
16、所所 装装装装脚脚脚装装装脚脚脚脚脚脚有有有装装装脚脚脚装装装脚脚脚脚脚脚有有 兀兀兀兀总总总兀兀兀数数数间间间封封封兀兀兀总总总兀兀兀数数数间间间封封 件件件件数数数件件件量量量距距距装装装件件件数数数件件件量量量距距距装装 总总总总总总总数数数最最最最最最结结结总总总总总总数数数最最最最最最结结 数数数数和和和量量量大大大小小小构构构数数数和和和量量量大大大小小小构构 值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值值图印制电路板元器件装配信 息构成命令字完成这些信息的生成,并把数据写人工艺对象的对应字段中对照关系见附录,供后续的决策过程调用。需要说明的是,为保证系统能够正确地对元器件信息进行识别,物料单元件清单的编写必须规范化,设计部 门应该严机电一体化面面面画面面画画面面函印印制电路板组装装插插装工艺艺艺贴装工艺艺艺贴装工艺艺路路线设计计计路线设计计计路线设计计面贴装装插插装工艺艺艺艺艺艺艺艺艺艺路路线设计计计面贴装装装装装装装装装装装装装装装装面贴装装装面贴装装面贴装装装装装装装装装装装装装装面贴装装装面贴装装面贴装装面贴装
