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表面组装生产过程中PCB组装时间优化问题研究

刘海明

  在电子产品制造过程中,利用先进的优化技术对生产线及其设备进行合理调度和优化控制,是提高生产效率和资源利用率的重要方法。因此,探索和研究表面组装生产线及其关键设备——贴片机优化运行的相关理论问题及优化方法,具有重要的理论意义和应用价值。 本论文以电子制造过程中的表面组装生产为研究背景,研究了表面组装生产过程中的PCB板组装生产时间优化问题。该优化问题涉及多个优化子问题,这些问题之间高度关联,使得整个优化问题非常复杂和难以求解。因此,如何根据具体的生产情况有针对性地研究优化问题、建立问题数学模型和设计有效的求解算法,是本文研究的主要内容。论文的研究主要集中在以下几个方面: 1.对表面组装生产过程中的优化问题进行综述研究。论文对目前有关表面组装生产优化问题的研究内容、思路和方法进行了系统的分析、分类、比较和总结,将表面组装生产过程中的优化问题划分为不同层次的生产线优化问题,并对各个问题进行了较深入的分析和探讨。 2.研究了单机PCB板组装时间优化问题及其求解方法。论文首先指出了传统求解方法中存在强约束条件的不足之处,对约束条件放宽了限制;然后,将单机优化问题分解为喂料器分配问题和元件拾贴顺序问题两个优化子问题,并分别研究两个子问题的数学模型和求解方法。在此基础上,通过对两个子问题间关系的分析研究,分别提出了基于启发式搜索的优化算法以及基于伞布搜索的优化算法用于综合求解两个优化子问题,从而获得整个优化问题的近似最优解。实验数据表明,前者具有运算速度快、优化效果较好的优点,后者则能够获得更优的优化结果,但运算时间较长。 3.研究了小批量多类型生产环境下的PCB板组装生产调度问题及其求解方法。在分析影响PCB板组装生产时间的主要因素之后,论文针对此类生产环境建立了以最小化贴片机调整时间为优化目标的数学规划模型。该优化问题具有旅行商问题(TSP)的特点,属于NP完全组合优化问题。论文采用三种不同的算法来求解问题,确定各类PCB板的最佳组装顺序。论文通过数值实验对各种算法的优化性能进行评估和比较,实验数据表明,具有进化搜索特性的伞布搜索算法对问题具有良好的优化效果,适用于该类优化问题的求解。 4.研究了多机流水生产线的负荷平衡优化问题及其求解方法。论文首先针对该优化问题的求解难度及相关观点进行了剖析,确定了问题的基本研究思路;然后,根据生产特点及优化问题的特点建立了线性整数规划模型,并分别设计了启发式算法以及伞布搜索算法来求解问题,用于确定流水生产线中各贴片机的组装任务分配方案。数值实验对算法的可行性和有效性作了验证,数据表明前者能够获得问题的较好解,而后者能够得到更优的优化结果,特别是在问题规模较大时优化效果更为明显。 最后,本文在总结现有研究成果的基础上,提出了一些值得思考和继续探索的问题,并对表面组装生产优化问题的未来研究作了展望。 本课题来源于国家自然科学基金重点项目“面向精密电子组装生产线的关键视觉检测与优化控制问题”(资助号:60835001)和国家自然科学青年基金项目“表面贴装中的生产优化与调度方法研究”(资助号:60804053)。……   
[关键词]:表面组装生产;设备优化;生产调度;负荷平衡;优化算法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华南理工大学2010年
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