基于LabVIEW平台的SMT贴片机路径优化的说研究.pdf - 第7页
湖北工业大学硕士学位论文 写了中国无国产贴片机的历史。 同国外的技术相比我们的差距主要是在控制精度和贴装速度上，这两点的差 距主要是硬件和软件两方面造成的。硬件主要是指由于我们的生产工艺水平比较 低，由此造成的我们的丝杆和其他设施运动时不能完全达到ＳＭＴ系统要求，引起 贴装精度的下降。软件主要是指由于整个系统对实时性要求很高，由于我们在整 个系统的设计上的集成度不高造成从而导致干扰的增加和系统反应时间的增长都 影响了贴装速度。在这两方面…
湖北工业大学硕士学位论文
航空、航天、通信、计算机、医疗电子、汽车、办公自动化、家用电器等行业，
真可谓哪里有电子产品，哪里就有ＳＭＴ。到了２０世纪９０年代，相关产业更是发生
了惊人的变化，片式阻容元件体积缩小到２０世纪７０年代的Ｏ．８８％。片式元件的发
展还可以从ＩＣ外形封装尺寸的演变过程来看，ＩＣ引脚中心距已从最初的１．２７ｍｍ
快速过渡到０．６５唧，０．５ｍｍ和０．４ＩＩｌＩｎ。如今ＩＣ封装形式又以崭新的面貌出现在人
们面前，继塑封有引脚芯片载体和多引脚的方形扁平封装之后又出现了球栅阵列
形的表面封装器件，令人目不暇接。ＩＣ封装电路的趋势如图１．１Ｈ１所示。与元件相
匹配的印制板也从早期的双面板发展为多层板，最多可达５０多层，板面上线宽己
从缩小到０．１５ｍｍ，０．１ｍｍ甚至到０．０５舢。
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图１．１
ＩＣ封装电路的发展趋势
ＳＭＴ用于生产的主要设备一贴片机也从早期的低速秒片、机械对中，发展为
高速秒片、光学对中，并向多功能、柔性连接模块化方向发展。
我国是世界电子产品制造大国，然而仍有不少生产厂采用的是手工生产或半
自动生产，即使采用ＳＭＴ系统生产，也是依靠引进国外设备，价格十分昂贵，这
与我国电子产品制造大国的地位是不相符的，就ＳＭＴ系统优化这一领域而言，在
市场上我们基本上是一个空白。我国贴片机的起步始于８０年代中期，进入９０年
代我国开始引进国外装备并组线应用，但我国ＳＭＴ的科研水平与发达国家相比，
有很大差距，落后主要表现在缺少拥有自主知识产权的尖端技术关键设备依赖进
口。因此对ＳＭＴ关键技术的研究十分必要。
目前，国外生产全自动视觉贴片机的公司有德国西门子，同本的日立、富士、
三洋、松下，韩国三星、ＬＧ，美国ＭＰＭ、环球仪器等公司。
国内的深圳奥特公司
于２００１年５月成功丌发出全视觉多功能贴片机，填补了中国关键设备的空白，改
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写了中国无国产贴片机的历史。
同国外的技术相比我们的差距主要是在控制精度和贴装速度上，这两点的差
距主要是硬件和软件两方面造成的。硬件主要是指由于我们的生产工艺水平比较
低，由此造成的我们的丝杆和其他设施运动时不能完全达到ＳＭＴ系统要求，引起
贴装精度的下降。软件主要是指由于整个系统对实时性要求很高，由于我们在整
个系统的设计上的集成度不高造成从而导致干扰的增加和系统反应时间的增长都
影响了贴装速度。在这两方面中，硬件的因素很难在短时间内得到解决，而软件
的因素却是可以从系统优化方面提高贴装速度。
同时竞争日益激烈、产品投放市场的时间日益缩短、生产周期越来越短、生
产批量越来越小、新技术不断引入，这些是ＳＭＴ行业所存在的不争的事实。提高
产品的市场竞争力，成为刻不容缓的问题。ＳＭＴ系统的优化能让厂家更快的实现大
批量生产和更高的生产量，更快的占领市场。
１．２课题来源、研究意义
课题来源于东莞启微电子有限公司“基于ＬａｂＶＩＥｗ平台的小型ＳＭＴ贴片机的
开发”项目。该项目是在ＬａｂＶＩＥＷ平台上开发小型全自动贴片机运动控制系统，
将ＳＭＴ系统和虚拟仪器相结合，把贴片机仪器虚拟到ＰＣ中，降低了开发周期和开
发维护费用，使得产品的市场竞争力大大提高。
ＳＭＴ的优化系统是计算机技术、通信以及机械技术高度集成的应用。目前ＳＭＴ
系统的优化在我国的应用刚刚起步，目前在这方面还未有ＳＭＴ系统优化标准，ＳＭＴ
系统从运行的平台、工作模式、到数据库、关键算法的设计都有许多不完善的地
方，但是其市场前景广阔。本文对其制造过程中最关键、最复杂的设备一贴片机
的贴装路径优化进行了一定的尝试和研究。研究的重点在于提高基于ＬａｂＶＩＥＷ平
台的贴片机的生产效率，总结归纳出优化原则，使得贴片机在贴装时所需时间最
少，从而在更短的时间内达到更高的产量，以期更快的获得投资利润。
１．３论文体系结构及创新点
目前表面贴装优化的主要内容为如何减少每块ＰＣＢ（电路板）元件的贴装时
间，在多台贴装机上合理分配元件，使初始化时间最少。使用合理的ＰＣＢ板顺序
来减少整体装配时间。这些都是电子工业中诸多方面中的重要问题，必须仔细考
虑每条生产线的特殊性，如容量等等、以至于能满足每一块ＰＣＢ的技术和质量需
求。但是贴片机路径优化是一个非常系统且复杂的问题，在一定时期内解决如此
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复杂的问题是不切实际的，所以本文的创新点在于针对ＳＭＴ系统优化最主要的方
面一贴片机路径优化进行研究，减小每块ＰＣＢ上元件贴装时间。并将贴片机路径
优化问题转化为ＴＳＰ问题，使用蚂蚁算法来解决此问题，并对之进行分析比较。
最后在最大最小蚂蚁系统（Ｍａｘ—Ｍｉｎ
Ａｎｔ
Ｓｙｓｔｅｍ，简称ＭＭＡＳ）的基础上提出了具
体的解决办法。论文体系结构如下：
第一章：阐述了论文研究的内容和研究背景，介绍了课题的来源以及课题的
研究意义。
第二章：介绍了ＳＭＴ系统的组成，工艺流程，优点。着重介绍了ＳＭＴ系统最
主要的设备一贴片机的结构和特性，为下一步进行贴片机路径优化设计做了必要
的技术说明。
第三章：以ＰＣＢ板表面贴装为背景，建立了贴装数学模型。并结合实际情况，
做出合理假设，将贴片机路径优化问题简化，使之转化成ＴＳＰ问题。介绍了几种
常见的求解ＴＳＰ问题的算法，比较它们的优缺点，选取蚁群算法作为求解贴片机
路径优化问题的算法。
第四章：介绍了蚁群算法的基本原理及数学模型，对蚁群算法的优缺点进行
了分析，针对蚁群算法的不足进行了改进，对几种改进的蚁群算法进行了比较，
通过实验发现ＭＭＡＳ算法在解决ＴＳＰ问题上性能最好，所以在路径优化系统中采用
ＭＭＡＳ算法。
第五章：分析了贴片机路径优化的几个原则，和实际情况相结合，在ＭＭＡＳ算
法的基础上使用ＬａｂＶＩＥＷ开发了贴片机路径优化系统，该系统可以优化元件排放
顺序及贴片头运动轨迹，达到提高生产效率的效果。
第六章：总结了本文所进行的研究工作，阐述了研究结论，指出了研究的不
足，对下阶段的研究进行了展望，指出下阶段的工作重点。
本文以单贴片头，多喂料器型小型贴片机为例展开上述研究工作，但所采用
的思想、方法、算法等均具有通用性，对贴片机贴装路径优化具有一定的普遍借，
以此模型为基准进行分析，选择合适的算法。
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