电子产品柔性制造

电子产品柔性制造

杨杰

南京北方慧华光电有限公司    南京市      210000

摘要：进入21世纪后，电子产品制造作业日益精密化、智能化和尖端化。当代电子产品制造企业引进了各种先进的技术，经营规模在不断扩大，电子制品种类更为丰富，订单数量繁多，优化电子产品柔性制造方案，做好精密产品制造工作，必须紧密结合市场需求，做好SMT车间调度作业，优化电子产品柔性生产线调度模式，做好动态调度作业。本文将以某企业为例，简单分析电子产品柔性制造方案，希望能电子产品制造工作提供借鉴。

关键词：电子产品；柔性制造方案；SMT车间

某企业针对电子产品制造工作规划了良好的SMT车间，旨在改善柔性制造场景，满足市场对电子产品的需求，不断提高电子产品经营生产效率。本文将简单介绍电子产品SMT车间调度方案，系统论述电子产品全自动柔性生产线，并综合探讨如何做好动态调度作业。

一、电子产品SMT车间调度方案

新型电子产品由精密零件组合而成，结构复杂而完整，生产流程复杂，产品种类多，需求量很大。做好电子产品柔性制造工作，首先要重视优化电子产品SMT车间调度方案，这样方能提高生产效率，在最短时间内完成订单量。某企业SMT车间同步采用了自动化设备与人工加工生产模式，在具体操作中，人工工序在一定范围内存在波动。同一工件，很有可能在工序内采用的工具加工能力各异，不同加工设备的成本消耗、工时消耗与切换时间不尽相同，车间内所加工的电子产品和零件种类繁多，设备切换非常繁多。因为电子零部件非常精密，所以需要人工模式实施上件与摆件作业，所以会耗用较长的切换时间，支付人工成本也比较高。这样也会导致电子产品柔性制造车间人工工时缺乏稳定性，存在巨大的调度搜寻空间。因为调度产品在不断增多，所以也会影响调度效率。为了克服这些困难，该企业构建了混合柔性作业车间调度模型，SMT车间内有m台设备，需要生产工件数量为n个，在每个工件加工中，均需要完成一步或者两步及以上的工序，在拟定调度方案之前，不可任意改变工序。每一步工序均需要用多种设备来完成，所用性能参数与消耗参数不同。SMT车间在m1工件的第一步工序中选用的设备是k1和k2，两种设备所用加工时间是t1，1，1与t1,1,3，k1设备是无法完成m1工件的第二步工序与第三步工序，难以实现柔性制造目标。表一就是某企业SMT车间调度问题统计表：

表一 某企业SMT车间调度问题统计表

对于以上问题，某电子产品制造企业构建了精确的模型，准确分析设备参数、工作人员的技术操作能力与工作状态等影响因素，为了确定人工作业工序波动工时，该企业用三种描述方法来不确定因素：第一，随机数分析法；第二，模糊数分析法；第三，区间数分析法。在运用前两种方法的过程中，会将统计理论作为基础，对加工作业中的工时数据样本予以全面收集和处理，界定工序工时的取值范围以及概率。区间数分析法能够做好工时上下限计算工作，在具体计算中，将工时作为一个区间，运用区间来展示调度结果，这种方法应用流程简单，却不够精确。因此，某电子产品制造企业会优先选用随机数分析法来界定工时波动范围[1]。

其次，要建立目标函数，制定最优化目标。电子产品精密零部件种类多，生产规模大，以客户定制化和市场需求为生产基准，电子产品制造企业非常重视控制成本，尽可能在确保生产质量的基础上提高生产效率，节省时间，降低对设备的消耗。企业将生产成本分为两种，分别是加工成本与空载运行成本，前者是对加工工件时期的耗用；后者是设备负载率、切换时间消耗以及打开空窗期所耗用的成本。

再次，要运用竞争粒子群算法来完善电子产品柔性制造生产线，图一就是竞争粒子群算法流程图：

图一 竞争粒子群算法流程图

从图一可以看出，在电子产品柔性制造生产中，要依次做好以下工作：

1、做好编码设置工作。每一种可行的电子产品柔性制造工序加工排序方案均可由一个粒子来指代，这些粒子能够将多个工件的编号设置为一列，工件编号能够多次出现，同一个工件编号所出现的总次数代表这一工件的工序总数。如果有多个可供选择的加工设备，就需要对编码进行补充，用以表示所选择的设备编号。

2、设置初始化种群。在具体调度过程中，某电子制造企业为了避免产生无效粒子，会采取对范围实施限制、随机生成整数限制范围以及启发式规则，这样能够生成更为散落的种群，进一步提升算法的搜索准确率和时效性。

3、做好解码工作，准确计算适应度。在生成粒子后，在调度工作中，需要通过解码将粒子纳入甘特图中，运用甘特图所呈现的信息来预测完工时间，准确计算负载率和粒子的适应度。

4、做好粒子更新工作。某电子产品制造企业会结合竞争规则，对两组粒子进行比较分析，让胜利的一方进入下一代产品，对于失败的一组粒子，就要对其进行更新后再进入下一代。同时，会结合实际效果，制定科学的粒子保留方案，实现种群多样性。

5、满足终止条件。在这一步，需要设置最大迭代次数和最小粒子的方差，这样才能终止算法。

再次，要改进竞争粒子群算法，发挥模拟退火算法的作用，设定好温度，准确计算惯性权值，健全概率接收机制，如果新粒子的质量优于以前的粒子，就能够直接进入下一代。另外，要运用模型分析仿真结果，制定最完善的电子产品柔性制造生产环境[2]。

二、电子产品全自动柔性生产线

设置电子产品全自动柔性生产线，理应做好电子产品全自动柔性生产运营管理系统架构设计工作，首先要注重健全电子产品全自动柔性生产运营管理系统，优化生产系统管理功能，做好基础管理平台设计工作，满足平台的五项基本功能：第一，管理配置功能，该功能主要是提供完善的管理配置，同时，做好日志管理工作，优化界面风格配置。第二，企业建模功能，即运用平台功能来建立企业生产管理模型。第三，主数据管理功能，即对系统数据实施统一整合管理。第四，内嵌工作流引擎功能，即统一配置和管理系统业务流程。第五，提供可组态的报表工具，做好数据展示工作。为了实现生产数据集成管理与分享，则需要做好数据标准化与规范化设计工作，对电子产品生产数据标准进行统一，制定完善的数据模型，健全电子产品柔性生产数据管理制度，有效实施各种数据信息管控工作。其次，要注重优化生产线监控管理系统，做好视频监视系统组装工作。该系统的监控对象是电子产品柔性制造工作面，会对多个监控视频画面进行融合，全方位观测电子产品柔性生产动态。视频监视系统组合有三项重要设备：第一，视频摄像仪；第二，通信控制系统；第三，监控中心。在监控过程中，需要为电子产品加工设备设置摄像仪，通常，每隔两个设备安装一个摄像仪。通信控制系统的核心设备包括光电转换器和接入器。视频监视系统有五个基本功能：第一，辅助做好系统环网组建工作；第二，为总生产线设置监控中心，做好相关监控工作；第三，解析视频信号；第四，对视频信号进行拼接与显示；第五，加强视频信号控制管理。在电子产品柔性生产制造工作中所采用的摄像仪能够借助内部云台的旋转功能，做好180度的拍摄工作，确保监控视频的高清度，以此获取全景图像和监控视频[3]。

再次，要注重实现精密零部件生产线，提高自动化与数字化生产质量。在电子产品精密零部件生产中，自动化生产线主要负责微波母件生产工作，将订单作为需求依据，尽最大努力按时交付电子产品。电子产品全自动柔性生产线会将生产单元分为多个小单元，各单元会完成高质量微波产品的主要加工工序，对不同单元之间的加工顺序进行明确，全面优化流水生产性。各生产单元内部有多台能够同时工作的设备，体现了设备柔性特征，能够为产品区间提供缓冲，运用AGV小车来运输半成品。某电子产品制造企业设置的生产单元为U个，生产设备是M台，接到的客户订单为G个，工件为X类，工序分为K道。该企业的订单内容分为三类：第一，工件种类；第二，加工数量；第三，优先级。表二就是该企业电子产品制造订单任务表：

表二 某企业电子产品制造订单任务表

表二中的g代表订单号，DT指剩余交付时间，P用以指代优先级， L特指加工数量。表三是某电子产品柔性加工制造任务一统计表：

表三 某电子产品柔性加工制造任务一统计表

从表三可以看出，某电子产品制造企业完成了5个订单 ，在各单元之间，运用 AGV 小车进行运输的时间是303个单位时间，设备总切换时间为458个单位时间[4]。

三、如何做好动态调度作业

在电子产品柔性制造动态调度工作中，确保监控视频的高清度，首先要让视频监控系统以柔性生产线为监控对象。在电子产品柔性制造动态调度监控过程中，视频监控系统是通过电液控制系统对加工设备的准确位置进行监测和定位，获取准确的位置信息，判断运输小车在相应的摄像仪监视范围内。与此同时，要对旋转角度予以确定，做好视频跟踪监控工作。运用智能化视频接力技术会对电子产品加工设备的位置进行全面监测，系统会自动启用距离本次加工工序区域最近的三个摄像仪，将动态调度作业纳入摄像仪的监控范围内。在具体运行中，随着动态调度的变化，安置在不同位置的摄像仪会交替更换，距离动态调度区域最近的三个摄像仪会自动进行监测，其他摄像仪在本次工序完成后会停止工作，从而形成监测衔接。其次，在大型车间电子产品柔性调度工作中，要注重实现对车间全面监控。如果只安装一个视频摄像仪，其监视范围必然有限，当代电子产品制造企业为了确保车间内的高清运行画面，非常重视所有摄像仪的取景拼接工作，将监控视频逐次拼接，从而形成动态调度的完整画面。目前，视频拼接技术应用处理工作有一项重点作业——相邻的两个视频摄像仪之间存在重叠的影像，要做好这些重叠影像的裁剪工作，对清晰、完整的影像进行提取，确保监控视频之间能够有效衔接，生成完整的监控图像。该项作业的处理过程以视频信息分析、重合区域的视频关键帧寻找为要点，同时，要全面提取电子产品柔性制造动态调度的特征，运用拼接技术做好多组视频信息拼接工作，以此获取全景图像和监控视频。再次，要处理好动态调度问题。在全自动柔性生产线运行过程中，工作设备只能在同一时间内完成一个工件的加工作业。在具体加工过程中，要根据该工件的标准工序实施精加工，无需考虑突发性中断问题和半成品缓冲问题。因为当代电子产品精密零部件的工序和加工工艺流程处于较为固定的状态，所以无须频繁维护设备，加工设备也很少出现故障，在开展柔性制造生产前，工作人员会认真查看物料齐全与否，因此，在这一环节很少发生动态调度扰动，人为性扰动通常只出现在混合柔性作业车间。为了降低扰动的负面性影响，电子产品制造企业接着信息技术和智能化技术构建了调度管理系统，满足电子产品生产需求，做好混合柔性作业车间与全自动柔性生产线动态调度工作。另外，要设定好滑动窗口机制，依据预测控制学理论，运用动态矩阵来控制动态调度。与此同时，可以将静态调度算法和动态调度相结合，做好各窗口内的调度作业，实现工序集合

[5]。

结束语：

综上所述，在电子产品柔性制造工作中，首先要重视优化电子产品SMT车间调度方案，这样方能提高生产效率，在最短时间内完成订单量。其次，要注重健全电子产品全自动柔性生产运营管理系统，优化生产系统管理功能。另外，要做好电子产品柔性制造动态调度工作。

参考文献

[1] 陈浩哲,王晨升,朱宏波等.一种基于遗传算法的作业车间调度问题的解决方案[J]. 中国科技论文在线精品论文, 2021, 11(22): 2287-2294.

[2] 冯毅 , 蔺雅婷, 刘梦茹等.一种基于多时间尺度的智能生产线调度优化方法[J]. 机电工程，2019（5）：353.

[3] 徐震浩,周畅, 张凌波, 顾幸生.柔性作业车间的成套订单调度问题[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2020, 46(01): 58-67..

[4] 高丽,徐克林,杨娜娜.多品种柔性生产企业的订单调度模型及其遗传算法[J]. 数学的实践与认识, 2021, 42(21): 154-161.

[5] 解占新, 闫玺铃, 陆春月.面向订单的混流装配线多目标调度研究[J].机电工程, 2021, 38(5): 7.