基于蚁群算法的PCB插装优化及实证研究

论文摘要

电子制造技术的不断发展,导致电子产品的市场投放时间日益缩短。为了在激烈的市场竞争中保持优势,达到高回报的经济目标以及满足客户高产品等级、高消费满意度的要求,电子产品制造商千方百计地提高生产效率来降低产品的生产成本。在印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）组装生产线中,元器件组装是整条生产线的瓶颈,决定着整条生产线的生产效率。所以如何优化元器件组装,就成为了企业乃至研究学者关注的问题。早期的组装过程优化是人工凭经验完成的。近年来设备供应商也随机提供一些方法,但都比较简单、不完善且不实用。本文针对上述问题,结合蚁群算法系统的分布式并行计算功能、自组织以及正反馈等特点,将蚁群算法的优化思想扩展到元器件组装的优化问题,提出了新的数学模型以及优化算法。本文的创新点是:基于机器的机械性能及工作原理,在供料槽的分配与元器件的组装顺序是一致的前提下,将元器件的组装顺序问题转化为旅行商问题（Traveling Salesman Problem,TSP）,在此基础上建立以生产总时间最短为目标函数的数学模型,同时为了克服基本蚁群算法容易陷入局部最优、计算时间较长等缺点,引入了启发式算法—2-opt法,提出了改进蚁群算法并用该优化算法来求解元器件组装顺序的最优解。本文首先概述了PCB组装技术,详细介绍PCB组装的主要类型及相应的工艺流程;其次阐述了蚁群算法的基本原理、参数设置,并在此基础上针对TSP问题进行了数学建模及构建了结构流程图;再次详细分析了PCB组装优化系统,应用改进蚁群算法,设计并编程实现了该优化方案;最后基于实际生产数据,运用Matlab计算机语言进行一系列的仿真实验,结果表明基于本文所提出的模型及优化算法得到的调度方案能够有效地提高PCB组装生产效率,大大缩短其生产时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外相关课题研究现状
• 1.2.1 单吸嘴单头顺序贴装机优化算法分析
• 1.2.2 多头贴装机优化算法分析
• 1.2.3 转盘式贴装机优化算法分析
• 1.2.4 双列双臂式贴装机优化算法分析
• 1.2.5 多工作站贴装机优化算法分析
• 第2章 电子组装技术
• 2.1 电子组装技术概述
• 2.1.1 电子组装技术的基本内容
• 2.1.2 电子组装技术的发展现状
• 2.1.3 电子组装技术的重要地位
• 2.2 电子组装的组装类型
• 2.2.1 THT技术的实现过程
• 2.2.2 SMT技术的实现过程
• 2.2.3 混装技术的实现过程
• 2.2.4 组装类型
• 2.3 电子组装技术的组装工艺流程
• 2.3.1 TyPeⅠ型组件的组装工艺流程
• 2.3.2 TyPeⅡ型组件的组装工艺流程
• 2.3.3 TyPeⅢ型组件的组装工艺流程
• 第3章 蚁群优化算法
• 3.1 蚁群算法的原理分析
• 3.2 蚁群算法模型的建立
• 3.2.1 对蚂蚁个体的抽象
• 3.2.2 问题空间的描述
• 3.2.3 信息激素挥发的抽象
• 3.2.4 寻找路径的抽象
• 3.2.5 启发因子的引入
• 3.3 基本蚁群算法的数学模型
• 3.3.1 旅行商问题描述
• 3.3.2 基本蚁群算法描述
• 3.3.3 基本蚁群算法的参数设定
• 3.4 基本蚁群算法的具体实现
• 3.4.1 基本蚁群算法的实现步骤
• 3.4.2 基本蚁群算法的程序流程图
• 第4章 PCB插装优化的数学建模及算法设计
• 4.1 问题描述
• 4.2 问题建模
• 4.3 蚁群算法的改进
• 4.4 改进蚁群算法的实现
• 第5章 PCB插装优化的仿真实验及算法评价
• 结论
• 参考文献
• 附录A PCB元器件的原始资料
• 附录B 蚁群算法 Matlab程序代码
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历