PCB表面贴装流程仿真及元器件贴放顺序优化研究

摘要

在传统的表面贴装技术（SMT）生产中，从印刷电路板（PCB）的设计文件中提取的元器件贴装坐标及其它相关贴装参数经常存在错误。正常生产时需要多次在贴片机上调试，严重影响了生产效率。因此非常有必要在计算机上对PCB表面贴装流程进行仿真，以便发现贴装文件中存在的缺陷，及时修改以得到正确的贴装文件，对元器件的贴放顺序优化，提高PCB组件加工的生产效率。 本文介绍了表面贴装技术和PCB表面贴装流程，在PCB表面贴装效率中，元器件贴放顺序的优化是关键问题；对PCB表面贴装流程仿真系统进行了总体设计；分析了多种异构电子设计自动化（EDA）文件格式，首次系统地形成了EDA文件格式分析报告；设计了仿真文件和异构EDA文件预处理接口，实现了从异构EDA文件到仿真文件的转换；给出了元器件贴放顺序的数学模型，对基本遗传算法进行了改进，并用其解决了贴放顺序的优化问题。 异构EDA文件格式分析报告的形成，为EDA文件的阅读和分析提供了方便，同时为设计仿真文件提供了最直接的格式参考；统一了异构EDA文件格式，实现了电子电路制造数据直接从PCB设计文件的提取和转换；实验结果证明改进的遗传算法对于缩短贴片时间、优化贴片路径是非常有效的，为PCB表面贴装流程系统仿真的实现提供了充分的依据。 元器件贴放顺序优化问题只是PCB表面贴装流程仿真系统优化中的一个问题，本文没有考虑另外一个问题——喂料器的分配；另外贴片机本身的结构在不断变化之中，速度更快、功能更多的贴片机将不断涌现，对元器件贴放顺序的优化也将提出更高的要求。这些将是本文继续研究的方向。

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第一章 绪论

1.1表面贴装技术

1.1.1 SMT与SMT组装系统基本概念

1.1.2 SMT组装系统的分类

1.1.3 SMT组装系统的组成形式

1.2贴片机的基本功能以及贴装效率问题

1.2.1贴片机的基本功能

1.2.2 PCB表面贴装中的效率问题

1.2.3元器件贴放顺序优化问题的特点和研究现状

1.3课题来源以及研究意义

1.3.1课题来源

1.3.2研究意义

1.4本文工作和论文结构

第二章PCB表面贴装流程仿真系统总体设计

2.1系统总体结构设计

2.2系统详细设计

2.2.1设计文件预处理模块

2.2.2PCB表面贴装流程仿真模块

2.2.3元器件贴放顺序优化模块

2.2.4报错处理模块

2.3小结

第三章 EDA文件格式分析及转换

3.1 Mentor Graphics文件格式分析

3.1.1元器件文件格式分析

3.1.2元器件封装文件格式分析

3.1.3基板封装文件格式分析

3.1.4基板走线文件格式分析

3.2仿真文件设计

3.3 Mentor Graphics文件格式转换

3.3.1元器件基本信息提取

3.3.2元器件封装信息提取

3.3.3PCB基板信息提取

3.4小结

第四章 元器件贴放顺序优化研究

4.1影响贴片速度的因素

4.2元器件贴放顺序数学模型

4.2.1TSP 问题

4.2.2单吸嘴的贴片机贴装过程数学模型

4.2.3多吸嘴分配问题

4.2.4元器件贴放顺序数学模型

4.2.5求解元器件贴放顺序问题的主要算法比较

4.3基本遗传算法及其改进

4.3.1基本遗传算法的特点

4.3.2基本遗传算法的组成部分和操作步骤

4.3.3基本遗传算法的改进

4.4元器件贴放顺序的优化

4.4.1基本遗传算法求解过程分析

4.4.2改进的遗传算法求解

4.4.3实验结果

4.5小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

研究成果