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贴片机的数据驱动与路径优化 钱佳敏 导 师 于 兰 峰 教授 选 题 报 告 主 要 内 容 (一) 课题的研究意义、国内外现状分析 贴片机又称“表面贴片系统” （Pick Place System），它是通过移动的贴装头把表面贴装元件准确地放置到经过印刷的焊膏或经过点胶的印刷电路板焊盘上，主要由计算机、光学系统、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备。 (一) 课题的研究意义、国内外现状分析 1、 PCB（Printed Circuit Board）电路板的装配生产制造在各种数控设备（如贴装机等）上完成 2、每一种产品在加工之前，制造工程师首先必须对数控设备编程并反复实验，以确保操作规程的可行性和正确性，然后进行试生产，反复修改直到最后定型，再投入实际的批量生产。 3、生产准备时间很长，投入的资金很大。 4、使用计算机来仿真优化贴装过程，免去了为得到更好的贴装序列而产生的试贴等额外开销，进而制定更好的生产计划。 (一) 课题的研究意义、国内外现状分析 国际上虚拟制造技术（Virtual Manufacturing 简称VM）研究始于八十年代。一批有实力的研究机构，都在进行VM的各种单元技术开发方面的高级研究工作。几十年以来取得了一些显著的研究成果。典型的例子有波音777，其整机设计、部件测试及各种环境下的试飞均是在计算机上完成。 在我国，清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了虚拟制造技术领域的研究工作。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情，进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。 贴片机贴片过程的虚拟制造技术还属于刚起步阶段。 （二） 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题 本文就是利用计算机及相关技术来优化仿真SMT贴装路径，达到缩短贴片机编程的时间，提高编程的效率和准确度的目的。 （二） 课题研究目标、研究内容、 拟解决的关键问题 1) 对贴片机模型的结构和运动过程进行分析研究，建立动臂式贴片仿真3D模型，生成并分析3ds文件格式。 2)给出利用OpenGL调用并控制3ds文件中模型信息的具体方法，并运用OpenGL双缓存动画功能实现对贴片机贴装路径的虚拟制造仿真。 3)利用VC++平台搭建贴片机虚拟制造的仿真窗口界面，软件相关操作步骤，贴装仿真相关参数的设置与贴片数据的导入。 4）运用SQL Server 2000建立贴片元件模型数据库与用户贴装路径程序库，实现对动臂式贴片机模型的数据驱动，达到与用户交互的效果。 5）根据蚁群算法思想，对贴装路径进行优化，并反馈到虚拟制造过程中，找出最优的贴装路径。 (三) 拟采取的研究方法、技术路线 1.在总结分析贴片机实际过程的基础上，对贴片机结构模型做抽象与归类，利用AutoCAD，3dsmax建立并渲染模型，生成模型数据驱动的中间文件3ds文件。 2.通过VC++平台建立模型控制界面，定义3ds文件读入类以实现通过数据形式对贴片机模型进行快速的调用。 3.利用OpenGL的双缓存动画技术结合计算机图形学对模型结构整体和各个部件建立动画控制函数，实现模型平滑的运动显示与控制。 4. 利用SQL建立PCB板元器件库与用户贴装路径数据库，及数据驱动贴片机贴装元器件的整个虚拟制造过程。 5.利用蚁群算法对贴装路径进行优化，并将优化结构修改到SQL的用户贴装路径数据库中，实现数据的优化更新。 (四) 课题的创新性 1．运用模型建立与控制相分离的思想，简化了建模的难度，但提高了模型的整体质量，和可控性，为贴片机贴装元件过程的虚拟制造的数据驱动提供了一点借鉴作用。 2．建立了贴装元件数据库与用户贴装路径数据库，为贴装动画的驱动提供了更加可靠、方便的数据来源，实现了真正意义上的计算机虚拟制造数据驱动。 3. 结合蚁群算法，优化贴装路径，同时更新相应的贴装数据库，并反馈到整个贴装过程的虚拟制造中，为降低贴片机贴编程的成本，缩短编程时间起到了一定的作用。 (五)计划进度、预期进展 和预期成果 2010年9月～2010年12月： 阅读中外文献，收集相关资料，在对国内外相关研究领域的进展了解基础上，拟定研究目标、方法、技术路线等，完成开题报告。 2011年1月～2011年4月： 完成相关的研究工作，利用AutoCAD对动臂式贴片机结构系统进行建模，并通过3dsmax对模型渲染，提取模型控制中间文件