電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，元器件尺寸越來越小、種類越來越多，由此帶來電子裝配技術(shù)的高密度、集成化。電子裝配所涉及的知識將更多，同時隨著市場競爭的越來越激烈，電子設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜與改型快的矛盾、預(yù)研與實際生產(chǎn)之間的矛盾也將表現(xiàn)地更加突出。傳統(tǒng)的工藝編制方式不能很好地管理、利用企業(yè)的基礎(chǔ)工藝知識，工藝編制效率低，迫切需要采用先進(jìn)的工藝編制方式，改善電子裝配企業(yè)的工藝管理狀況，提高工藝編制的效率，使企業(yè)以最快的速度將產(chǎn)品投入市場。
目前國內(nèi)大部分的計算機(jī)輔助工藝（Computer Aided Planning，CAPP）系統(tǒng)是針對機(jī)械零件加工領(lǐng)域的，裝配CAPP方面的研究與機(jī)加工CAPP相比，顯得有些滯后。這種情況是多種因素制約的結(jié)果：一方面是在傳統(tǒng)的觀念中裝配工藝由手工完成、人的活動是主要的，從而使得裝配工藝具有很大的主觀性、不確定性和經(jīng)驗性，這種情況造成了裝配工藝的不規(guī)范性和工藝規(guī)則的模糊性；另一方面與加工過程相比，裝配工藝需要解決多個零件之間的關(guān)系，需解決的問題更加復(fù)雜。以上兩個因素是造成裝配CAPP研究進(jìn)展緩慢的主要原因。
電子產(chǎn)品的裝配與機(jī)械產(chǎn)品的裝配有著顯著的區(qū)別：一方面電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)較機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡單，更多地表現(xiàn)為元器件的裝配；另一方面電子裝配作業(yè)的自動化程度明顯高于機(jī)械產(chǎn)品裝配。這方面以印制電路板裝配（Print Circuit Assembly，PCA）為代表，由于通孔插裝技術(shù)尤其是表面貼裝技術(shù)（Surface Mount Technology，SMT）的應(yīng)用，大部分裝配工序都可以由機(jī)器完成，大幅度提高了裝配作業(yè)的自動化水平。這就為CAPP技術(shù)在電子裝配領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
1 電子裝配工藝
目前主要存在以下3種裝配工藝：
(1)整機(jī)裝配工藝
位于產(chǎn)品制造過程的最后，從完工的零部件上綜合表現(xiàn)出生產(chǎn)車間各部門的情況。整機(jī)裝配工藝目前仍然以手工操作為主，比較落后，再加上是小批量生產(chǎn)，并且整機(jī)裝配不僅僅涉及到元器件、電路的裝配，同時也涉及到結(jié)構(gòu)，使得裝配工藝的編制更加復(fù)雜，其工藝流程具有不確定性，工藝編制更多地是依靠工藝人員創(chuàng)造性的思維。
(2)印刷電路板裝配(PCA)工藝
印制電路板組裝技術(shù)經(jīng)歷了手工、半自動、插裝THT和表面貼裝SMT4個發(fā)展階段。目前，印制電路板上大部分元件是表面貼裝類元器件，也有少量通孔插裝類元器件，因此印制電路板的裝配方法主要是下列3種：表面貼裝方法、通孔插裝方法以及兩種方法的混合裝配方法。印制電路板裝配工藝具有如下特點(diǎn)：
①由于SMT的廣泛使用，使得印制電路板上的元器件種類、數(shù)量眾多，編制工藝規(guī)程時需要逐個對這些元器件進(jìn)行識別，信息量龐大。
②機(jī)器操作，自動化程度高。
③對于表面貼裝和通孔插裝方法，其內(nèi)部的工序順序相對固定，工藝設(shè)計重在對印制電路板上元器件的正確識別以及工藝參數(shù)的選擇。
④工藝規(guī)程較規(guī)范，工序內(nèi)容的描述標(biāo)準(zhǔn)化程度強(qiáng)。
(3)電纜裝配工藝
電纜的裝配實際上就是將電纜插頭連接到電纜上。電纜裝配工藝流程十分清楚，每一種電纜插頭，其裝配時剝制電纜方法與裝配方法都是固定的。對于電纜插頭數(shù)多于兩個且由許多根導(dǎo)線組成的非同軸電纜其裝配的流程與上述的裝配過程相似，每一種電纜插頭的裝配內(nèi)容也是固定的。復(fù)雜之處在于其插頭數(shù)目眾多，工藝員需要確定這些插頭的裝配順序，并給出導(dǎo)線接線表與展開圖。
2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
2.1 設(shè)計模式
根據(jù)不同電子裝配工藝設(shè)計的不同特點(diǎn)，電子裝配CAPP系統(tǒng)中應(yīng)該具有以下兩種工藝設(shè)計模式：
(1)以人為主的交互式工藝設(shè)計
這種模式下人是工藝設(shè)計的主體，而計算機(jī)只是最大限度地輔助工藝員進(jìn)行工藝編制，減少工藝員事務(wù)性的勞動，但并不參與決策的過程。該工藝設(shè)計模式適用于工藝編制復(fù)雜、工藝流程不確定的整機(jī)裝配工藝。根據(jù)整機(jī)裝配工藝的編制過程CAPP在這種模式下應(yīng)主要完成一些輔助性工作。
(2)以計算機(jī)為主的智能化工藝設(shè)計
在這種模式下，計算機(jī)根據(jù)系統(tǒng)中存儲的決策性知識，自動決策生成工藝規(guī)程，人只是在必要時才介入計算機(jī)的決策過程。對于印制電路板裝配工藝和電纜裝配工藝設(shè)計，都適于采用這種方式。實現(xiàn)這種設(shè)計模式的基礎(chǔ)是對工藝設(shè)計中用到的知識進(jìn)行總結(jié)，建立豐富的知識庫。
對于印制電路板裝配工藝，其工藝編制各階段用到的知識如圖1所示。
圖1 印刷電路板裝配知識
對于電纜裝配工藝設(shè)計，知識主要體現(xiàn)在各種類型的電纜插頭的裝配方法上。可以將這些裝配方法以典型工藝的形式存儲在知識庫中，供系統(tǒng)自動調(diào)用。
以上兩種工藝設(shè)計模式往往并不是割裂開的，而是有機(jī)地結(jié)合在一起。
2.2 總體框架
為解決傳統(tǒng)的電子裝配工藝編制模式帶來的問題，電子裝配CAPP系統(tǒng)還應(yīng)滿足以下幾個要求。
(1)面向產(chǎn)品
企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)管理和成本核算等均以產(chǎn)品作為基本對象。面向產(chǎn)品的CAPP系統(tǒng)能擺脫以零組件為主體對象，可使產(chǎn)品信息得到最大程度的共享，保證工藝的一致性；有利于用計算機(jī)對產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，將工藝人員從匯總統(tǒng)計等重復(fù)性勞動工作中解放出來，保證工藝文件的準(zhǔn)確性、一致性；便于和PDM、MRPⅡ、MIS等系統(tǒng)集成。
(2)集成化
從企業(yè)信息化的角度考慮CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有高度的集成性，能夠保證與其他制造信息系統(tǒng)集成。
(3)網(wǎng)絡(luò)化
網(wǎng)絡(luò)化的CAPP系統(tǒng)能夠使所有工藝員共享一份產(chǎn)品數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一致性，也易于實現(xiàn)工藝知識、經(jīng)驗的共享。
(4)規(guī)范化
在手工設(shè)計情況下，設(shè)計的工藝一致性差、規(guī)范性差。系統(tǒng)必須保證設(shè)計工藝的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。
根據(jù)各種電子裝配工藝的特點(diǎn)以及在CAPP系統(tǒng)中將要采取的設(shè)計模式，并滿足電子裝配對CAPP系統(tǒng)的總體要求，確立電子裝配CAPP系統(tǒng)是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心、以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)、集智能化工藝設(shè)計與管理于一體并包含工藝知識管理的應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要可以劃分為：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、工藝知識管理、綜合智能化工藝設(shè)計以及各種輔助工具。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 基于知識的電子裝配CAPP系統(tǒng)體系
2.3 系統(tǒng)工作流程
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理員首先通過手工或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)導(dǎo)入工具建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，存放在CAPP的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中。工藝員進(jìn)入系統(tǒng)后根據(jù)需編制工藝的部件產(chǎn)品或組件的類型選擇一種工藝設(shè)計類型，在知識庫的支持下完成工藝設(shè)計。工藝設(shè)計的結(jié)果，即工藝規(guī)程存放在CAPP工藝規(guī)程庫中.系統(tǒng)的總體工作流程如圖3所示。
圖3 基于知識的電子裝配CAPP系統(tǒng)工作流程
3 工藝知識管理
3.1 工藝知識庫
電子裝配工藝知識庫系統(tǒng)表現(xiàn)為三層體系結(jié)構(gòu)：上層為圖形用戶界面，用戶通過該界面與系統(tǒng)進(jìn)行交互；中間層為對象操縱與查詢層，包括對象類的定義與編輯、對象實例的定義與編輯、對象方法、規(guī)則的定義與編輯等；下層為知識庫表（物理數(shù)據(jù)庫表）操縱與查詢層，該層實現(xiàn)對存儲在知識庫中數(shù)據(jù)的操縱與查詢。
圖4 知識庫系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖
3.2 知識獲取與建模
知識獲取就是抽取領(lǐng)域知識并將其形式化的過程，知識獲取的方法有3種類型：間接知識獲取、直接知識獲取、自動知識獲取。由于工藝設(shè)計經(jīng)驗性強(qiáng)、技巧性高，工藝設(shè)計理論和工藝決策模型化研究仍不成熟，這使工藝決策知識獲取只能采用間接知識獲取方法，即從具有豐富實踐經(jīng)驗的工藝人員、企業(yè)現(xiàn)行的工藝文件以及企業(yè)的典型工藝規(guī)程里獲取。
在基于對象模型的知識獲取技術(shù)中，每個知識獲取過程都是以知識對象模型為模板進(jìn)行。圖5表示工藝知識獲取步驟，知識工程師首先識別領(lǐng)域內(nèi)信息實體——對象類；在對象識別的基礎(chǔ)上，確定對象類的屬性及屬性值域，找出對象之間、對象屬性之間的關(guān)系，并從已識別的對象和關(guān)系中識別相關(guān)的新的對象和關(guān)系，直到確定領(lǐng)域中所有對象；然后，確定操作領(lǐng)域?qū)ο蠛完P(guān)系的方法，研究問題求解子任務(wù)，劃分、分類和組織知識單元，最終得到所有領(lǐng)域知識。
圖5 工藝知識獲取步驟
基于對象模型的知識獲取與分析綜合運(yùn)用從底向上及從頂向下的技術(shù)。一方面知識的對象模型包括了豐富的領(lǐng)域?qū)ο蟆ο髮傩�、對象值域、對象關(guān)系、推理方法、任務(wù)結(jié)構(gòu)，不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)提取的辦法可以看作從底向上的方法。知識獲取過程的不斷往復(fù)則是從頂向下技術(shù)的應(yīng)用，其指導(dǎo)知識的獲取，不斷分析、補(bǔ)充新的知識。
3.3 知識模型
按照基于知識對象模型的工藝知識獲取步驟，首先確立電子裝配CAPP系統(tǒng)的領(lǐng)域?qū)ο�，包括工藝對象（印制電路板裝配工藝、電纜裝配工藝、整機(jī)裝配工藝）、裝配對象（型號、系統(tǒng)、部件產(chǎn)品、零組件）；總結(jié)出這些對象的屬性；然后由頂向下，針對與每個領(lǐng)域相關(guān)的其他對象、對象屬性以及這些對象之間的關(guān)系，將決策知識按照其所屬的工藝對象實體進(jìn)行組織，形成對象類下的方法；再結(jié)合對象類屬性與對象類之間的關(guān)系，得到電子裝配工藝知識模型。如圖6所示。
圖6 電子裝配知識模型
4 系統(tǒng)工作流程
工藝系統(tǒng)首先獲取印制電路板裝配工藝信息，調(diào)用安裝方法與安裝順序，確定印制電路板總體工藝路線，繼而調(diào)用SMT與THT設(shè)計方法對工藝路線進(jìn)行細(xì)化，最后針對工序鏈表中的所有工序，調(diào)用其對象類下的方法完成工序的詳細(xì)設(shè)計。以單面混裝流程為例，系統(tǒng)的工作過程如圖7所示。
圖7 電子裝配工藝系統(tǒng)工作流程
5 結(jié)束語
通過對電子裝配工藝流程的深入了解，分析電子裝配工藝不同于一般機(jī)械零件工藝的顯著特點(diǎn)，采用對象模型法研究工藝知識的獲取方法，以對象類描述工藝信息實體的信息結(jié)構(gòu)，在知識管理的基礎(chǔ)上，借助于CAPP的先進(jìn)理念，深入研究基于知識的電子裝配CAPP系統(tǒng)，為CAPP技術(shù)從傳統(tǒng)制造業(yè)向電子裝配工藝領(lǐng)域的拓展奠定堅實的基礎(chǔ)。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：基于知識的電子裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)研究
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