[发明专利]一种印刷电路板走刀过程的优化调度方法

说明书

本发明公开了一种印刷电路板走刀过程的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度技术领域。通过确定走刀过程调度模型和优化目标，并使用基于拉格朗日松弛算法的优化调度方法对优化目标进行优化；其中调度模型依据每块电路板上的不同孔径走刀完成距离来建立，采用拉格朗日松弛技术来求解目标函数，利用改进的次梯度更新迭代，使得算法较传统模型能更快的求解，并且优化问题的建模形式，能在较短的时间内获得走刀过程调度问题的优良解的问题。

技术领域

本发明涉及一种印刷电路板走刀过程的优化调度方法，属于生产车间智能优化调度技术领域。

背景技术

印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)作为电子元件的集成载体，在电子工业领域具有不可或缺的作用，是电子电气产业的重要组成部分。小到微处理器的芯片，大到各种工业控制设备的控制面板，都要用到不同型号的电路板。随着集成度的提高，PCB板上容纳的电子元件越来越多，不同元件之间的可靠的电气连接的基础是靠合理的PCB板钻孔安排，对电子元件如何进行有效的布局，在企业的批量生产中起到关键性作用。

在PCB板的制造过程中，不同规格的元器件对应着线路板上孔的直径大小，对于复杂的PCB板其钻孔直径各不相同的，当利用数控钻铣床进行加工时，不同直径的孔需要直径不同的刀具，其加工的过程是设定好某一尺寸的孔径时，从下刀点开始，沿着某一路径进行加工，直到加工完所有的同一孔径的点，再换上不同的刀具加工下一个尺寸的孔径。对于同一尺寸的孔径的路线设计，不同的路线方案会使得走刀所耗费的时间完全不同。走刀过程的特点在于，对线路板上的不同孔径规格的数量n是确定的，每进行完一次孔径的加工，就要遍历所有的孔径{k₁,k₂,...,k_n}，再换不同的刀具进行下一次走刀。因此，走刀过程是一个典型的流水线车间调度过程。可归约为旅行商问题(TSP)，且学界业已证明旅行商问题是一类典型的NP-hard问题，也即无法在多项式时间内求出其精确解。但对该问题进行合理调度，在工厂中的进行批量生产时，寻找到不同孔径的一条最优路线，能显著地提高工厂效益和减少费用的支出。

由于走刀过程调度问题是NP-hard问题，因此建立一个良好的模型和采用有效的算法能求出一个良好的解。走刀过程的数学模型是一个整数规划问题(integerprogramming)，采用传统的求解方法求解速度较慢。因此，本发明设计了一种基于拉格朗日松弛算法的优化算法，可以较快地获得优良解。

发明内容

本发明的目的在于公开一种印刷电路板走刀过程的优化调度方法，解决了在较短的时间内获得走刀过程调度问题的优良解的问题，求解速度快。

本发明的技术方案如下：一种印刷电路板走刀过程的优化调度方法，首先确定走刀过程的调度模型和优化目标，并使用基于拉格朗日松弛算法的优化调度方法对优化目标进行优化；其中调度模型依据每块电路板上的不同孔径走刀完成距离来建立，优化目标为最小化的走刀完工距D：

其中，公式(1)的约束条件为：

式中:n表示待加工的电路板上孔径点的总个数，n∈Z⁺，Z⁺表示正整数集合，i,j分别表示该电路板上不同孔径点的编号，d_ij表示从孔径i到孔径j的走刀距离，K表示该电路板上全部孔径编号的集合，S表示该电路板上部分孔径编号的集合，S是K的一个真子集，i∈S,j∈K\S，x的取值为0或1，若走刀路线包括了孔径i到孔径j的路径，则x_ij＝1，若走刀路线不包括孔径i到孔径j的路径，则x_ij＝0，优化的目标是在可行的解空间内寻找到一条较优的路径使得目标函数D的值最小。

所述走刀过程的优化调度方法的具体步骤如下：