Computer-implementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Teil- menge von Baugruppentypen einer vorgegebenen Menge von Bau- gruppentypen und einer zugehörigen modifizierten Festrüstung

Die Erfindung betrifft ein Computer-implementiertes Verfahren zur Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vor- gegebenen Menge von Baugruppentypen und einer zugehörigen mo- difizierten Festrüstung und ein Steuerungssystem sowie ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.

Insbesondere im Bereich der Elektronikproduktion werden zu fertigende Leiterplatten bzw. Baugruppen auf SMT-Bestückungs- linien durch Oberflächenmontage (SMT = surface mounted tech- nology) hergestellt. Die Elektronikproduktion bzw. -fertigung ist geprägt durch hohe Anforderungen an kurze Durchlaufzei- ten, hohe Produktivität (u.a. kurze Umrüstzeiten, kurze Pro- duktionszeiten, usw.) und hohe Flexibilität.

Mehrere Bestückungsautomaten, die üblicherweise durch ein Transportsystem verbunden sind, und die z.B. zum Fertigen bzw. Bestücken von (Elektronik-)baugruppen Zusammenwirken, stellen eine Bestückungslinie dar.

In den industriellen Fertigungswerken im Bereich der Elektro- nikproduktion werden zu fertigende Baugruppen (bzw. Leiter- platten) in Aufträgen mit fest vorgegebenen Losgrößen produ- ziert.

Durch die Losgrößen wird implizit festgelegt, wie häufig ein Baugruppentyp zu produzieren ist. Je kleiner die Losgröße ei- nes Baugruppentyps ist, umso häufiger müssen Baugruppen die- sen Baugruppentyps produziert werden und umso größer sind die Rüstaufwände . Die Erstellung einer (Bauelement-)Rüstung, auch Setup ge- nannt, für eine Bestückungslinie verursacht einen enormen Aufwand. Die Rüstungen der Rüstfamilien werden zur Produktion aufgerüstet und nachher wieder abgerüstet. Das Auslagern und manuelle Aufrüsten von Förderer auf die Wechseltische in ei- nem Vorrüstbereich benötigt für alle Wechseltische einer Rüstfamilie ca. 6-10 Stunden Die Produktion der Baugruppen erfolgt somit in Rüstfamilien. Eine Rüstfamilie ist dabei ei- ne Menge von Baugruppentypen, die mit einer Rüstung auf der Bestückungslinie produzierbar sind.

Mit anderen Worten ausgedrückt umfasst eine Rüstfamilie, auch Cluster genannt, eine Menge von Losen, die innerhalb einer Rüstung gefertigt werden kann. Alle Baugruppen der Baugrup- pentypen einer Rüstfamilie können also nacheinander ohne Um- rüsten auf der Bestückungslinie gefertigt werden.

Eine Rüstung kann auf einem oder mehreren Wechseltischen ge- halten werden, die leicht am Bestückungsautomaten ausgewech- selt werden können. Ein Aufrüsten eines Wechseltischs mit Bauelementen von vorbestimmten Bauelementtypen ist jedoch - wie oben erläutert - aufwändig. Die Rüstungen werden daher oft in Festrüstungen und Variantenrüstungen unterschieden, wobei eine Festrüstung auf einen oder mehreren Wechseltischen dazu vorgesehen ist, seine Zusammensetzung von Bauelementty- pen über einen vorgegebenen Zeitraum, auch als Planungshori- zont bezeichnet, zu behalten, während eine Variantenrüstung voraussichtlich innerhalb des Planungshorizonts umgerüstet wird.

WO 2010/105876 Al befasst sich mit einer Menge von Baugrup- pentypen, für die leere Tische an fest vorgegebenen Tischlo- kationen (= konstante Tische) bestimmt und deren Rüstungen erstellt werden, die an der Bestückungslinie verbleiben.

Aus EP 2 893 791 Bl ist ein Verfahren zur Bestimmung einer möglichst vorteilhaften Festrüstung für eine Bestückungslinie bekannt . Variable Fertigungen sind im High-Mix-Low-Volume Bereich sehr gefragt, d.h. sehr viele unterschiedliche Baugruppentypen sind mit geringer Stückzahl zu fertigen. In diesem Bereich werden die Fertigungen, wenn möglich, auch gemischt betrie- ben, d.h. ein Teil der Produkte wird mit Festrüstung gefer- tigt und der andere Teil mit Variantenrüstungen. Auf Grund der beschriebenen Vorteile der Festrüstungsfertigung ist es das Ziel dieser Fertigungswerke den Anteil des Produktionsvo- lumens/Auftragszahlen im Festrüstungsanteil möglichst zu ma- ximieren .

Umgekehrt können nicht beliebig viele Wechseltische mit fest- gerüsteten Förderern zur Bildung von Festrüstungen eingesetzt werden, da dadurch sehr hohe Kapitalbindungskosten entstehen (ca. 50.000 Euro pro Wechseltisch). Außerdem ist oftmals kein Platz in der Fertigungshalle für sehr viele Festrüstungen vorhanden. Daher werden pro Bestückungslinie typischerweise nur 1 - 3 Festrüstungen geplant.

Oftmals ist es aber so, dass der Anteil der Baugruppentypen, die mit Festrüstungen gefertigt werden, und damit das abge- deckte Produktionsvolumen durch Einsatz einzelner weniger zu- sätzlicher festgerüsteter Wechseltische signifikant erhöht werden kann. Hat man beispielsweise an einer Bestückungslinie bisher genau eine Festrüstungs-Rüstfamilie gegeben, so kommt es häufig in der Praxis vor, dass ein erheblicher Teil der bisher nicht in der Festrüstungs-Rüstfamilie enthaltenen Bau- gruppentypen einen hohen Bauelementüberlapp zu den in der Fe- strüstung gerüsteten Bauelementtypen aufweist, jedoch nicht vollständig mit der vorhandenen Festrüstung gefertigt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie zugehörige Vorrichtung/System bzw. Anordnung anzugeben, bei dem für eine zu bestimmende Menge von Baugruppentypen, die nicht vollständig, d.h. nur teilweise mit einer vorgegebenen Festrüstung gefertigt werden können, eine modifizierte bzw. abgewandelte Festrüstung gefunden wird, um eine möglichst ma- ximierte Gesamtproduktionszeit bei der Bestückung/Fertigung mit Festrüstungen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Die Erfindung beansprucht ein Computer-implementiertes Ver- fahren zur Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen ei- ner vorgegebenen Menge von Baugruppentypen für eine gegebene Festrüstung einer gegebenen Bestückungslinie und einer zuge- hörigen modifizierten Festrüstung, wobei die Baugruppen der Baugruppentypen der Teilmenge nur teilweise mit Bauelementen der vorgegebenen Menge von Bauelementtypen bestückt werden können, wobei die Bauelementtypen, deren Bauelemente auf ei- ner vorgegebenen Menge von an einer Bestückungslinie anbring- baren Wechseltischen über einen vorgegebenen Zeitraum bereit- gehalten werden, unverändert bleiben, eine vorgegebene Fest- rüstung bilden, aufweisend folgende Schritte:

- Auswählen wenigstens eines Wechseltisches aus der vorgege- benen Menge der Wechseltische für einen Austausch von Bauele- menttypen;

- Bestimmen der Teilmenge von Baugruppentypen aus der vorge- gebenen Menge von Baugruppentypen;

- Ermitteln einer Menge von aussortierbaren Bauelementtypen, die auf dem wenigstens einen ausgewählten Wechseltisch gerüs- tet sind und die für die Bestückung der bestimmten Teilmenge der Baugruppentypen überflüssig (d.h. nicht notwendig, nicht benötigt werden) sind;

- Ermitteln einer Menge von notwendigen Bauelementtypen, die sich aus der vorgegebenen Menge der Bauelementtypen abzüglich der Menge der aussortierbaren Bauelementtypen ergibt;

- Ermitteln einer Menge von zusätzlichen Bauelementtypen, die zusammen mit der Menge der notwendigen Bauelementtypen für eine vollständige Bestückung der Baugruppen der bestimmten Baugruppentypen benötigt werden; - Bestimmen einer modifizierten Festrüstung derart, dass die aussortierbaren Bauelementtypen durch die zusätzlichen Bau- elementtypen (vollständig oder teilweise) ausgetauscht werden und die notwendigen Bauelementtypen Platz auf den restlichen Wechseltischen der vorgegebenen Menge der Wechseltische abzü- glich des ausgewählten Wechseltisches finden;

- Ausgeben der bestimmten Teilmenge der Baugruppentypen und der bestimmten modifizierten Festrüstung in einer geeigneten Form zur Steuerung und/oder zur Regelung einer vollständigen Bestückung der Baugruppen der bestimmten Baugruppentypen.

Eine Festrüstung wird - wie eingangs bereits erwähnt - durch Bereitstellen von Vorräten von Bauelementen der von ihr um- fassten Bauelementtypen auf einem oder mehreren Wechselti- schen gebildet. Einer eingangs erwähnten Festrüstungs- Rüstfamilie wird eine Festrüstung zugewiesen.

Ein (Bestückungs-)auftrag umfasst eine Stückzahl bzw. Menge von Baugruppen eines Baugruppentyps.

Dabei soll die bestimmte Teilmenge der Baugruppentypen derart optimiert werden, dass eine Kennzahl optimiert, insbesondere maximiert, wird. Die Kennzahl drückt die Summe über die Pro- duktionszeiten aller Baugruppentypen der Teilmenge aus. Sie drückt alternativ eine Anzahl an Bestückungsaufträgen mit den Baugruppentypen aus der Teilmenge aus oder kann auch eine Kombination aus beiden Anzahlen mit gegebenenfalls einer Ge- wichtung der beiden Anzahlen repräsentieren.

In einer Weiterbildung der Erfindung soll eine Menge von Bau- gruppentypen Produktionszeit-optimal für eine Bestückungsli- nien bestimmt bzw. ermittelt werden. Es können die aussor- tierbaren durch die zusätzlichen Bauelementtypen durch Abrüs- ten der Bauelemente der aussortierbaren Bauelementtypen und durch Aufrüsten der Bauelemente der zusätzlichen Bauele- menttypen auf dem wenigstens einen ausgewählten Wechseltisch ausgetauscht werden. So können auf dem wenigstens einen aus- gewählten Wechseltisch beispielsweise nur einzelne Spuren an den Wechseltischen genommen werden, um die Bauelemente der aussortierbaren Bauelementtypen aus diesen Spuren zu entneh- men bzw. abzurüsten und an den freigewordenen Plätzen bzw. Spuren Bauelemente der benötigten zusätzlichen Bauelementty- pen aufzurüsten.

In der Praxis wird der Tausch ganzer festgerüsteter Wechsel- tische bevorzugt. Die Baugruppentypen aus der Teilmenge und die übrigen Baugruppentypen aus der vorgegebenen Menge benö- tigten für ihre Bestückung in der Regel ein gemeinsames Bau- elementspektrum. Das gemeinsame BauelementSpektrum kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch Tausch zumindest eines Wechseltisches aus der Festrüstung durch zumindest ei- nen anderen Wechseltisch komplett abgedeckt wird. So kann der zumindest eine andere Wechseltisch zusätzlich festgerüstet bzw. fest vorgerüstet bereitgestellt werden. Dadurch entsteht eine sogenannte modifizierte Festrüstung. Müssen nun Baugrup- pen aus der der modifizierten Festrüstung gefertigt werden, so genügt der schnelle Austausch des zumindest einen Wechsel- tisches, um sofort weiterproduzieren zu können.

Die Erfindung bringt somit den Vorteil mit sich, dass die Flexibilität in der Produktion der Baugruppen und der Produk- te erhöht wird, in denen die gefertigten Baugruppen einge- setzt werden sollen.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die aussortier- baren durch die zusätzlichen Bauelementtypen dadurch ausge- tauscht, dass an der Bestückungslinie der wenigstens eine Wechseltisch mit wenigstens einem anderen Wechseltisch ausge- tauscht wird, der mit Bauelementen der zusätzlichen Bauele- menttypen und mit Bauelementen der gleichen notwendigen Bau- elementtypen, die auf dem wenigstens einen ausgewählten Wech- seltisches gerüstet sind, vorgerüstet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die aussortier- baren durch die zusätzlichen Bauelementtypen dadurch ausge- tauscht, dass an der Bestückungslinie der wenigstens eine Wechseltisches mit wenigstens einem anderen Wechseltisch aus- getauscht wird, der nur mit Bauelementen der zusätzlichen Bauelementtypen vorgerüstet ist.

Die die Anzahl der aussortierbaren Bauelementtypen und/oder die Anzahl der zusätzlichen Bauelementtypen dürfen höchstens einen Wechseltisch belegen.

Das obige Verfahren kann beliebig oft iteriert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und dessen Weiterbildun- gen/Ausführungsformen können zentral auf einem Steuerungssys- tem vorzugsweise der nachstehend beschriebenen Art ausgeführt werden.

Die zur Steuerung bzw. zur Regelung einer vollständigen Be- stückung der Baugruppen der bestimmten Baugruppentypen und der damit verbundenen, zur Steuerung der Bestückung dieser Baugruppen geeignete Form ist vorzugsweise computerlesbar. Mit der Steuerung bzw. Regelung der Bestückung der Baugrup- pen, die entsprechenden Baugruppentypen zugeordnet sind, wird die Bestückung der Baugruppen schließlich ausgeführt.

Anhand der bestimmten Teilmenge der Baugruppentypen und der bestimmten modifizierten Festrüstung in genannter Form kann die Bestückung von Baugruppen gesteuert und/oder geregelt und/oder zur Ausführung gebracht werden.

Beim obigen computer-implementierten Verfahren kann unter „erfasst" bzw. „erfassbar" bzw. „vorgegeben" bzw. „vorgebbar" verstanden werden, dass ein oder mehrere Eingabewerte be- reits, beispielsweise durch Standard (werte), festgelegt sind oder von einem Benutzer und/oder durch Ausgabewerte eines vorgeschalteten computerimplementierten Verfahrens vorgegeben bzw. festgelegt werden und/oder vorgebbar bzw. festlegbar sind. Damit werden diese Eingabewerte vom computer- implementierten Verfahren erfasst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Durchführung des Verfahrens mittels Gemischt Ganzzahliger Programmierung. Die Gemischt Ganzzahlige Programmierung stellt einen globalen Optimierungsansatz dar, der leicht er- weiterbar ist und für die kommerzielle Lösungsverfahren bzw. Lösungsvorrichtungen, auch Solver genannt, erhältlich sind. Mittels Gemischt Ganzzahliger Programmierung können in einer Vielzahl möglicher Lösungen globale Maxima gefunden werden, so dass eine besonders gute Lösung gefunden werden kann. Er- hältliche Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Gemischt Ganzzah- ligen Programmierung werden laufend verbessert, sodass zu er- warten ist, dass zukünftig noch bessere Optimierungsergebnis- se erzielbar sein werden.

Es kann ein Maß vorbestimmt sein bzw. werden, das einen An- teil an einem Unterschied zwischen der Kennzahl und einer ma- ximal erreichbaren Zuordnungsgüte ausdrückt. Dieser Unter- schied wird auch „Gap" genannt. Es wird bevorzugt, ein Opti- mierungsverfahren zu verwenden, bei dem dieser „Gap" bestimmt werden kann. Das kann insbesondere mit der Gemischt Ganzzah- lige Programmierung erreicht werden.

Aus der erfindungsgemäßen Bestimmung der Teilmenge der Bau- gruppentypen und der zugehörigen modifizierten Festrüstung resultiert eine Produktivitätssteigerung in einem Fertigungs- werk, indem

• Rüstaufwand deutlich reduziert wird

• die Produktivität durch kürzere Durchlaufzeiten, kür- zere Umrüstzeiten und Produktionszeiten erhöht wird.

• Flexibilität, Durchsatz, Liefertreue werden erhöht

• Niedrigere Losgrößen möglich sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Steuerungssystem umfassend mindestens eine Recheneinheit, die dazu konfigu- riert ist, ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestim- mung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vorgegebenen Menge von Baugruppentypen für eine gegebene Festrüstung einer gegebenen Bestückungslinie und einer zugehörigen modifizier- ten Festrüstung nach der oben genannten Art und dessen Wei- terbildungen/Ausführungsformen auszuführen.

Es kann das erfindungsgemäße Steuerungssystem zentral für mehrere Bestückungslinien geben. Es können eine oder mehrere Steuerungsvorrichtungen, die dann jeweils für die einzelnen Bestückungslinien zuständig sind, mit dem Steuerungssystem verbunden sein. Das Steuerungssystem kann auch abgesetzt von der Steuerungsvorrichtung/den Steuerungsvorrichtungen und ge- gebenenfalls außerhalb des Fertigungswerks in einem Rechen- zentrum bzw. in einer Cloud (Rechnerwolke) angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass je ein Steuerungssystem für mehrere Bestückungslinien bzw. ein Steuerungssystem pro Bestückungs- linie vorgesehen ist. Bei der zuletzt genannten dezentralen Lösung kommunizieren die mehreren Steuerungssysteme entspre- chend untereinander über ein drahtgebundenes und/oder draht- loses Kommunikationsnetzwerk.

Das System bzw. die Vorrichtung und ggf. dazugehörige Ein- heit (en) sind dazu eingerichtet, solche Verfahrensschritte auszuführen, und können hardware-, firmware- und/oder soft- waremäßig implementiert sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm (- produkt) umfassend einen durch eine Recheneinheit bzw. Pro- zessor ausführbaren Programmkode oder mehrere durch mehrere Recheneinheiten ausführbare und zusammenwirkende Programm- kodemodule, welches oder welche Befehle aufweisen, die, die Ausführung des Verfahrens nach, einer der oben genannten Aus- führungsformen auf dem Steuerungssystem der oben genannten Art veranlassen.

Das Computerprogramm bzw. -produkt kann auf einem computer- lesbaren Speichermedium bzw. Datenträger gespeichert sein. Es ist möglich, dass das Computerprogramm (-produkt) in ein Da- tenträgersignal eingebunden ist, das für ein Herunterladen desselben von einem Server auf ein Speichermedium vorgesehen ist. Das Computerprogramm bzw. -produkt kann in einer übli- chen Programmiersprache (z.B. C++, Java) erstellt sein. Eine Verarbeitungseinrichtung bzw. Prozessor für die Ausführung dessen Programmkodes/Programmkodemodule kann einen marktübli- chen Computer oder Server mit entsprechenden Eingabe-, Ausga- be- und Speichermitteln umfassen. Diese Verarbeitungseinrich- tung bzw. Recheneinheit kann im Steuerungssystem bzw. - Vorrichtung bzw. in deren Einheiten integriert sein.

Das computer-implementierte Verfahren betrifft auch sogenann- te Cloud-Dienste (Cloud = Rechnerwolke). Eine Rechnerwolke um fasst in der Regel ein oder mehrere Server, die von einem Cloud-Diensterbringers betrieben werden und dazu eingerichtet sind, einen Cloud-Dienst an einen Dienstnehmer z.B. einem Werkverbund zu liefern. Demnach kann das System in einer Rechnerwolke realisiert sein.

Das Steuerungssystem bzw. die Steuerungsvorrichtungen sowie das Computerprogramm (-produkt) und Datenträger bzw. Datenträ- gersignal können analog zum oben genannten Verfahren und des- sen Weiterbildungen weiter- bzw. ausgebildet sein.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfin- dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.

Figur 1 zeigt beispielhaft ein Bestückungssystem, und

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Ver- fahrens .

Figur 1 zeigt ein Bestückungssystem 100 mit einer oder mehre- ren Bestückungslinien. Das Bestückungssystem 100 umfasst eine oder mehrere Bestückungslinien 110 und ein Steuerungssystem 115.

Jede Bestückungslinie 110 umfasst ein optionales Transport- system 125 sowie einen oder mehrere Bestückungsautomaten 130. Jeder Bestückungsautomat 130 umfasst einen oder mehrere Be- stückungsköpfe 135, die jeweils dazu eingerichtet sind, von einem Wechseltisch 140 Bauelemente bzw. -teile 155 aufzuneh- men und an einer vorbestimmten Position auf der Baugruppe bzw. Leiterplatte 120 zu positionieren, die sich auf dem Transportsystem 125 befindet.

Während des Bestückungsvorgangs steht die Leiterplatte 120 bezüglich des Bestückungsautomaten 130 üblicherweise still. Die Wechseltische 140 umfassen jeweils eine Vielzahl von För- derern bzw. Zuführungseinrichtungen 150, von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Jede Zuführungs- einrichtung 150 hält einen Vorrat von Bauelementen 155 eines vorbestimmten Bauelementtyps 160 bereit. Für die Bauelemente 155 hat die Zuführungseinrichtung 150 ein Fassungsvermögen, das üblicherweise in Spuren ausgedrückt wird. Eine Spur ist üblicherweise 8 mm breit und die Zahl der Spuren jeder Zufüh- rungseinrichtung 150 ist beschränkt, beispielsweise auf 40. Bauelemente 155 des gleichen Bauelementtyps 160 sind übli- cherweise bereitgestellt in einem Gurt, auf einem Tablett oder in einer Röhre. Jeder Bauelementtyp 160 benötigt Platz in der Zuführungseinrichtung 150 mit einer vorbestimmten An- zahl an Spuren, die üblicherweise aneinander angrenzen müs- sen.

Jede Zuführungseinrichtung 150 kann zur Bereithaltung unter- schiedlicher Bauelemente 155 konfiguriert werden und übli- cherweise können unterschiedliche Zuführungseinrichtungen 150 an einem Wechseltisch 140 angebracht werden. Wird ein Bauele- ment 155 eines Bauelementtyps 160 am Bestückungsautomaten 130 benötigt, der nicht in einem der Wechseltische 140 vorhanden ist, so wird üblicherweise nicht einer der angebrachten Wech- seltische 140 mit den benötigten Bauelementen 155 versehen, sondern komplett gegen einen anderen, entsprechend bestückten Wechseltisch 140 ausgetauscht. Das Aufrüsten eines einzuwech- selnden Wechseltischs 140 mit Bauelementen 155 wird Vorrüs- tung genannt und kann eine Bearbeitungszeit im Stundenbereich erfordern. Da ein Wechsel von Wechseltischen 140 an der Bestückungslinie 110 üblicherweise mit einem Produktionsstillstand verbunden ist, wird angestrebt, möglichst seltene Wechsel der Wechsel- tische 140 durchzuführen.

Ein Bestückungsauftrag umfasst die Stückzahl der zu bestü- ckenden Leiterplatten eines Leiterplattentyps. Zur Bestückung einer anhand der Bestückungsaufträge vorbestimmbaren Menge von Leiterplatten 120 können Rüstungen gebildet sein, die je- weils Vorräte von Bauelementen 155 von vorbestimmten Bauele- menttypen 160 umfassen, wobei jede Leiterplatte der Menge der Leiterplatten 120 mit Bauelementen 155 der Rüstung vollstän- dig bestückt werden kann. Eine Rüstung kann realisiert sein durch eine Anzahl an Wechseltischen 140. In der Darstellung von Figur 1 sind eine Festrüstung 165, deren Wechseltische 140 an der Bestückungslinie 110 angebracht sind, und eine Va- riantenrüstung 170, deren Wechseltische 140 von der Bestü- ckungslinie 110 getrennt sind, gebildet. Es können eine oder mehrere Festrüstungen 165 und eine oder mehrere Variantenrüs- tungen 170 vorgesehen sein. Ein angestrebter Fall ohne Vari- antenrüstungen 170 ist möglich.

Die Festrüstung 165 ist dazu eingerichtet, zumindest während eines Planungshorizonts, der beispielsweise ein halbes Jahr oder ein Jahr betragen kann, bezüglich seiner Bauelementtypen 160 unverändert bzw. bestehen zu bleiben. Es können also im Bedarfsfall zwar Bauelemente 155 an den Wechseltischen 140 der Festrüstung 165 nachgefüllt werden, die Zuordnung von Bauelementtypen 160 zu Spuren der Wechseltische 140 bleibt jedoch unverändert. Sind mehrere Festrüstungen 165 vorgese- hen, so können diese innerhalb des Planungshorizonts gegenei- nander ausgetauscht werden.

Eine Variantenrüstung 170 hingegen ist dazu eingerichtet, während des Planungshorizonts Bauelemente 155 unterschiedli- cher Bauelementtypen 160 aufzunehmen, besteht aber nur tempo- rär. Dazu werden üblicherweise die Wechseltische 170, während sie nicht an der Bestückungslinie 110 angebracht sind, von Bauelementen 155 vorbestimmter Bauelementtypen 160 abgerüstet und mit Bauelementen 155 anderer Bauelementtypen 160 aufge- rüstet. Diese Umrüstung kann einen erheblichen Anteil manuel- ler Arbeit umfassen und zeitaufwändig sein.

Eine Rüstfamilie, sei es eine Festrüstungs-Rüstfamilie bzw. Variantenrüstungs-Rüstfamilie, ist bestimmt als eine Menge von Leiterplattentypen, deren Leiterplatten auf einer Bestü- ckungslinie bestückt werden können, ohne die Menge der Bau- elementtypen zu ändern, die an der Bestückungslinie für die Bestückung bereitgehalten werden. D.h. es muss nicht umgerüs- tet werden.

Das Steuerungssystem 115 ordnet Leiterplattentypen 122, deren zugeordnete Leiterplatten 120 auf der Bestückungslinie 110 bestückt werden sollen, einer Rüstfamilie zu. Eine Rüstfami- lie ist eine Menge von Leiterplattentypen 122, deren Leiter- platten 120 vollständig mit Bauelementen 155 bestückt werden können, die in der zugeordneten Rüstung 165, 170 bereitge- stellt sind. Eine Rüstfamilie ist/wird üblicherweise genau einer Rüstung 165, 170 zugeordnet und umgekehrt.

Eine oder mehrere nicht dargestellte Steuerungsvorrichtungen, die jeweils für eine oder mehrere Bestückungslinien 110 die Steuerung-/Regelung des Baugruppenbestückungsprozesses auf den Bestückungslinien zur Erfüllung der Bestückungsaufträge eingerichtet ist/sind, kann/können jeweils mit dem (zentra- len) Steuerungssystem 115 in einer Cloud bzw. Rechnerwolke über drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerktechniken ver- bunden sein.

Das genannte Steuerungssystem 115 ist dazu ausgestaltet, das nachfolgend noch näher erläuterte erfindungsgemäße computer- implementierte Verfahren zur Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vorgegebenen Menge von Baugruppentypen und einer zugehörigen modifizierten Festrüstung auszuführen. Das Steuerungssystem kann eine Recheneinheit umfassen, die mit einem nicht dargestelltem Datenspeicher bzw. -medium ver- bunden sein kann. Aus dem Datenspeicher können gegebenenfalls gespeicherte bzw. vorkonfigurierte Modelle der Bestückungs- systeme abrufen werden. In das Steuerungssystem können zudem eine oder mehrere nicht dargestellte Optimierungseinheiten integriert oder mit dieser gekoppelt sein, in denen sogenann- te Solver, z.B. Cplex, Gurobi, eingesetzt werden können. Sol- ver (Löser) sind spezielle mathematische Computerprogramme, die mathematische Probleme numerisch lösen können.

In der Optimierungseinheit kann oder in den Optimierungsein- heiten, welche mit der Recheneinheit zusammenspielt/-spielen oder in die Recheneinheit integriert sein können, können (im Multiprocessing) die Auswahl wenigstens eines Wechseltisches aus der vorgegebenen Menge der Wechseltische und die Bestim- mung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vorgegebenen Menge von Baugruppentypen sowie einer zugehörigen modifizier- ten Festrüstung durchgeführt werden. Zudem kann/können die Optimierungseinheit (en) die aussortierbaren Bauelementtypen, die auf dem wenigstens einen ausgewählten Wechseltisch gerüs- tet sind, die notwendigen und zusätzlichen Bauelementtypen ermitteln, wobei die zusätzlichen Bauelementtypen zusammen mit den notwendigen Bauelementtypen für eine vollständige Be- stückung der Baugruppen der bestimmten Baugruppentypen der Teilmenge benötigt werden. Zudem kann/können die Optimie- rungseinheit (en) eine modifizierten Festrüstung derart be- stimmen, dass die aussortierbaren Bauelementtypen durch die zusätzlichen Bauelementtypen ausgetauscht werden.

Im Ausführungsbeispiel kann ein Baugruppentyp beispielsweise insgesamt 200 Bauelementtypen benötigen, von den 190 bereits in der Festrüstung enthalten sind. In der Festrüstung seien insgesamt 400 Bauelementtypen gerüstet. Für die Bestückung dieses Baugruppentyps müssten also lediglich 10 Bauelementty- pen aus der Festrüstung aussortiert bzw. abgerüstet werden (welche dafür überflüssig sind bzw. nicht benötigt werden) und an dem freigewordenen Platz die 10 zusätzlich benötigten Bauelementtypen aufgerüstet werden. Es wird dazu wenigstens eine Wechseltisch aus der Festrüstung ausgewählt, auf dem die aussortierbaren Bauelementtypen durch die zusätzlichen er- setzt werden. Bevorzugt wird zumindest ein zweiter anderer Wechseltisch, der mit den zusätzlichen Bauelementtypen und gegebenenfalls mit notwendigen Bauelementtypen vorgerüstet ist, bereitgestellt. In der Festrüstung wird der Austausch der beiden genannten Bauelementtypen durch Austausch des we- nigstens einen ausgewählten Wechseltisches mit dem bereitge- stellten zweiten Wechseltisch erreicht. Als Ergebnis des Aus- tausches soll eine modifizierte Festrüstung an der Bestü- ckungslinie zur Bestückung der Baugruppen der Baugruppentypen aus der bestimmten Teilmenge zur Verfügung gestellt werden.

Eine nicht dargestellte Ausgabeeinheit des Steuerungssystems liefert die bestimmte Teilmenge von Baugruppentypen und die bestimmte modifizierte Festrüstung in einer zur Steuerung und/oder zur Regelung der Bestückungsauftragserfüllung geeig- neten Form. Eine solche Form sollte computerlesebar sein z.B. ein oder mehrere Excellisten in CSV-Format, die die bestimm- ten einzelnen Baugruppentypen und die aussortierbaren und zu- sätzlichen Bauelementtypen für den wenigstens einen ausge- wählten Wechseltisch und gegebenenfalls die Bauelementtypen zu der vorgegebenen Festrüstung der verbleibenden Wechselti- sche enthält, wobei gegebenenfalls aus der Information aus dem Datenspeicher entnommen werden kann, welcher Bauele- menttyp für welchen Baugruppentyp zu dessen Bestückung geeig- net ist.

Anschließend kann bewertet werden, vorzugsweise mittels Simu- lation, welche Auswirkungen die modifizierte Festrüstung auf den Betrieb der Bestückungslinie haben. Es soll eine Ziel- funktion der genannten Optimierung ihr Maximum bzw. eine vor- gebbare Kennzahl erreichen.

Gegebenenfalls kann dann die Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vorgegebenen Menge von Baugruppentypen und einer zugehörigen modifizierten Festrüstung wiederholt werden. Diese Excelliste (n) können dann jeweils an ein oder mehrere nicht dargestellte Steuerungsvorrichtungen zu deren Empfang an einer Empfangseinheit gesendet werden. Die nicht darge- stellte Steuerungsvorrichtung kann dann die Steuerung und/oder Regelung einer Bestückung von Leiterplatten entspre- chend vornehmen.

Zusätzlich und alternativ ist es möglich, dass das Steue- rungssystem andere computerlesbare Steuerungssignale aussen- det bzw. in Empfang annimmt, um daraus in ihrer Recheneinheit den Steuerungs-/Regelungsprozess zu veranlassen.

Das Bestücken der Baugruppen bzw. Leiterplatten wird übli- cherweise so durchgeführt, dass die Bauelemente 155 einzeln mittels Lötpaste an den Leiterplatten 120 fixiert werden. An- schließend können die bestückten Leiterplatten 155 in einem Reflow-Ofen fertig gestellt werden, in dem die Lötpaste vo- rübergehend aufgeschmolzen wird, sodass die Bauelemente 155 elektrisch und mechanisch mit Leiterbahnen an der Oberfläche der Leiterplatte 120 verbunden werden.

Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Ver- fahrens umfassend folgende Schritte:

Im Schritt 10 wird die Menge von Baugruppentypen und die Men- ge von Bauelementtypen vorgegeben, deren Bauelemente auf ei- ner vorgegebenen Menge von an einer Bestückungslinie anbring- baren Wechseltischen über einen vorgegebenen Zeitraum fest gerüstet sind, eine vorgegebene Festrüstung bilden.

Im nächsten Schritt 20 wird wenigstens eines Wechseltisches aus der vorgegebenen Menge der Wechseltische ausgewählt;

In Schritt 30 wird die Teilmenge von Baugruppentypen aus der vorgegebenen Menge von Baugruppentypen bestimmt, für die in Schritt 50 eine modifizierte Festrüstung bestimmt werden soll. In Schritt 40 werden folgende Mengen von Bauelementtypen er- mittelt :

- eine Menge von aussortierbaren Bauelementtypen, die auf dem wenigstens einen ausgewählten Wechseltisch gerüstet sind und die für die Bestückung der bestimmten Teilmenge der Baugrup- pentypen überflüssig sind,

- eine Menge von notwendigen Bauelementtypen, die sich aus der vorgegebenen Menge der Bauelementtypen abzüglich der Men- ge der aussortierbaren Bauelementtypen ergibt, und

- Menge von zusätzlichen Bauelementtypen, die zusammen mit der Menge der notwendigen Bauelementtypen für eine vollstän- dige Bestückung der Baugruppen der bestimmten Baugruppentypen benötigt werden.

In Schritt 50 wird eine modifizierten Festrüstung derart be- stimmt, dass die aussortierbaren Bauelementtypen durch die zusätzlichen Bauelementtypen ausgetauscht bzw. ersetzt wer- den.

Optional Schritt 60: Für Schritt 50 können verschiedene Ne- benbedingungen zusätzlich berücksichtigt werden, die bei- spielsweise in der nachfolgenden Formulierung eines Gemischt ganzzahligen Programms näher beschrieben werden.

Dieser Schritt 60 kann auch übersprungen werden, dann folgt nach Schritt 50 direkt Schritt 70.

Schritt 70: Auf der Basis einer Kennzahl, die im Folgenden berechnet wird, kann die Durchführung der Schritte 20 bis 60 derart optimiert werden, dass ein Optimum, vorzugsweise ein Maximum, dieser Kennzahl erreicht wird. Neben anderen oben im Allgemeinen Teil der vorliegenden Anmeldung genannten Ausfüh- rungsformen der Kennzahl, wird die Kennzahl im Ausführungs- beispiel bevorzugt wie folgt berechnet: die Summe über die Produktionszeiten aller Baugruppentypen der Teilmenge wird maximiert . Optional wird das Verfahren mit Fortfahren mit Schritt 20 wiederholt, um die Kennzahl gegebenenfalls weiter zu optimie- ren, insbesondere zu maximieren.

Zuletzt wird in Schritt 80 das Ergebnis der bestimmten Teil- menge der Baugruppentypen und der bestimmten modifizierten Festrüstung in einer zur Steuerung und/oder zur Regelung der Bestückungsauftragserfüllung geeigneten (bevorzugt computer- lesbaren) Form ausgegeben.

Zur Optimierung der oben beschriebenen Verfahrensschritte können beliebige Optimierungsmethoden verwendet werden, bei- spielsweise auf der Basis von lokalen Suchverfahren oder me- taheuristischen Algorithmen. Bei jedem Durchlauf der genann- ten Schritte wird die beste bislang bestimmte Zuordnung pseu- do-zufällig oder nach einer Heuristik variiert, sodass sich veränderte Zuordnungen ergeben, von denen die mit der optima- len Zuordnungsgüte ausgewählt wird.

Ein Spezialfall von Optimierungsmethoden ist die lineare Op- timierung. Sie befasst sich mit der Optimierung linearer Zielfunktionen über einer Menge, die durch lineare Gleichun- gen und Ungleichungen eingeschränkt ist. Sie ist Grundlage der Lösungsverfahren der (gemischt-) ganzzahligen linearen Optimierung. Im Zusammenhang mit MIP (mixed integer program- ming) bzw. MILP (gemischt ganzzahlige Lineare Programmierung) können für kleine IP-Programme (ganzzahlige Optimierungsmo- delle) Standardsolver wie z.B. CPLEX, Scip, Gurobi, Xpress verwendet werden.

Schwieriger als die lineare Optimierung ist der Fall der nichtlinearen ganzzahliger Optimierung (MINLP), bei der die Zielfunktion, die Nebenbedingungen (NB) oder beide vorliegen können. Die Lösung wird erreicht, indem geeignete lineare Ap- proximationen verwendet werden, so dass Standardsolver direkt verwendet werden können. Darüber hinaus können die oben ge- nannten Standardsolver jeweils bestimmte Arten von nichtline- aren Problemen bereits lösen. Außerdem gibt es zusätzliche Solver, die auf die Lösung nichtlinearer Probleme speziali- siert sind (z.B. ANTIGONE, BARON).

Bevorzugterweise erfolgen die Schritte 10 bis 80 durch Lösen eines Gemischt Ganzzahligen Programms. Optimierer (Solver) auf der Basis Gemischt Ganzzahliger Programmierungen sind - wie oben erläutert - als kommerzielle Produkte erhältlich.

Vorteile der Gemischt ganzzahligen linearen Optimierung (MILP = Mixed Integer Linear Programming) sind:

Globaler Optimierungsansatz.

Leicht erweiterbar.

Sehr gute kommerzielle Standard-Solver (z.B. Gurobi, SCIP, CPLEX, Ilog, Xpress), die in der Praxis weit ver- breitet und bewährt sind.

Für eine ermittelte Lösung ist bekannt, wie weit sie ma- ximal von der optimalen Lösung entfernt ist (Gap).

Im Folgenden wir ein Beispiel für eine MILP-Formulierung zur Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen einer vorgege- benen Menge von Baugruppentypen und einer zugehörigen modifi- zierten Festrüstung.

Der erfindungsgemäße Ansatz verfolgt die Bestimmung einer Teilmenge von Baugruppentypen aus einer vorgegebenen Menge von Baugruppentypen für eine gegebene Festrüstung einer gege- benen Bestückungslinie, welche durch Auswahl zumindest eines Wechseltisches für einen Austausch von Bauelementtypen geeig- net ist. Das MILP (Mixed integer linear programming bzw. ge- mischt ganzzahliger linearer Programmierung) beschreibt ein Verfahren, das lediglich die Mengen der für die Festrüstung bzw. die modifizierte Festrüstung benötigten Bauelementtypen betrachtet. In der Praxis benötigt man aber noch die konkrete Rüstung dieser Bauelementtypen, d.h. welche auf welchen Wech- seltischen gerüstet werden. Dieser Ansatz kann auf einen oder auf mehrere Tauschtische angewandt werden. Die durch einen Austausch des zumindest einen ausgewählten Wechseltisches mit zumindest einem anderen Wechseltisch modifizierte Festrüstung wird so gebildet, dass ein möglichst hohes Produktionsvolumen an Baugruppentypen durch die in der modifizierten Festrüstung enthaltenen Baugruppentypen abgedeckt wird. Es ist auch mög- lich, den ausgewählten Tisch nicht zu tauschen, sondern Bau- elementtypen auf Spuren durch andere Bauelementtypen, die für die Bestückung der Baugruppentypen aus der Teilmenge benötigt werden, zu ersetzen bzw. auszutauschen.

In der MILP-Formulierung gelten die folgenden Bezeichnungen.

Indices

FC Menge der Bauelementtypen in der Festrüstung

(„fixed comps")

NC Menge der zusätzlichen Bauelementtypen, die nicht in der Festrüstung enthalten sind („new comps ")

R Menge der möglichen zusätzlichen Baugruppenty- pen für die modifiziert Festrüstung (nicht in der Festrüstung enthalten)

R _c Teilmenge der Baugruppentypen aus R, die den

Bauelementtyp c (aus FC oder NC) benötigen

Parameter

Width _c Platzverbrauch eines Bauelementtyps c in Spuren

TableCap Anzahl der Spuren des Wechseltisches

LineCap Anzahl der Spuren aller Wechseltische der Bestückungslinie

Time _r Gesamte Produktionszeit des Baugruppentyps r

(Anzahl mal Einzelproduktionszeit)

MaxAdded Maximale Anzahl von zusätzlichen Bauelementty- pen, die hinzugefügt werden

MaxExcluded Maximale Anzahl der aussortierbaren bzw. abzurüstenden Bauelementtypen

Binärvariablen assign _r 1, falls Baugruppentyp r in die modifizierte

Festrüstung aufgenommen wurde (0 sonst). added _nc 1, falls Bauelementtyp nc in der modifizierten

Festrüstung gerüstet wurde (0 sonst). excluded _fc 1, falls Bauelementtyp fc aus der Festrüstung aussortiert bzw. abgerüstet wurde (0 sonst).

Zielfunktion:

Nebenbedingungen :

(1)Die nicht exkludierten (aussortierten) Bauelementtypen müssen auf den restlichen Tischen der Bestückungslinie Platz finden:

(2)Die exkludierten Bauelementtypen dürfen höchstens einen Wechseltisch belegen:

(3)Die hinzugefügten (added) Bauelementtypen dürfen höchstens einen Wechseltisch belegen: (4)Alle hinzugefügten Bauelementtypen der Teilmenge der Baugruppentypen aus R müssen in der modifizierten Festrüstung gerüstet sein:

(5)Alle aus der Festrüstung übernommenen (nicht exkludierten) Bauelementtypen der Teilmenge der Baugrup- pentypen aus R müssen in der modifizierten Festrüstung gerüstet sein:

(6)Die Anzahl der zusätzlichen Bauelementtypen, die hinzugefügt werden, ist begrenzt:

(7)Die Anzahl der aussortierbaren Bauelementtypen, die exkludiert werden, ist begrenzt:

(8)Variabienrestriktionen assign _r ∈{0,1} r∈R added _nc ∈{0,1} nc∈NC excluded _fc ∈£0,1} fc∈FC

Wird der Schwerpunkt des Verfahrens auf bestmögliche Produk- tionszeiten für die Festrüstungsbaugruppentypen gelegt, so wird vorteilhafterweise zuerst die Festrüstung erstellt, wodurch für jeden Wechseltisch die Menge der darauf zu lie- genden Bauelementtypen definiert ist.

Nun kann ein Wechseltisch ausgewählt werden, der für die Bil- dung der modifizierten Festrüstung verändert oder gewechselt bzw. getauscht werden soll. Vor Einsatz des MILP wird in die- ser Ausführungsform lediglich die Variable excluded = 1 für Baugruppentypen gesetzt, die in der Festrüstung auf dem aus- gewählten Tisch zugeordnet wurden, und für die anderen Bau- elementtypen excluded = 0. Das MILP findet dann für diesen Wechseltisch den bestmöglichen Wechseltisch, der mit Bauele- menttypen für die modifizierte Festrüstung gerüstet wird. Sollen nur einzelne Bauelementtypen/Förderer getauscht wer- den, so ist im MILP nur excluded = 0 für alle Bauelementtypen der Festrüstung zu setzen, die nicht auf dem ausgewählten Wechseltisch liegen.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Die Implementierung der vorstehend beschriebenen Prozesse oder Verfahrensabläufe/-schritte kann anhand von Befehlen bzw. Instruktionen erfolgen, die auf computerlesbaren, nicht- flüchtigen Speichermedien oder in flüchtigen Computerspei- chern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Spei- cher bezeichnet) vorliegen. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer oder RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechseldatenträger, Fest- platten, usw.

Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktionssatzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktions- satz oder an eine bestimmte Form von Instruktionssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozes- soren, integrierte Schaltungen usw. im Alleinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können ver- schiedenste Verarbeitungsstrategien zum Einsatz kommen, bei- spielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Pro- zessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallel- verarbeitung usw.

Die Instruktionen können in lokalen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem ent- fernten System z.B. Cloud abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen .

Unter „rechner-/computergestützt " bzw. „computer- implementiert" kann im Zusammenhang mit der Erfindung bei- spielsweise eine Implementierung des Verfahrens verstanden werden, bei dem insbesondere ein Prozessor bzw. eine Rechen- einheit, der Teil des Steuerungssystems bzw. der (Steuerungs- bzw. Verarbeitungs-)Vorrichtung bzw. -einheit und/oder eines Computers und/oder eines oder mehrerer Dienste in einer Rech- nerwolke (Cloud) eines Diensterbringers sein kann, mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt.

Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders an- gegeben ist, beziehen sich die Begriffe "abbilden", "nachbil- den", "empfangen", "anwenden", "ausgeben", "bereitstellen" und dergleichen vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt oder vorliegen können.

Der Begriff "Prozessor", "zentrale Signalverarbeitung", "Steuereinheit" oder "Datenauswertemittel", wie hier verwen- det, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozesso- ren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische inte- grierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und be- liebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbei- tungsmittel . Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Systemen bzw. Vorrichtungen bzw. Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung bzw. Ausführung von Instruktionen ausgelegt bzw. konfiguriert sein. Unter einer „Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein computerlesbares Speicherme- dium in Form von Arbeitsspeicher (engl. Random-Access Memory, RAM) oder eine Festplatte verstanden werden.