電子技術的發展日新月異，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，電子設備結構復雜與改型快的矛盾、預研與實際生產之間的矛盾也將表現地更加突出。傳統的工藝編制方式不能很好地管理、利用企業的基礎工藝知識，工藝編制效率低，迫切需要采用先進的工藝編制方式，改善電子裝配企業的工藝管理狀況，提高工藝編制的效率，使企業以最快的速度將產品投入市場。
目前國內大部分的計算機輔助工藝（Computer Aided Planning，CAPP）系統是針對機械零件加工領域的，裝配CAPP方面的研究與機加工CAPP相比，顯得有些滯后。這種情況是多種因素制約的結果：一方面是在傳統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、不確定性和經驗性，這種情況造成了裝配工藝的不規范性和工藝規則的模糊性；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系，需解決的問題更加復雜。以上兩個因素是造成裝配CAPP研究進展緩慢的主要原因。
電子產品的裝配與機械產品的裝配有著顯著的區別：一方面電子產品的結構較機械產品的結構簡單，更多地表現為元器件的裝配；另一方面電子裝配作業的自動化程度明顯高于機械產品裝配。這方面以印制電路板裝配（Print Circuit Assembly，PCA）為代表，由于通孔插裝技術尤其是表面貼裝技術（Surface Mount Technology，SMT）的應用，大部分裝配工序都可以由機器完成，大幅度提高了裝配作業的自動化水平。這就為CAPP技術在電子裝配領域內的應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)整機裝配工藝
位于產品制造過程的最后，從完工的零部件上綜合表現出生產車間各部門的情況。整機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，并且整機裝配不僅僅涉及到元器件、電路的裝配，同時也涉及到結構，使得裝配工藝的編制更加復雜，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經歷了手工、半自動、插裝THT和表面貼裝SMT4個發展階段。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：
①由于SMT的廣泛使用，使得印制電路板上的元器件種類、數量眾多，編制工藝規程時需要逐個對這些元器件進行識別，信息量龐大。
②機器操作，自動化程度高。
③對于表面貼裝和通孔插裝方法，其內部的工序順序相對固定，工藝設計重在對印制電路板上元器件的正確識別以及工藝參數的選擇。
④工藝規程較規范，工序內容的描述標準化程度強。
(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。對于電纜插頭數多于兩個且由許多根導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容也是固定的。復雜之處在于其插頭數目眾多，工藝員需要確定這些插頭的裝配順序，并給出導線接線表與展開圖。
2 系統體系結構
2.1 設計模式
根據不同電子裝配工藝設計的不同特點，電子裝配CAPP系統中應該具有以下兩種工藝設計模式：
(1)以人為主的交互式工藝設計
這種模式下人是工藝設計的主體，而計算機只是最大限度地輔助工藝員進行工藝編制，減少工藝員事務性的勞動，但并不參與決策的過程。該工藝設計模式適用于工藝編制復雜、工藝流程不確定的整機裝配工藝。根據整機裝配工藝的編制過程CAPP在這種模式下應主要完成一些輔助性工作。
(2)以計算機為主的智能化工藝設計
在這種模式下，計算機根據系統中存儲的決策性知識，自動決策生成工藝規程，人只是在必要時才介入計算機的決策過程。對于印制電路板裝配工藝和電纜裝配工藝設計，都適于采用這種方式。實現這種設計模式的基礎是對工藝設計中用到的知識進行總結，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計，知識主要體現在各種類型的電纜插頭的裝配方法上�？梢詫⑦@些裝配方法以典型工藝的形式存儲在知識庫中，供系統自動調用。
以上兩種工藝設計模式往往并不是割裂開的，而是有機地結合在一起。
2.2 總體框架
為解決傳統的電子裝配工藝編制模式帶來的問題，電子裝配CAPP系統還應滿足以下幾個要求。
(1)面向產品
企業的產品設計、生產準備、生產管理和成本核算等均以產品作為基本對象。面向產品的CAPP系統能擺脫以零組件為主體對象，可使產品信息得到最大程度的共享，保證工藝的一致性；有利于用計算機對產品工藝數據進行有效管理，將工藝人員從匯總統計等重復性勞動工作中解放出來，保證工藝文件的準確性、一致性；便于和PDM、MRPⅡ、MIS等系統集成。
(2)集成化
從企業信息化的角度考慮CAPP系統應具有高度的集成性，能夠保證與其他制造信息系統集成。
(3)網絡化
網絡化的CAPP系統能夠使所有工藝員共享一份產品數據，保證數據一致性，也易于實現工藝知識、經驗的共享。
(4)規范化
在手工設計情況下，設計的工藝一致性差、規范性差。系統必須保證設計工藝的規范化和標準化。
根據各種電子裝配工藝的特點以及在CAPP系統中將要采取的設計模式，并滿足電子裝配對CAPP系統的總體要求，確立電子裝配CAPP系統是以產品數據為核心、以數據庫為基礎、集智能化工藝設計與管理于一體并包含工藝知識管理的應用系統。該系統主要可以劃分為：產品結構管理、工藝知識管理、綜合智能化工藝設計以及各種輔助工具。系統總體結構如圖2所示。
圖2 基于知識的電子裝配CAPP系統體系
2.3 系統工作流程
產品結構管理員首先通過手工或產品結構導入工具建立產品結構，存放在CAPP的產品數據庫中。工藝員進入系統后根據需編制工藝的部件產品或組件的類型選擇一種工藝設計類型，在知識庫的支持下完成工藝設計。工藝設計的結果，即工藝規程存放在CAPP工藝規程庫中.系統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表現為三層體系結構：上層為圖形用戶界面，用戶通過該界面與系統進行交互；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、規則的定義與編輯等；下層為知識庫表（物理數據庫表）操縱與查詢層，該層實現對存儲在知識庫中數據的操縱與查詢。
圖4 知識庫系統邏輯結構圖
3.2 知識獲取與建模
知識獲取就是抽取領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。由于工藝設計經驗性強、技巧性高，工藝設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驗的工藝人員、企業現行的工藝文件以及企業的典型工藝規程里獲取。
在基于對象模型的知識獲取技術中，每個知識獲取過程都是以知識對象模型為模板進行。圖5表示工藝知識獲取步驟，知識工程師首先識別領域內信息實體——對象類；在對象識別的基礎上，確定對象類的屬性及屬性值域，找出對象之間、對象屬性之間的關系，并從已識別的對象和關系中識別相關的新的對象和關系，直到確定領域中所有對象；然后，確定操作領域對象和關系的方法，研究問題求解子任務，劃分、分類和組織知識單元，最終得到所有領域知識。
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用從底向上及從頂向下的技術。一方面知識的對象模型包括了豐富的領域對象、對象屬性、對象值域、對象關系、推理方法、任務結構，不斷進行數據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則是從頂向下技術的應用，其指導知識的獲取，不斷分析、補充新的知識。
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系統的領域對象，包括工藝對象（印制電路板裝配工藝、電纜裝配工藝、整機裝配工藝）、裝配對象（型號、系統、部件產品、零組件）；總結出這些對象的屬性；然后由頂向下，針對與每個領域相關的其他對象、對象屬性以及這些對象之間的關系，將決策知識按照其所屬的工藝對象實體進行組織，形成對象類下的方法；再結合對象類屬性與對象類之間的關系，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 系統工作流程
工藝系統首先獲取印制電路板裝配工藝信息，調用安裝方法與安裝順序，確定印制電路板總體工藝路線，繼而調用SMT與THT設計方法對工藝路線進行細化，最后針對工序鏈表中的所有工序，調用其對象類下的方法完成工序的詳細設計。以單面混裝流程為例，系統的工作過程如圖7所示。
圖7 電子裝配工藝系統工作流程
5 結束語
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械零件工藝的顯著特點，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構，在知識管理的基礎上，借助于CAPP的先進理念，深入研究基于知識的電子裝配CAPP系統，為CAPP技術從傳統制造業向電子裝配工藝領域的拓展奠定堅實的基礎。
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本文標題：基于知識的電子裝配工藝規劃系統研究
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