摘  要

目前，SMT技术的飞速发展，SMT产品制造系统的柔性化是大势所趋。本文是基于CIMS的环境下对SMT产品制造系统进行了分析，分析了在CIMS下SMT柔性制造系统的框架和主要特点。介绍了Petri网的基本概念及其在柔性制造系统的应用。

关键字：CIMS, SMT, FMS

Abstract: Now, SMT developed at very fast speed. SMT Production Flexible Manufacture System under the CIMS environment be analyzed in this article, analyzed the frame and primary characteristic of SMT Production Flexible Manufacture System under the CIMS environment. Introduced the basic concept and application of Petri in the Flexible Manufacture System.
Keywords: CIMS, SMT, FMS

引言  
随着电子产品向微型化、便携式、网络化和多媒体方向迅速发展，SMT(Surface Mount Technology)在电子行业正得到越来越广泛的应用。如何提高SMT制造系统的生产效率，如何对SMT产品制造企业的制造系统的优化，这一问题显的越来越重要。车间制造系统经常因为生产计划停滞或变更而无法尽快的调试试产，投入新的生产计划中去。因此SMT产品制造系统的柔性显的优为重要。

1 CIM及CIMS的提出
CIM是一种企业生产制造与生产管理进行优化的哲理。这种哲理首先是在1974年美国Joseph Harring-ton博士在其论文《Computer Integ-rated Manufacturing》中提出的。其基本观点是：这是针对企业所面临的激烈市场竞争形势而提出的组织企业生产的一种哲理。CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) 为计算集成制造系统，是基于CIM哲理构成的新型生产实体，是信息时代的一种新型生产制造模式。CIMS是通过网络数据库支撑工具把CAD、CAM、CAPP、CAE和ERP等自动化孤岛有机地结合起来，清除其接口间障碍，解决市场上多变的自动化生产的问题。CIMS的关键点也是集成。即通过计算机网络技术、数据库技术等软硬件技术，把企业生产过程中经营管理、生产制造、售后服务等环节联系在一起，构成了一个能适应市场需求变化和生产环境变化的大系统。

2 CIMS 环境下的SMT柔性制造系统
随着市场需求的多样化、个性化，传统的大批量的生产将越来越多地被中、小批量的生产所代替，所以，EMS(Enterprise Manufacture S ervice)企业的应变能力的强弱就成为EMS企业生存的一个重要的，甚至是决定性的因素。只有在最短的时间内生产出高质量产品的企业，才能赢得市场。
在电子制造行业，这种要求显的优为重要。在CIMS环境下，可以随时根据生产状况调整生产计划的执行，缩短生产计划周期，在保证完成任务的条件下，可以自主的控制和调整SMT生产线，以达到面对市场的柔性要求。柔性制造系统FMS(Flexible Manufacture System)便应运而生。 柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工对象变化的制造系统。柔性自动生产线是把多台可以调整的设备联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。

2.1 柔性制造系统分类及特点[1]
(1)FMS的分类
FMS具有良好的柔性，但是，这并不代表着一条SMT产品的柔性制造系统就能生产各种类型的产品，事实上，现有的柔性制造系统都只能制造一定种类的产品。现有的柔性制造系统大致可以分为三种类型：
①专用型
②监视型
③随机任务型
(2)FMS的特点
①多台数控设备
②自动装卸的传输系统
③能自动管理产品的生产过程
④物料的运输和储存必须是自动的
⑤能解决多产品工件的混合加工，而不增加额外费用
⑥具有优化调度功能，实现无人或减少人的加工
由于FMS将硬件、软件、数据库与信息的集成，而具有以下优点：
①在计算机的控制下实现产品的自动化制造，大大提高了加工精度和生产过程的可靠性。
②使生产过程的控制和流程连续，并且达到最佳化，有效的提高了生产效率。
③可以直接调整物流和制造中的各项工序，制造不同的产品，大大提高设备的利用率。
2.2 SMT柔性制造系统的框架
在CIMS中，系统之间的信息集成对CIMS的应用和优化产品设计及制造过程有着十分重要的意义。FMS间的有效集成可以提高企业的运行效率,从而提升企业的总体效益。企业在实施基于集成数据模型的信息集成后,可根据条件变化进一步开发和扩展系统功能,如利用技术扩大集成范围,以获取分布式环境下的集成，建立基于标准的全局数据库实现的与的紧密集成。图1为FMS的控制器工作模型图[4]，图2为FMS的构成框图。

3 Petri 网及其在FMS中的应用
调度和控制是FMS运行过程中的关键问题。FMS的调度是对一系列的有限资源进行分配，从而使生产任务在满足时间和其他约束条件下得以完成，并尽可能的使某个指标达到最优，这是一个多规则优化问题。
FMS也是CIMS的一部分，也是一种极其复杂的离散事件动态系统(DEDS-Discrete Event Dynamic Sys-tem)。概括的说DEDS是指离散事件按照一定的运动规则相互作用而导致状态演化的一类动态系统。
3.1 Petri网的基本理论
Petri网的概念由德国的Carl Adam Petri于1962年提出的。由于P-etri网深刻、简洁地表示了控制系统，尤其是那些含有并行操作成分的系统的动态特性，因而其重要性越来越为人们认识。
Petri网由四个元素组成，即：    。其中：
称为库所(Place)，当  时，为一有限集合，一般表示为系统中的资源和状态；  　         称为变迁(Transition),当  时，为一有限集合，一般表示系统中可能发生的事件；P和T是相互分离的，
  ， 表示空集合；  是从T到P的输入函数；是到的输出函数。记  的输入位置  的个数为，输出位置  的个数为 。有的资料将Petri网定义为五元组，即： ，其中M为初始标志，用位置圆圈中的小黑点(Token)表示。通过转移的引发(Fire)，导致托肯在各个位置间动态流动，由此来表示模拟系统的动态过程，从而反映系统的动态特性。图3为Petri网的示意图。

3.2 Petri网在FMS中的应用
随着面向对象(OO)技术的发展与应用，人们开始研究如何将两者结合起来，以增强Petri网的设计描述能力和功能实现能力，降低其建模和分析的系统依赖性与难度。Petri网技术与00技术的结合有以下两种方式:Objects inside Petri Net和Petri Nets inside Objects，并将此类Petri网分为基于对象的Petri网(OBPN)、面向对象的Petri网(OOPN)和对象Petri网(OPN)。
根据EOPN模型来为一贴片机(SMT)系统建模,以SIEMENSMS-102贴片自动拾放系统为例,其工作平台如图4所示[5]。

整个PCB贴装的过程可以描述如图5。其中的PCB放送器、PCB拾取器、PCB轨道、指令集、可移动物料区、机械手以及人等对象的内部行为对外是不可见的,它们之间的通信由消息库所来完成,门负责系统的逻辑控制。可以为一个制造系统中的每个对象的EOPN建立类库,当有一个新的系统需要增加或者要对现有系统进行部分修改时,可从目前已有系统的EOPN类库中派生出所需的EOPN,即首先构造好新系统的EOPN,或抽取出原有系统中需修改部分的EOPN进行补充修改。
然后将它们与原有系统的EOPN结合起来,形成所需新系统的完整的EOPN模型。在这样的系统中,各个EOPN对应的物理设备的功能基本不会发生变化,而因新系统或某些补充部分的引入,故可能引起控制逻辑的改变,这时只须引入一些特殊的门来指定新系统的控制逻辑就可以了, 从而提高了EOPN模型的模块性和可重用性[5]。

4 SMT柔性制造系统的发展趋势

    柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。各种辅助设备(如上料机、翻板机、下料机和在线检测设备等)的使用，减少人工的干预，增加系统的柔性。

5 结论
本文是在基于CIMS的思想下，对SMT产品制造系统进行了分析，分析了在CIMS下SMT柔性制造系统的框架和主要特点。介绍了Petri网的基本概念及其在柔性制造系统的应用。SMT产品制造系统的优化及仿真的实现打下了基础，是进行下一步研究的必要条件。

参考文献

1] 徐杜,蒋永平,张宪民.柔性制造系统原理与实践.北京：机械工业才出版社, 2001.
[2] 朱晓东.SMT产品制造企业车间调度系统的建模与析.
[3] 江志斌.Petri网及其在制造系统建模与控制中的应用[M].北京:机械工业出版社,2004.
[4] 高英,徐伟,闫虹.CIMS下的PDM和ERP信息集成的分析与研究[J].机床与液压，2006，3：216-218.
[5] Zuberek W M. Time Petri nets in modeling and analysis of the simple scheduling for manufacturing cells[J]. Com-puters and Mathematics with Applications,1999,37(11-12).
[6] 吴哲辉，Petri网导论。北京：机械工业才出版社, 2006.
[7] 孙宇,陈杰,张世琪. 先进制造系统车间控制器研究[J]。高技术通讯，1998，1：37-40.