Katsaus modulaaristen piirilevyladontakoneiden käyttöön liittyvistä optimointiongelmista - Kivinen, Oskari (My University, 2019)
Työssä luodaan katsaus modulaaristen ladontakoneiden rakenteeseen, toimintaan ja uudelleenkonfigurointiin. Tämän lisäksi tarkastellaan kyseiseen ladontakonetyyppiin keskeisesti liittyvää optimointiongelmaa, eli ladontakonekonfiguraation ja linjaston tasapainotuksen ongelmaa. Tutkielmassa kehitetään simuloitua jäähdytystä hyödyntävä ratkaisumenetelmä modulaarisen ladontakoneen uudelleenkonfigurointiin. Modulaariset ladontakoneet edustavat modernia ladontakonetyyppiä. Sen tärkeimpänä erona moniin muihin ladontakonetyyppeihin nähden on moduulien uudelleenkonfigurointimahdollisuus. Toisin sanoen, koneen osia pystytään vaihtamaan siten, että sillä pystytään tehokkaasti latomaan erilaisia piirilevyjä ilman, että koko ladontakone jouduttaisiin vaihtamaan toiseen. Tästä syystä tämäntyyppinen ladontakone sopii erityisen hyvin nykyaikaisen elektroniikkateollisuuden tarpeisiin, jossa ladottavana olevat piirilevyt vaihtuvat tiuhaan tahtiin esimerkiksi tuotteiden lyhentyneiden elinkaarien sekä tuotannossa olevien lukuisten varianttien vuoksi. Modulaaristen ladontakoneiden optimointiongelmista ladontakonekonfiguraation määrääminen ja linjaston tasapainotusongelma, eli lyhyemmin MCLB-ongelma on tyypillinen kyseiseen konetyyppiin liittyvä optimointiongelma. Nimensä mukaisesti optimointitehtävä koostuu kahdesta tiukasti yhteen nivoutuvasta laajemmasta ongelmasta: ladontakonemoduulien konfiguroinnista sekä näiden moduulien muodostaman linjaston tasapainotuksesta. Ongelman ratkaisu ei ole triviaali, sillä siihen liittyy useita muuttujia. Valmistettavana oleva piirilevy määrittelee ladontakoneissa käytettävät komponenttien käsittelyyn tarvittavat työkalut, eli käytännössä ladontapäät ja niihin asennettavat suuttimet. Konekonfiguraatiossa joudutaan huomioimaan keskinäisiä yhteensopivuuksia sekä suuttimien ja ladontapäiden, että komponenttien ja suuttimien välillä. Linjaston tasapainotuksen tarkoituksena on allokoida valmistuksessa tarvittavat komponentit eri ladontamoduuleille siten, että piirilevyn valmistusaika minimoituu. Käytännössä MCLB-ongelma on laskennallisesti vaativa, jolloin joudutaan tyytymään alioptimaalisiin ratkaisuihin. Työssä MCLB-ongelman ratkaisemiseksi on esitetty simuloitua jäähdytystä hyödyntävä ratkaisumenetelmä. Simuloitu jäähdytys on metaheuristinen ja todennäköisyyspohjainen optimointimenetelmä, jota käytetään yleisesti nimenomaan vaikeiden kombinatoristen optimointiongelmien ratkaisuun. Se on saanut vaikutteita metallin karkaisusta, jossa käsiteltävänä olevaa metallia jäähdytetään hallitusti. Simuloidun jäähdytyksen suorituskykyyn vaikuttaa merkittävästi nk. jäähdytysaikataulu, jonka vaikutusta esitellään myös työn suorituskykymittauksia käsittelevässä osiossa. Tutkimuskysymys: Ladontakonekonfiguraation ja linjaston tasapainotuksen ongelman ratkaiseminen käyttäen simuloitua jäähdytystä.
Keywords: modulaariset ladontakoneet, optimointi, simuloitu jäähdytys, modular placement machines, optimization, simulated annealing