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摘要：利用目前主流三维建模软件：AutoCAD、3D MAX，以SMT生产线中的主要设备为对象如：丝印机、贴片机、回流焊等设备进行建模及动画模拟仿真。同时在第三方软件平台上，将3D MAX设计的模型与OpenGL相结合，实现SMT虚拟设备内外动态三维仿真。
关键词：SMT 贴片机 仿真 虚拟设备 3D
表面贴装技术（Surface Mounting Technology，SMT）是应用最为广泛的新一代的电子组装技术，元器件不断的向微型化和密集化方向发展被誉为电子组装技术一次革命。
在电子产品组装生产的传统模式中，设计一般是由设计工程师在计算机上利用多种计算机辅助设计工具来完成，生产制造则在各种数控设备（如贴装机等）上完成。每一种产品在加工之前，制造工程师首先必须对设备编程并反复试验，以确保操作规程的可行性和正确性，然后进行试生產，反复修改直到最后定型，再投入实际的批量生产。生产准备时间很长，投入资金很大。
SMT虚拟生产设备的设计，即采用计算机建模与仿真技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，通过三维模型及动画或虚拟现实，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造是对已有或未来的制造活动进行仿真，它基本上不消耗现实物质资源，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。随着市场竞争的加剧，产品交货周期必须缩短，生产成本必须控制，因此迫切需要在这两个“孤岛”间建立联系，虚拟制造被认为是其最好的解决方案。
1. 三维可视化建模的基本理论
1.1 几何建模的基本方法
对于三维物体建模，几何建模包括体素和结构两个方面：体素，用来构造物体的原子单位，其选取决定建模系统所能构造的对象范围；结构，用来决定体素如何组合已购成新的对象。
1.2 建模软件
（1） 3DMAX：3DMAX的功能强大，内置工具十分丰富，同时外置接口也很多，命令简单明了，易于掌握。3DS Studio的算法很先进，所带来的质感和图形工作站制作的图形几乎没有差别，可存储32位真彩图像，其强大的功能使它成为PC三维动画设计的首选软件。
（2） Solidworks： Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
（3） Pro/Engineer： 采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
2. SMT设备可视化建模和仿真
建摸三维模型的软件有很多，SolidWorks、Pro/Enginner、UG、AuToCAD、3DS Max
等等。但是考虑到容易获得3DS档.采用了3Dsmax进行贴片机建模。由于动臂式贴片机的曲线机构较多，特别是供料器与贴片头的弧度设计， 利用3Dsmax有利于各个元件参数的修改与模拟，将会具有较高的仿真程度。同时旋转式贴片机具有高速贴装头，轨道沿X、Y方向运行的特点，并且每个贴片头安装的吸嘴数量较多。另外3Dsmax具有强大的装配功能，能够实现管理并发进程，实现并行工程。在动画制作上，旋转式贴片机通过两个方向的丝杆传动，以及贴片头的转动，共同实现了芯片的高速吸取贴装工作。
根据组装生产产品的不同，在表面贴装工艺中基本有单面板生产和双面板生产这两种，生产工艺流程为：印刷锡膏——贴元器件——回流焊接——清洗——测试——包装； 生产流水线则包括送料机，印刷机，高速机，贴片机，回流焊，收料机，包装机等。通过建模与仿真可以更直观了解各种设备运行方式，并为生产培训节约成本。本论文主要以贴片机为核心，其他设备建模方法和贴片机建模相同。
2.1 贴片机外部建模
2.1.1 贴片机的外壳
贴片机的外壳的主要组成：本体部分、显示器控制部分和操作控制部分外壳本体。
（1）本体部分：可以分为上架外壳、下架外壳和基础连接架三部分组成。
将基础连接架与裸机相连；F架外壳与基础连接架相连；上外壳架与下架外壳相连。这样就是外壳本体成为一个刚性好、稳定性高的整体结构。
（2）显示器：显示器安放在外壳本体上，警示灯通过螺栓直接安装在外壳本体上。
（3）操作控制部分在这里主要指的是键盘、电器开关等。鼠标和键盘的安装可以相对随意一点，可以和PC显示器放在一起。对于电器开关，需要直接安装在外壳本体上。
2.1.2 建模实现
（1）壳体建模：通过拉伸、挤出、修剪、布尔运算等命令来获得模型结构。
（2）显示器建模：创建简单的长方体再通过布尔运算功能截取显示器的主体结构。警报器的建模，合并几个圆柱体。
（3）操作控制部分：主要是电器开关，建模相对较简单。
（4）装配模型
2.2 贴片机内部建模
由于实体贴片机的内部组成较复杂.因此，在实际建模过程中，做出相应的简化，旨在强调工作过程原理的实现。内部系统包含：机架、PCB传送系统、X定位系统、Y定位系统、Z定位系统、贴片头部件、吸嘴库、喂料器、其他部件等。
2.2.1 建模实现
（1）贴装头：由于贴片的形式有三种：旋转式、转塔式、动臂式。这里主要创建旋转式贴片头。通过圆柱体的布尔运算和阵列操作创建。
（2）送料器：通过拉伸创建圆盘型送科器，以及辅助原件。
（3）X.Y定位台：通常有两种结构：支撑贴装头沿X.Y方向运行（动臂式）；支撑PCB沿X.Y方向运动（转塔式）
（4）吸嘴级底座：通过圆柱体的布尔运算创建。
（5）视觉对中系统：上照相机固定安置在机座上，贴装头从送料器位置每抓取一个元件后，都要首先移动到其上进行视觉检查，检查其元件缺陷和位置偏差，而后才移动到贴装位置进行贴装；下照相机通常和处于中间位的贴片头固联在一起，可以随贴片头沿X—Y方向在贴片工作台面内移动.完成PCB定位标识的视觉检查。
（6）PCB传送机构：建模主要以长方体和圆柱体及相应的布尔运算实现。
建立完成模型如图1所示。
图1 贴片机模型
结论
以上简介了贴片机得建模以及模拟仿真的过程。可以看出计算机技术在模拟仿真这方面用很大的帮助作用。同时也可以实现在没有真实机器的情况下达到培训人员的作用。另一方面，我们也可以运用模拟仿真更好地服务真实贴片机研究。最后，我们可以看出可视化虚拟仿真技术会更具有广泛的发展前景。■
参考文献
[1] 胡跃明，杜娟，吴祈生，等.基于视觉的高速高精度贴片机系统的程序实现[J].计算机集成制造系统，2003，9（9）：760—764.
[2] 龙绪明.先进电子制造技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3] 张明，姜云涛.3ds Max建模实战技法[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[4] 潘立华，杨雪，朱有亮.虚拟实验室场景设计研究[J]高教研究与实践，2009（9）：38—42.
关键词：SMT 贴片机 仿真 虚拟设备 3D
表面贴装技术（Surface Mounting Technology，SMT）是应用最为广泛的新一代的电子组装技术，元器件不断的向微型化和密集化方向发展被誉为电子组装技术一次革命。
在电子产品组装生产的传统模式中，设计一般是由设计工程师在计算机上利用多种计算机辅助设计工具来完成，生产制造则在各种数控设备（如贴装机等）上完成。每一种产品在加工之前，制造工程师首先必须对设备编程并反复试验，以确保操作规程的可行性和正确性，然后进行试生產，反复修改直到最后定型，再投入实际的批量生产。生产准备时间很长，投入资金很大。
SMT虚拟生产设备的设计，即采用计算机建模与仿真技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，通过三维模型及动画或虚拟现实，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造是对已有或未来的制造活动进行仿真，它基本上不消耗现实物质资源，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。随着市场竞争的加剧，产品交货周期必须缩短，生产成本必须控制，因此迫切需要在这两个“孤岛”间建立联系，虚拟制造被认为是其最好的解决方案。
1. 三维可视化建模的基本理论
1.1 几何建模的基本方法
对于三维物体建模，几何建模包括体素和结构两个方面：体素，用来构造物体的原子单位，其选取决定建模系统所能构造的对象范围；结构，用来决定体素如何组合已购成新的对象。
1.2 建模软件
（1） 3DMAX：3DMAX的功能强大，内置工具十分丰富，同时外置接口也很多，命令简单明了，易于掌握。3DS Studio的算法很先进，所带来的质感和图形工作站制作的图形几乎没有差别，可存储32位真彩图像，其强大的功能使它成为PC三维动画设计的首选软件。
（2） Solidworks： Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
（3） Pro/Engineer： 采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
2. SMT设备可视化建模和仿真
建摸三维模型的软件有很多，SolidWorks、Pro/Enginner、UG、AuToCAD、3DS Max
等等。但是考虑到容易获得3DS档.采用了3Dsmax进行贴片机建模。由于动臂式贴片机的曲线机构较多，特别是供料器与贴片头的弧度设计， 利用3Dsmax有利于各个元件参数的修改与模拟，将会具有较高的仿真程度。同时旋转式贴片机具有高速贴装头，轨道沿X、Y方向运行的特点，并且每个贴片头安装的吸嘴数量较多。另外3Dsmax具有强大的装配功能，能够实现管理并发进程，实现并行工程。在动画制作上，旋转式贴片机通过两个方向的丝杆传动，以及贴片头的转动，共同实现了芯片的高速吸取贴装工作。
根据组装生产产品的不同，在表面贴装工艺中基本有单面板生产和双面板生产这两种，生产工艺流程为：印刷锡膏——贴元器件——回流焊接——清洗——测试——包装； 生产流水线则包括送料机，印刷机，高速机，贴片机，回流焊，收料机，包装机等。通过建模与仿真可以更直观了解各种设备运行方式，并为生产培训节约成本。本论文主要以贴片机为核心，其他设备建模方法和贴片机建模相同。
2.1 贴片机外部建模
2.1.1 贴片机的外壳
贴片机的外壳的主要组成：本体部分、显示器控制部分和操作控制部分外壳本体。
（1）本体部分：可以分为上架外壳、下架外壳和基础连接架三部分组成。
将基础连接架与裸机相连；F架外壳与基础连接架相连；上外壳架与下架外壳相连。这样就是外壳本体成为一个刚性好、稳定性高的整体结构。
（2）显示器：显示器安放在外壳本体上，警示灯通过螺栓直接安装在外壳本体上。
（3）操作控制部分在这里主要指的是键盘、电器开关等。鼠标和键盘的安装可以相对随意一点，可以和PC显示器放在一起。对于电器开关，需要直接安装在外壳本体上。
2.1.2 建模实现
（1）壳体建模：通过拉伸、挤出、修剪、布尔运算等命令来获得模型结构。
（2）显示器建模：创建简单的长方体再通过布尔运算功能截取显示器的主体结构。警报器的建模，合并几个圆柱体。
（3）操作控制部分：主要是电器开关，建模相对较简单。
（4）装配模型
2.2 贴片机内部建模
由于实体贴片机的内部组成较复杂.因此，在实际建模过程中，做出相应的简化，旨在强调工作过程原理的实现。内部系统包含：机架、PCB传送系统、X定位系统、Y定位系统、Z定位系统、贴片头部件、吸嘴库、喂料器、其他部件等。
2.2.1 建模实现
（1）贴装头：由于贴片的形式有三种：旋转式、转塔式、动臂式。这里主要创建旋转式贴片头。通过圆柱体的布尔运算和阵列操作创建。
（2）送料器：通过拉伸创建圆盘型送科器，以及辅助原件。
（3）X.Y定位台：通常有两种结构：支撑贴装头沿X.Y方向运行（动臂式）；支撑PCB沿X.Y方向运动（转塔式）
（4）吸嘴级底座：通过圆柱体的布尔运算创建。
（5）视觉对中系统：上照相机固定安置在机座上，贴装头从送料器位置每抓取一个元件后，都要首先移动到其上进行视觉检查，检查其元件缺陷和位置偏差，而后才移动到贴装位置进行贴装；下照相机通常和处于中间位的贴片头固联在一起，可以随贴片头沿X—Y方向在贴片工作台面内移动.完成PCB定位标识的视觉检查。
（6）PCB传送机构：建模主要以长方体和圆柱体及相应的布尔运算实现。
建立完成模型如图1所示。
图1 贴片机模型
结论
以上简介了贴片机得建模以及模拟仿真的过程。可以看出计算机技术在模拟仿真这方面用很大的帮助作用。同时也可以实现在没有真实机器的情况下达到培训人员的作用。另一方面，我们也可以运用模拟仿真更好地服务真实贴片机研究。最后，我们可以看出可视化虚拟仿真技术会更具有广泛的发展前景。■
参考文献
[1] 胡跃明，杜娟，吴祈生，等.基于视觉的高速高精度贴片机系统的程序实现[J].计算机集成制造系统，2003，9（9）：760—764.
[2] 龙绪明.先进电子制造技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3] 张明，姜云涛.3ds Max建模实战技法[M].北京：中国铁道出版社，2011.
[4] 潘立华，杨雪，朱有亮.虚拟实验室场景设计研究[J]高教研究与实践，2009（9）：38—42.