Yamaha TOTAL LINE SOLUTION

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Die ausgeklügelten, modernen Verfahren einer Großserienproduktion, von denen einige ihre Wurzeln in der Automobilbranche haben, ermöglichten die Lieferung hochkomplexer Produkte zu erschwinglichen Preisen. Auf dieser Grundlage entwickelte sich die schlanke Produktion (Lean Manufacturing) zur Steigerung von Produktivität und Kosteneffizienz, indem Verschwendungen entlang der gesamten Versorgungskette aufgedeckt und abgestellt werden. Die Automobilbranche ist weiterhin der Innovationstreiber für die Produktion, da die Abnehmer ständig höhere Leistung und mehr Funktionen als erschwingliches Gesamtpaket fordern, das entsprechend auf ihre Wünsche und Vorlieben abgestimmt ist. Darüber hinaus zwingt der Innovationsdruck zu immer kürzeren Markteinführungszeiten, was letztlich auch zu einer Verkürzung der Produkt-Nutzungsdauer führt.

Elektronische Bordsysteme bieten zahlreiche Lösungen für die Wünsche heutiger Kunden und bilden den Kern von Sicherheitsfunktionen wie Reifendruck-Überwachung, Stabilitätskontrolle, Bremsassistent und Notruf. Die neuesten Innovationen bei vernetztem Infotainment und Fahrerassistenzsystemen einschließlich autonomer Fahrmodi lassen den Wertanteil der Elektronik in Autos ständig weiter ansteigen. Bei konventionellen High-End-Fahrzeugen beträgt er derzeit etwa 40 Prozent, bei Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen bis zu 75 Prozent. Branchenanalysten gehen davon aus, dass sich dieser Trend noch weiter beschleunigen wird. Ein Report der Germany Trade and Invest GTAI (Gesellschaft der Bundesrepublik Deutschland für Außenwirtschaft und Standortmarketing) von 2014/15 geht davon aus, dass der globale Markt für Automobilelektronik bis zum Jahr 2020 die Grenze von 300 Mrd. US-Dollar überschreiten wird.

Automobilelektronik im Wandel

Yamaha YSM20

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Diese anhaltenden Veränderungen bieten Elektronikherstellern, großen Equipment-Lieferanten, High-Tech-Spezialisten und EMS-Anbietern enorme Chancen. Zwar sind die Gesamtstückzahlen sehr hoch und der Produktmix ist überschaubar, die schlanke Just-in-Time-Fertigung zwingt jedoch zu kleinen Losgrößen, um den Materialfluss entlang der Versorgungskette aufrecht zu halten und Lagerkosten zu vermeiden. Die Losgrößen können im Bereich von wenigen Einzelstücken für Produkte mit geringen Stückzahlen bis zu 30 oder mehr bei Produkten in größeren Volumina variieren. Infolgedessen sind häufige Produktwechsel bei den SMT-Bestücklinien erforderlich, um den Kurzfrist-Anforderungen der Automobilhersteller gerecht zu werden. Für die Elektronikproduzenten ist es daher wichtig, den Zeitbedarf für die Produktwechsel zu minimieren, um trotz enger Zeitvorgaben termingerecht liefern zu können und die eigene Produktivität zu erhalten. Die Minimierung der Produktwechselzeiten erfordert eine sorgfältige Planung in drei Bereichen: Strategie, Logistik und Technologie.

Strategie, Logistik und Technologie

Im Bereich der Strategie geht es darum, die Ressourcen der Produktion so zu organisieren, dass die Produktionsziele mit möglichst wenigen Produktwechseln erreicht werden können. Beispielsweise tendieren einzelne Geschäftsbereiche eines großen Tier-1-Lieferanten oft dazu, sich auf spezielle Baugruppentypen wie Messgeräte oder Displays zu fokussieren. Zudem können individuelle Bestücklinien eines Werks speziell auf einen oder wenige Kunden ausgerichtet sein. Die Spezialisierung lässt sich noch weiter auf die Spitze treiben, etwa, wenn jede Linie nur für eine kleine Anzahl von Produkttypen vorgesehen ist und nur die Ober- beziehungsweise Unterseite der Baugruppe bestückt wird. Auf diese Art können manche Hersteller die Zahl der Boards, die auf einer Linie produziert werden, auf zwei oder drei senken, obwohl jede Produktfamilie einige Varianten beinhalten kann. Schließlich kann es erforderlich sein, dass eine Linie 20 oder mehr Programme fahren muss, um Baugruppen zu bestücken.

Prozessoptimierung

Das erfolgreiche Agieren eines Elektronikherstellers erfordert die Kombination der richtigen Strategie mit effizienter Logistik im Produktionsbereich und der optimalen Nutzung der Features des zur Verfügung stehenden Equipments. Darunter zählen intelligente Software-Werkzeuge, mit deren Hilfe sich Rüst- und Produktwechselzeiten drastisch minimieren lassen.

Der nächste Aspekt nach der Minimierung der Anzahl der Produktwechsel ist die Durchführung dieser Produktwechsel in der kürzest möglichen Zeit. Hierbei übernimmt eine effiziente Logistik im Produktionsbereich die Schlüsselrolle. Sie stellt sicher, dass neues Equipment, wie Druckschablonen und für das nächste Programm erforderliche Feeder bereitstehen, sobald sie benötigt werden. Alle für den Produktwechsel notwendigen Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien werden in der Nähe des Verwendungsorts bereitgehalten. Zudem ist das rechtzeitige Nachfüllen leerer Feeder entscheidend für eine kontinuierliche Produktion. Ein Kanban-System, gehandhabt von einem engagierten Logistik-Mitarbeiter, stellt häufig sicher, dass die benötigten Bauteile zur rechten Zeit an der Linie zur Verfügung stehen.

Kanban ist nur einer der Aspekte, der sich durch den heute verfügbaren hohen Automatisierungsgrad verbessern lässt, um die Produktwechselzeiten auf das absolut notwendige Minimum zu drücken und optimale Produktivität mit dem geringstmöglichen Eingriff durch Mitarbeiter sicherzustellen. Die direkte Verlinkung der Bestückautomaten der Linie mit dem automatisierten Lagersystem erlaubt es den Maschinen, das Lagersystem automatisch zu benachrichtigen, wenn Bauteile nachzufüllen sind. Das Speichersystem stellt die erforderlichen Bauteile genau dann zur Verfügung, wenn sie an der Maschine benötigt werden. Manuelles Auslagern ist dadurch nicht erforderlich. Auch können einzelne Maschinen wie Schablonendrucker oder Bestückautomaten die Bediener durch die Schritte des Produktwechsels führen. Einige Beispiele hierfür sind die Verifizierung der Lotpaste, des Rakels und der in den Drucker eingesetzten Schablone, die automatische Breiteneinstellung der Transportsysteme und die Neupositionierung der Unterstützungsstifte in den Bestückautomaten während des automatischen Programmwechsels.

Produktionsmaximierung mit Assistenz-Software

Bild 1: Rüst-Navigation stellt optimale Produktwechsel sicher, da sie den Zeitbedarf für die Verifikation von Rüstung und Bauteilinformationen reduzieren.

Bild 1: Rüst-Navigation stellt optimale Produktwechsel sicher, da sie den Zeitbedarf für die Verifikation von Rüstung und Bauteilinformationen reduzieren. Yamaha

Rüst-Navigation stellt optimale Produktwechsel sicher, da sie den Zeitbedarf für die Verifikation von Rüstung und Bauteilinformationen reduzieren.

Rüst-Navigation stellt optimale Produktwechsel sicher, da sie den Zeitbedarf für die Verifikation von Rüstung und Bauteilinformationen reduzieren. Yamaha

Aus übergeordneter Sicht unterstützt eine Bestück-Management-Software, die alle Maschinen einer Linie verlinkt, die Koordination der Rüst- und Rüstwechsel-Prozesse. Sie ermöglicht den Elektronikherstellern die Überwachung des Equipment-Status, den Zugriff auf Diagnose-Informationen und die Erfassung von Qualitäts- und Rückverfolgungsdaten. Die Factory-Tools-SMT-Assembly-Management-Software von Yamaha Motor IM ist ein Beispiel für ein derartiges Softwarepaket. Die Suite linienübergreifender Software-Werkzeuge thematisiert Programmierung, Rüstung, Linienüberwachung und -rückverfolgung und ermöglicht so effizientes Linienmanagement von einem PC aus. Automatische Produktvorbereitung und Programmeditoren optimieren aufwändige Tätigkeiten wie Datenimport, Reverse-Engineering von CAD-Dateien und Programmverifizierungen und beschleunigen so die Programmerstellung, eliminieren Fehler und vermeiden Probeläufe. Optimierungs- und Balancierungstools arbeiten auf Linien- und Einzelmaschinenebene und stellen so sicher, dass Feederpositionen optimiert werden, um Bestückleistungen zu erhöhen – insbesondere, wenn mehrere Baugruppentypen auf der gleichen Linie gefahren werden.

Während des Rüstens und bei Produktwechseln reduzieren automatische Navigations-Softwarepakete wie Yamahas Setup-Navigation-Package (Bild 1) den Zeitbedarf für die Verifikation von Rüstung und Bauteilinformationen wie LED-Gruppierung, Lager-Verfallsdaten und Lager-Statusinformationen für feuchteempfindliche Bauteile. Während des Betriebs einer Linie sorgen Überwachungstools für Echtzeitinformationen über den Leistungsgrad der jeweiligen Linie und der gesamten Produktion, den Anlagenstatus und die Anzahl der restlichen Bauteile in jedem Feeder auf jeder Maschine. Aktuelle Infos über Bauteil-Restmengen auf den Feedern werden an mobile Endgeräte der Bediener gesendet um anzuzeigen, wann das Nachfüllen eines Feeder erforderlich ist. Die durch die Linienüberwachung erfassten Daten lassen sich auch für Übersichts-Statistiken nutzen. Aufgrund der konsistenten Datenstrukturen und Kommunikationsschnittstellen aller Yamaha-Maschinen wie Drucker, Bestücker und Inspektionsstationen, können die Factory-Tools optimal auf alle verfügbaren Informationen zugreifen, um die vollständige Kontrolle der Betriebszustände aller Maschinen permanent zu ermöglichen.

Wenn alle Komponenten einer Linie vom gleichen Lieferanten stammen, kann der Betreiber davon ausgehen, dass die Linienmanagement-Software auf alle Features aller Maschinen Zugriff hat. In vielen Werken, bei denen Drucker, Bestücker und optische Inspektionssysteme vom gleichen Hersteller stammen, werden für Komponenten wie Transportsysteme, Stapler oder Reflowofen häufig spezielle Anbieter gewählt. Yamaha integriert den Support für diese Anlagentypen in seine Factory Tools Suite. Somit ist auch in diesen Fällen eine zentrale Steuerung sichergestellt, mit deren Hilfe Produktionsleiter alle Aspekte der Linie überwachen und administrieren können (Bild 2). Die Software ist in der Lage, beispielsweise die Transportbreite entlang der gesamten Linie zu steuern und das jeweils geeignete Reflowprofil  zu wählen, sobald der Wechsel auf einen neuen Produkttyp in der Linie erfolgt.

Bild 2: Die Linien-Steuerungssoftware kann Equipment verschiedener Lieferanten von zentraler Stelle aus verwalten und Alarme an die mobilen Endgeräte der Bediener senden.

Bild 2: Die Linien-Steuerungssoftware kann Equipment verschiedener Lieferanten von zentraler Stelle aus verwalten und Alarme an die mobilen Endgeräte der Bediener senden. Yamaha

Mittels dieser Fähigkeiten ist es möglich, Programmwechsel vollautomatisch einzuleiten, sobald die Identität des einlaufenden Boards per Scanner erkannt oder entsprechend den Auftragspapieren eingegeben wird. Der automatische Produktwechsel umfasst die Wahl der korrekten Maschinenprogramme, die Einstellung der Transportbreite und die Positionierung der Unterstützungsstifte. Die Rüstverifikation erfasst automatisch die Pasten- und Rüstdaten des Druckers und überprüft, dass die Feeder zur Bereitstellung der benötigten Bauteile in die Maschinen eingerüstet wurden. Die Informationen werden in einem Report zusammengefasst, den der Linienverantwortliche über einen beliebigen, am Firmennetzwerk angeschlossenen PC aufrufen kann.