Was die Politik und Forscher gleichermaßen bewegt, ist die steigende Flut der Daten genauso wie die wachsende Automatisierung, gepaart mit künstlicher Intelligenz. Hacker stellen immer wieder unter Beweis, wie leicht es ist, an Daten ranzukommen und diese zu manipulieren. „Wie können wir uns davor schützen, dass die Daten vielleicht in falsche Hände geraten?“, stellt Dr. Hans Bell, Forschungsleiter von Rehm Thermal Systems, die rhetorische Frage in seiner Eröffnungsansprache.

Den Menschen zu schützen und ihm dabei die Arbeit zu erleichtern, dürfte einer der Beweggründe gewesen sein, als in einem Forschungsprojekt mehr oder minder die Automatisierung geboren wurde: Im Jahr 1954 wurde in den USA der erste Industrieroboter vorgestellt. Das von George Devol als programmierbarer Manipulator zum Patent angemeldete hydraulisch betriebene Ungetüm wurde sehr schnell in die Fertigung überführt. Angetrieben durch die Nachfrage gründete Devol gemeinsam mit Joseph F. Engelsberger 1956 die weltweit erste Robotikfirma „Unimation“. Der Industrieroboter „Unimate“ kam erstmals im Jahr 1961 bei General Motors für das Entnehmen und Vereinzeln von Spritzgussteilen zum Einsatz. Der erste kommerziell verfügbare Roboter wurde bereits 1959 von Planet Corporation vorgestellt und war für einfache Aufgaben wie das Widerstandsschweißen ausgelegt.

Dr. Hans Bell, Forschungsleiter von Rehm Thermal Systems, hielt die Eröffnungsrede mit Robotik und Digitalisierung als Fokusthemen. Kenntnisreich und eloquent führte er durch die zweitägige Konferenz.

Dr. Hans Bell, Forschungsleiter von Rehm Thermal Systems, hielt die Eröffnungsrede mit Robotik und Digitalisierung als Fokusthemen. Kenntnisreich und eloquent führte er durch die zweitägige Konferenz. Marisa Robles

Parallel zu den gängigen Industrierobotern drängen heute immer mehr Cobots, auch kollaborierende Roboter genannt, als intelligente Helfer im Schulterschluss mit dem Menschen in die Fertigungen. Das Kunstwort setzt sich aus „Collaboration“ und „Robot“ zusammen und beschreibt Roboter, die für die direkte Interaktion mit dem Menschen konzipiert wurden. „Diese simple Erfindung war technisch nicht so einfach umzusetzen. Denn um die direkte Interaktion mit dem Menschen zu ermöglichen war es notwendig, die Roboter sicher und damit auch intelligent genug zu gestalten“, erläutert Bell weiter. Im Jahr 2004 gelang es Kuka, den ersten computergesteuerten Cobot zu verkaufen, der heute noch als Bestseller gilt.

Den Bogen zur Künstlichen Intelligenz schafft Bell mit der zum Nachdenken anregenden Frage: „Was genau ist Intelligenz, respektive Künstliche Intelligenz? Darüber haben sich Experten den Kopf zerbrochen.“ Alltagskompetenz, Situationsschläue, Persönlichkeitsmerkmal – so gesehen mag die menschliche Intelligenz viele Seiten haben. Der britische Logiker, Mathematiker, Kryptoanalytiker und Informatiker hat versucht, Intelligenz in der frühen Computerentwicklung greifbar zu machen. Kein leichtes Unterfangen, denn der menschliche Denkvorgang ist nicht formalisierbar. Alan Turing, der maßgeblich an der Entzifferung der mit der „Enigma“ verschlüsselten deutschen Funksprüche beteiligt war, formulierte 1950 mit dem später nach ihm benannten Turing-Test die Idee, wie man feststellen könnte, ob ein Computer, also eine Maschine, ein dem Menschen gleichwertiges Denkvermögen hätte.

Heute findet der Turing-Test seinen Einsatz zum Überprüfen des Vorhandenseins von künstlicher Intelligenz. Einen Ansatz, um künstliche Intelligenz gegenständlich zu machen, zeigte Kuka zur Eröffnung seiner neuen Produktionsstätte in Shanghai im Jahr 2014: In einem Wettkampf lieferten sich der Roboter KR Agilus und Timo Boll ein hart umkämpftes, 4 min währendes Tischtennis-Duell. Der Olympia- und WM-Medaillengewinner, dreifache Weltranglistenerste und siebenfache Europameister bezwang schließlich den wendigen, präzisen und schnellen 6-Achs-Roboter.

Die Referenten des ersten Tages (v.l.n.r.): Ulf Oestermann (Fraunhofer IZM), Reinhardt Seidel (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen), Gerd Ohl (Limtronik), Günther Grafl (Melecs EWS), Dr. Hans Bell (Rehm Thermal Systems) und Michael Geiger (Rafi).

Die Referenten des ersten Tages (v.l.n.r.): Ulf Oestermann (Fraunhofer IZM), Reinhardt Seidel (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen), Gerd Ohl (Limtronik), Günther Grafl (Melecs EWS), Dr. Hans Bell (Rehm Thermal Systems) und Michael Geiger (Rafi). Marisa Robles

Prozessoptimierung dank industriellem Wandel

Was bedeutet diese Entwicklung für uns heute? Kaum ein Thema wird derzeitig so leidenschaftlich diskutiert wie die sich durch Robotik und künstliche Intelligenz verändernde Arbeitswelt. Die Art und Weise der Prozessoptimierung und Arbeitsaufteilung zwischen Mensch und Maschine verändert sich kontinuierlich und nachhaltig, weshalb Bell anmerkt: „Die digitale Wirtschaft und Gesellschaft ist einer der Megatrends der heutigen Zeit. Ein Wegbereiter hierfür sind neueste Entwicklungen der Elektronik. So ist es nicht verwunderlich, dass die Elektronikfertigungen weltweit Vorreiter der digitalen Automatisierung und Vernetzung von Liefer- und Produktionsketten sind.“ Dem Rechnung tragend, widmete sich der erste Tag des 22. EE-Kollegs der Digitalisierung.

Findige Entwickler und pfiffige Köpfe trieben in der Vergangenheit die Fortschritte in der Automatisierung voran. Heute ist es die stetig zu steigernde Produktivität, die die Entwicklungen in der Automatisierung befeuert, ist sich Michael Geiger von Rafi sicher: „Worum geht es bei der Automatisierung? Darum, die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern und die Produktivität zu steigern. Doch die Produktivität wird sich nur in Abhängigkeit des Automatisierungsgrades und der Arbeitsgeschwindigkeit der eingesetzten Maschinen steigern lassen.“

Was dies bedeutet, veranschaulichte er in einem aufwändig durchgeführten Benchmark für einen THT-Bestückautomaten. Zur Wahl standen Maschinen von Panasonic, Universal Instruments, Juki Automation Systems, Cencorp Automation und Fuji Europe. Die Anforderung: 21 Bauteile, die bislang noch manuell bestückt wurden, automatisiert zu verarbeiten. Das Ziel: eine signifikante Produktivitätssteigerung durch die Erhöhung des Automatisierungsgrades mittels eines flexiblen Bestücksystems zu erreichen. Gleichzeitig sollten die Zykluszeiten durch eine Hochgeschwindigkeits-Bestückung der Standard-Radialbauteile reduziert werden. „Um das beste Konzept auszuwählen, sind neben Taktzeitvergleichen auch die tatsächlich eingesparte Arbeitszeit zu beachten. Denn sonst schließen flexible Anlagen, welche den Fokus auf der Erhöhung des Automatisierungsgrades haben, schnell unverhältnismäßig schlecht ab“, betont Geiger, der davon überzeugt ist, dass mit steigender Produktivität ein weiterer Rückgang der Arbeitszeit zu rechnen sei: „Wir alle können die gewonnene wertvolle Lebenszeit nutzen um das zu leben was wir sind, nämlich: Mensch sein und Menschlichkeit. Im Unternehmen und in der Gesellschaft.“

Automatisierung mit Sonderanlagen

Wie die Automatisierung in der Fertigung hinsichtlich der Mensch-Roboter-Kollaboration aussehen kann, darüber berichtete Günther Grafl, Process Engineering von Melecs EWS. Der österreichische EMS-Anbieter feiert nach einem Management-Buyout im Jahr 2009 heuer sein 10-jähriges Jubiläum als familiengeführtes Unternehmen. Vorwiegend in der Automobilindustrie angesiedelt, seien die Anforderungen an die Produktionsqualität sehr hoch: „Eine strukturierte Prozessgestaltung und ein optimierter Prozessablauf sind die Voraussetzungen für ein erfolgreiches Automatisierungsprojekt. Ohne das geht es gar nicht mehr.“

Seit 2009 kommen daher Sonderanlagen in den automobilzuführenden Werken in Österreich, Ungarn und China zum Einsatz. Ab Losgrößen von 400.000 Teilen pro Jahr wird solch ein Automatisierungskonzept geplant und umgesetzt. Zwischen den autarken Produktionszellen, die jeweils eigene Prozess- und Prüfanlagen beherbergen, verrichten Roboter sämtliche Handhabungsaufgaben. Derzeit sind 21 solcher Produktionszellen aufgebaut, acht weitere sind geplant. Diese Inseln sind autonom, wodurch der Mitarbeiter von der Anlage entkoppelt ist und hohe Taktzeiten gefahren werden können.

Der zweite Tag widmete sich der Löttechnik und Voids. Einige Experten, u. a. Dr. Hans Bell (Rehm), Günter Grossmann (EMPA) und Dr. Martin Oppermann (TU Dresden), haben ihr Wissen in Büchern zusammengetragen, die auch vorgestellt wurden.

Der zweite Tag widmete sich der Löttechnik und Voids. Einige Experten, u. a. Dr. Hans Bell (Rehm), Günter Grossmann (EMPA) und Dr. Martin Oppermann (TU Dresden), haben ihr Wissen in Büchern zusammengetragen, die auch vorgestellt wurden. Marisa Robles

Melecs setzt dabei auf eine durchgängige Standardisierung der Fertigungsinseln, um daraus resultierende Synergien voll ausschöpfen zu können und damit wettbewerbsfähig zu bleiben. Mitarbeiter lassen sich dadurch beliebig einsetzen, zumal die Fertigungsinseln in allen Werken stets mit gleichen Steuerungen (Siemens Simatic S7) und Anlagenlieferanten bestückt sind: gleiche Scada-Roboter von Epson, Schrauber von Weber, Bauma-Kameras, Foba-DP20F-Laser, Pressen, Pneumatik, etc.. Auch die Prozesse in den Anlagen selbst sind standardisiert. Bis zu acht Prozessschritte sind in einer Produktionszelle untergebracht. Alle Prozessschritte und Daten werden aufgezeichnet und somit eine lückenlose Traceability sichergestellt.

Mit der robotergestützten Standardisierung konnte Melecs eine Taktzeitreduzierung auf 20s/pro Gerät an allen vier Anlagen erreichen. Die Cost-Volume-Profit-Analyse (CVP) beziffert Grafl mit konstant über 100 Prozent, auch der OEE oder die Gesamtanlageneffektivität liegt anlagenabhängig konstant bei über 80 bis 90 Prozent. Der First Past Yield (FPY) in der Insel liegt bei 98 Prozent pro Fertigungsinsel, deren FPY im Einzelprozess mit über 99 bis 99,8 Prozent angegeben wird. Beflügelt davon, hat Melecs auch Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in der Elektronikmontage in Zusammenarbeit mit der TU Wien (Institut für Managementwissenschaften) in einem Pilotprojekt umgesetzt.

Tief vernetzte Smart Factory

Limtronik ist einer der Gründungsmitglieder der Smart Electronic Factory. „Wir testen Anwendungen unserer Mitglieder in einer real produzierenden Fabrik“, erläutert Gerd Ohl, Geschäftsführer von Limtronik. Im Fokus stehen dabei die Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit. In diesem Zuge mahnt er ein Umdenken an, da Kunden ihre Anforderungen verändern: „Die Kunden werden zukünftig immer mehr darauf drängen, dass sie die Daten zur Produktion auf Plattformen bereitgestellt bekommen.“ Was das heißt, erläuterte er anschaulich an ein paar Kundenprojekten. Für Limtronik war das Anlass genug, um eine „Predictive Service Strategie“ aus der Taufe zu heben, erläutert Ohl: „Wir helfen zu sagen was, wann und wo zu einem Problem wird, um Rückrufaktionen zu reduzieren und Ersatzteile vorbeugend bereitstellen zu können. Auch helfen wir, die Bestände im Ersatzteilgeschäft auf das notwendige Maß zu reduzieren.“
Reinhard Seidel von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen referierte über Smarte Elektronikfertigung. „Das Zusammenwachsen von Domänen und Prozessen führt zu erhöhter Komplexität und macht domänenübergreifende Kommunikation unabdingbar.“ Was dies bedeutet, zeigte er anhand von zahlreichen Beispielen. Auch zeigte er, worauf sich Elektronikfertiger künftig einstellen müssen, wenn sie am Ball bleiben wollen. Den letzten Part bestritt Ulf Oestermann vom Fraunhofer IZM in seinem lebhaft-eloquent gehaltenen Vortrag „Wie verändern Blockchain und Künstliche Intelligenz das digitale Fertigungsparkett“.

Referenten des zweiten Tages (v.l.n.r.): Dr. Martin Oppermann (TU Dresden), Günter Grossmann (EMPA), Stephen Kaminski (Erni), Dr. Annegret Köhler-Werzner (Kriminalpolizei Bremen), Dr. Hans Bell (Rehm), Herbert Müller und Gerhard Martl (beide Rohde & Schwarz) und Christian Schwarzer (HS Aschaffenburg).

Referenten des zweiten Tages (v.l.n.r.): Dr. Martin Oppermann (TU Dresden), Günter Grossmann (EMPA), Stephen Kaminski (Erni), Dr. Annegret Köhler-Werzner (Kriminalpolizei Bremen), Dr. Hans Bell (Rehm), Herbert Müller und Gerhard Martl (beide Rohde & Schwarz) und Christian Schwarzer (HS Aschaffenburg). Marisa Robles

2. Tag: Back to the roots

Back to the roots hinein in die Elektronikfertigung: Seit über 10 Jahren bewegt Voids versus Zuverlässigkeit die Elektronikfertigung. Neuerdings widmet sich der Arbeitskreis Voiding beim DKE diesem Thema und hat die Automobilindustrie an den Tisch gebeten. Erörtert wird anhand von laufenden Zuverlässigkeitsuntersuchungen der Grad der Akzeptanz sowohl aus der Sicht der OEMs als auch der Elektronikfertiger. Mit dabei sind Ansprechpartner von BMW, Daimler und VW.
Den Auftakt am zweiten Tag bildete der Vortrag „Zuverlässigkeit von Lötverbindungen in Abhängigkeit von ihrem Porenanteil“ von Christian Schwarzer von der Hochschule Aschaffenburg. Er stellte Untersuchungen vor, die den Einfluss von Poren auf die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen am Beispiel von Hochleistungs-Leuchtdioden analysierten und kam zu dem Schluss: „Entscheidend für die Zuverlässigkeit von flächigen Lötverbindung ist die Porenposition und die Lotspaltdicke.“ In die Voids-Materie stiegen auch die Referenten von Rohde & Schwarz, Herbert Miller (TechnologieIndustrial Engineering) und Gerhard Martl (Leiter Industrial Engineering) mit ihrem Vortrag „Dauerbrenner Void-Reduktion – wie mit speziellen Preforms Abhilfe geschaffen werden kann“ ein. Am Standort Memmingen werden nicht nur die Test- und Inspektionssysteme produziert. Durch die hohe vertikale Fertigung ist der Konzern auch in der Lage, Elektronikfertigungs-Dienstleistungen anzubieten.

Die Welt der Atome und DNA

Noch tiefer als in die übliche Miniaturisierung stieg Günter Grossmann vom EMPA Swiss Federal Laboratories für Materials, Science and Technology ein. In seinem Vortrag „Einfluss der Miniaturisierung auf Zuverlässigkeit (Diffusion) und Lötstellenstruktur“ stieg er hinab in die Welt der Atome und erläuterte anhand von zahlreichen Formeln und Gleichungen, was die ungerichtete thermische Bewegung von Molekülen und Atomen in der Baugruppenfertigung bewirken und welche Zuverlässigkeitsanforderungen sich daraus ableiten lassen. „Wir können die Miniaturisierung nicht stoppen, aber wir müssen uns über die Konsequenzen bewusst werden“, argumentiert er, denn: „Je kleiner die Geometrie, umso größer die Diffusion, also die Bewegung der Atome.“

Dr. Annegret Köhler-Werzner, Kriminalpolizei Bremen, entführte das Fachpublikum in die Welt der DNA. In ihrem Vortag „Genetic Engineering – Neueste Erkenntnisse aus der Genforschung und deren Anwendungen in der Produktentwicklung“ zeigte sie, wie Menschen sich die (genveränderte) Natur in der Technik zu eigen machen. Die französische Mikrobiologin Emmanuelle Charpentier und die US-Biochemikerin Jennifer Doudna wurden für ihre Erfindung der so genannten Genschere CRISPR/Cas9 mehrfach ausgezeichnet. Damit lässt sich Erbgut ausschneiden, verändern und wieder in ein Lebewesen einbauen. Schon heute ist die Methode das meistgenutzte Gentechnik-Werkzeug der Welt. Wie diese Methode zum Einsatz kommt, zeigte sie an drei Beispielen: genveränderte Spinnfäden, die beispielsweise in Turnschuhen von Adidas, Armbändern von Omega oder als Verbundwerkstoffe im Airbus ihre Anwendung finden, mittels Agrobakterien Sorten von Nutzpflanzen wie Soja und Tomaten auf eine leichtere, effizientere Art zu verändern oder – und das ist noch Zukunftsmusik – als „Egenesis“ Transplantationen zu ermöglichen. Ärzte wollen eine neue Form der Gentherapie zu entwickeln – die als wirkliche Reparatur fungiert.

Wertschöpfungskette auf den Punkt gebracht

Mit Stephen Kaminski, Leitung Quality Engineering & Quality Management von Erni Deutschland, erhielten die Teilnehmer einen fundierten Einblick in die „Welt der SMT-Steckverbinder“. Für eine einwandfreie Lötverbindung müssen die Lötanschlüsse der Bauteile und die Landepads der Leiterplatte in allen drei Raumrichtungen „zueinander passen“. In Z-Richtung wird dies durch den Begriff der „Koplanarität“ beschrieben. Doch genau hier liegt der Teufel im Detail, erläutert Kaminski: „Die Koplanaritätsabweichung ist der Betrag des lotrechten Abstands zweier paralleler Referenzebenen, wobei alle Lötflächenmesspunkte auf oder zwischen den beiden Referenzenebenen liegen müssen. Dieser Wert darf ein vorgegebenes Maximalmaß nicht übersteigen.“ Wie sich das erreichen lässt und worauf zu achten ist, stellte er anhand von einigen Beispielen vor.

„Prüfen klar! Aber was, wann, wo? Qualitätskostenmodelle können helfen“ lautete der Vortrag von Dr. Martin Oppermann der TU Dresden. Zweifelsohne ermöglichen es die Qualitätskosten, völlig unterschiedliche technologische Prozesse und Produkte in ihrem Qualitätsverhalten miteinander zu vergleichen. „Aus den Kosten heraus wird eine Fehlerquote errechnet, die Trennfehlerquote“, erläutert er und bekräftigt denn auch, dass die Qualitätskosten als Maßband einer Fertigung dienen sollten. „Das liegt natürlich im Spannungsfeld zwischen Ingenieurskunst und Betriebswirtschaft!“ Deshalb gab er auch einige Tipps und Tricks für die Qualitätskostenoptimierung.