Digitalisierung und Automatisierung in der "Future Packaging"-Linie 2024

Wie reagiert die "Future Packaging"-Linie auf unerwartete Veränderungen? Der Einsatz von Smart-Factory-Lösungen ermöglicht es, auf Zustandsänderungen und mögliche Veränderungen an den Maschinen schneller und flexibler zu reagieren. Intelligente Systeme analysieren laufend die Produktionsdaten, um präventive Wartungen vorzuschlagen und sofortige Anpassungen vorzunehmen, falls nötig. Dies trägt dazu bei, die Durchlaufzeiten zu verkürzen und die Gesamtproduktivität zu steigern.

In seinem Kommentar beschreibt der Projektverantwortliche des IZM für diese Linie, Ulf Oestermann, wie er es schafft, die Besucher jedes Jahr aufs Neue zu beeindrucken.

Man kommt sich irgendwann vor wie Tom Cruise in seiner Rolle als Ethan Hunt in „Mission Impossible“: In jeder weiteren Auflage unser Future-Packaging-Linie soll es noch spektakulärer werden, sollen neue, nie dagewesene „Stunts“ gezeigt werden, um das Publikum aufs Neue zu beeindrucken. Denn darum geht es doch im Grunde bei allen Messen und Veranstaltungen – bleibende Eindrücke bei Besuchern schaffen, den Stand der Technik der neusten Maschinen- und Gerätegeneration vorführen/veranschaulichen und einen Ausblick auf die kommenden Möglichkeiten geben.

Es sind die Persönlichkeiten unserer einzelnen Partnerfirmen, die für dieses gemeinsame Ziel Jahr für Jahr immer wieder viel konzeptionelle Arbeit leisten, um sich im Kopf der Besucher als kompetente Ansprechpartner zu verankern. Das passiert jetzt schon sein 1997. Eine lange Zeit der Konstanz in Planung und Gestaltung, anfänglich durch den VDI/VDE IT GmbH und jetzt auch schon seit 15 Jahren durch das Fraunhofer IZM. Immer wieder kamen neue Akteure von allen Seiten dazu, aber doch hat die Linie nie ihren Kern verloren: Es geht um die einzige funktionierende und produzierende AVT-Linie auf den relevanten Messen in Europa. Es wird nicht nur ein bisschen Bewegung der Maschinen simuliert, oder ein paar Boards vorwärts rückwärts bewegt. Nein, es wird produziert!

Neue Partner an der „Linie“

Und das immer wieder auch mit neuen Partnern. So ist dieses Jahr die Siemens AG neu dabei. Was wird Siemens als neuer Partner an den drei Tagen genau präsentieren? Mit dem Digital Enterprise Portfolio von Siemens können Produktivität und Produktionsprozesse gesteigert und optimiert werden. Kundenspezifische Lösungen, die die reale mit der digitalen Welt verbinden, ermöglichen es Unternehmen der Elektronikindustrie, schnell auf sich verändernde Kundenbedürfnisse und Marktbedingungen wie z.B. schnelles Wachstum, neue Technologien, kurze Produktlebenszyklen oder hohe Komplexität reagieren zu können. Um diese Herausforderungen zu meistern und von der digitalen Transformation zu profitieren, ist es wichtig, dass Produktdesigner, Elektronikhersteller und Maschinenbauer eine vernetzte und automatisierte Fertigungsumgebung schaffen und die generierten Daten effektiv sammeln, verstehen und nutzen. Möglich ist das durch umfassende, digitale und smarte Lösungen speziell für die Elektronikindustrie. An der Linie und auf ihrem Stand zeigen die Kollegen von Siemens den Besuchern Lösungen, wie Sie ein digitales Unternehmen werden können.

Standardisierung ist ein Muss

Einen wichtigen Aspekt spielt dabei die Standardisierung in der Automatisierung. So sind standardisierter Maschinenbau, standardisierte Integration und Modularität, standardisierte Bedien-, Diagnose- und Sicherheitskonzepte u.v.m. Schlüssel zur Bewältigung von Komplexität. So beispielsweise auch die Standardisierung der horizontalen Kommunikation. Intelligentere Fertigung, einfachere Linienintegration, nahtloser Datentransfer – wann immer diese Themen in der SMT-Fertigung auftauchen, spricht man von Standards und konkret von The Hermes Standard. Die LHermes-Bibliothek für Simatic Controller bietet eine standardisierte horizontale Kommunikation innerhalb einer SMT-Linie basierend auf der Spezifikation IPC-Hermes-9852. Die Bibliothek ist nach dem Siemens Programming Style Guide und der „PLC Open“-Richtlinie programmiert.

Innerhalb einer SMT-Linie koordiniert das Hermes-Protokoll das Leiterplattenhandling. Die LHermes-Bibliothek bietet Upstream- und Downstream-Client-Funktionalitäten gemäß der Hermes-Spezifikation V1.4. Optionale Funktionen wie Board Forecast, Board Query und ein Überwachungskanal für die Fernkonfiguration ermöglichen eine noch effizientere Produktion.

Neben der LHermes-Bibliothek zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel die Implementierung der Bibliothek in einer beispielhaften Maschinenumgebung mit der Möglichkeit der Steuerung der Anwendung über die WinCC Advanced User-Oberfläche.

Die Standardisierung der vertikalen Kommunikation mittels IPC-CFX bietet eine Plug-and-Play-Lösung, die die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation vereinfacht und standardisiert und gleichzeitig Machine-to-Business- und Business-to-Machine-Anwendungen erleichtert. IPC-CFX ist ein von der Industrie entwickelter offener internationaler Standard, der die Grundlage/das Rückgrat von Factory-of-the-Future-Anwendungen bildet. IPC-CFX basiert auf IPC-2591, Connected Factory Exchange (CFX), und beide werden vom Unterausschuss der IPC 2-17 Connected Factory Initiative verwaltet.

Bedeutung der IT/OT-Integration

Um den gestiegenen Anforderungen der Kunden gerecht zu werden, müssen alle Maschinen und Prozesse in den Produktionshallen reibungslos zusammenspielen. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Integration von Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnik (OT). Unter IT/OT-Integration versteht man die Verbindung des OT-Systems (SPS, SCADA oder Batch-Management-Systeme) und des IT-Systems (PLM, ERP, MES/MOM). Auf der „Future Packaging“-Linie wird das Opcenter Execution Electronics MOM/MES präsentiert. Opcenter Execution Electronics ist ein Fertigungsausführungssystem, das die Anforderungen der Leiterplatten-, mechanischen Montage- und Box-Build-Produktion erfüllt und durch einen nahtlosen Datenfluss vom Entwurf bis zur Fertigung einen effizienten Produktionsanlauf und eine effiziente Ausführung ermöglicht.

Die Rolle digitaler Zwillinge in der Fertigung

Simulation bietet viele Vorteile entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Ein digitaler Zwilling einer neuen Produktionslinie, Maschine oder Produktionszelle auf Basis der Simulationssoftware von Siemens ermöglicht es Maschinenbauern, durch Validierung und Optimierung schneller und flexibler auf dynamische Herausforderungen zu reagieren und Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Anlagenbetreiber können durch Offline-Tests früher mit der Produktion beginnen. Im Maschinenbau verkürzt die Simulation Entwicklungszeiten, verbessert die Qualität von Maschinen, steigert ihre Leistung und reduziert den Bedarf an teuren Prototypen. Im Bereich der Fertigungszellen unterstützt die Simulation die Entwicklung und Optimierung roboterbasierter und automatisierter Produktionssysteme. Auf Fabrikebene verkürzen Simulationen die Zeit bis zum Produktionsstart, erhöhen die Flexibilität und verbessern die Leistung. Dadurch wird sichergestellt, dass die zuvor definierten Produktionsziele erreicht werden.

Hervorheben möchten wir den digitalen Zwilling der IPTE-Maschine bei uns auf dem Stand. Er ist eine Kombination aus zwei verschiedenen Simulationsmodellen: Das Automatisierungsmodell mit Simatic S7-PLCSIM Advanced, das die Logik des SPS-Programms und Visualisierung simuliert, sowie das physikalische und kinematische Modell mit NX MCD, das die mechanischen Komponenten simuliert und vorabtestet, um das Zusammenspiel der Komponenten frühzeitig zu prüfen, Abläufe zu validieren und Kollisionen zu vermeiden.

Dosieren mittels Roboter

Ein weiterer Partner, der kurz beleuchtet werden soll, ist ATN Automatisierungstechnik Niemeier. Sie werden in der Linie mit ihrem Inline Dispenser Inojet PRO präsent sein. Der Dosierroboter ist ein universeller SMT-Inline-Dosierer mit höchster Präzision und einem großen Anwendungsbereich, wie das Dosieren von Lotpaste, Silberleitkleber und SMT-Kleber, Wärmeleitpasten, LED-Verkapselung, Dam&Fill sowie Underfill. Die Dosieranlage ist flexibel und für den Einsatz unterschiedlicher Dosierverfahren ausgelegt. Unter anderem können zwei Dosierventile gleichzeitig installiert werden, beispielsweise zum Dosieren von Lotpaste und SMT-Kleber oder um Lotpaste in hoch-präzisen AirPulse-Dispenser SuperSIGMA und dem super schnelle Jet-Dispenser AeroJet zu applizieren. Ebenso kann Damm&Fill in einer Station realisiert werden. Beim Dosieren auf Mehrfachnutzen können auch zwei identische Systeme simultan angesteuert werden, um die Taktzeit zu reduzieren.

Das Jet-Ventil AeroJet ist auf höchste Geschwindigkeit ausgelegt. Es ist sowohl für eine Vielzahl von Klebern als auch für diverse Lotpasten geeignet. Da das Material berührungslos aufgetragen wird, ist der Prozess robust gegenüber Höhentoleranzen. Die dosierte Menge wird einzig und allein über die Dosierkammer und die Anzahl der zu dosierenden Dots definiert und ist somit präzise und reproduzierbar. Die Dosierkammer wird temperiert und hält die Viskosität der Paste zum Zeitpunkt der Dosierung konstant. Chargenbedingte Viskositätsschwankungen in der Kartusche werden so kompensiert. Der Präzisionsdosierer Super Sigma ist ein intelligenter Druck-Zeit-Dosierer: am Verlauf des Druckaufbaus erkennt das System den Füllstand und optimiert die Dosierparameter. So können Dots mit 200 µm Durchmesser kontinuierlich und reproduzierbar dosiert werden. Für größere Dosierpunkte können Dosiernadel und -parameter angepasst werden. Die Maschine ist für den inline-Betrieb konzipiert. Für den Batch-Betrieb werden Transferbänder oder platzsparende Loader/Unloader integriert. Die kompakte Maschine hat einen großen Arbeitsbereich für Platinen bis 500x400 mm sowie ein Transferband mit drei Segmenten, um die Wechselzeiten zu optimieren.

ATN aus Berlin entwickelt, produziert und vertreibt darüber hinaus Komponenten, Systeme und Software für die Elektronikfertigung. Dieses umfasst Löttechnik und Lötroboter, die komplette Dosiertechnik und die SMD-Bestückung. Darüber hinaus ist ATN der deutsche Vertriebs- und Servicepartner für Dosiertechnik von Musashi Engineering Inc. aus Japan und hat in Zusammenarbeit mit dem Partner Neotel auch Lösungen für die Materiallogistik im Programm.

Die gesamte Linie und ihre 18 Partner haben noch so viel mehr zu bieten. Besuchen Sie die „Future Packaging“-Linie vor Ort vom 11.-13. Juni 2024 auf der SMTconnect und treffen Sie unsere Experten und Partner vor Ort. Die Linienführungen finden täglich um 10:00, 13:00 und 15:00 Uhr statt.

Wir freuen uns auf eine interessante Messe und darauf, viele neue und alte Gesichter auf unserem Stand begrüßen zu dürfen.

Ihr Ulf Oestermann

SMTconnect 2024: Halle 4, Stand 305