Industrie 4.0: integrative Datennutzung für maximalen ROI

Die Entwicklung in der SMT-Fertigung ist durch eine zunehmende Automatisierung, Standardisierung und Integration gekennzeichnet. Waren die Anfänge noch von einer weitgehend manuell unterstützten, informationstechnisch inselartigen und geschlossenen Fertigung geprägt, so hat sich in den letzten Jahren – getrieben von hohen Personalkosten und demografisch bedingtem Fachkräftemangel – ein starker Trend zur Automatisierung entwickelt. Es zeigte sich jedoch schnell, dass eine menschenleere „Lights out Factory“ schon aus wirtschaftlichen Gründen kein sinnvolles Optimierungsziel darstellt. Denn Automatisierung senkt die Stückkosten nur bis zu einem gewissen Grad. Eine Überautomatisierung hingegen treibt die Kosten in die Höhe. In der Praxis gilt auch hier das Pareto-Prinzip: 20 Prozent der eingesetzten Ressourcen erzeugen bereits 80 Prozent der Ergebnisse. Jeder weitere Prozentpunkt Verbesserung erfordert überproportional mehr Ressourcen. ASMPT hat das frühzeitig erkannt und mit der Integrated Smart Factory die erste Etappe erreicht: Nicht maximale Automatisierung, sondern maximaler ROI ist hier das Ziel.

Wesentlich für die zunehmende Integration bestehender Hard- und Softwarelösungen zur Prozessoptimierung in der Integrated Smart Factory war die Einführung standardisierter Schnittstellen für die Elektronikindustrie. Von besonderer Bedeutung sind:

• IPC-Hermes-9852 für die nahtlose Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M)
• und IPC-2591 CFX für die Anbindung von Maschinen, autonomen Lager- und Transportsystemen an Higher-Level IT-Systeme wie MES oder ERP.

Diese industriellen Standardschnittstellen nutzte der globale Innovations- und Marktführer für sein offenes und flexibles Automatisierungskonzept, das problemlos Drittanbieter-Systeme integriert, Nachrüstungen ermöglicht und Elektronikfertigern jederzeit die freie Wahl lässt, wie, wann und in welchem Umfang sie automatisieren wollen. Mit dieser Strategie sind Elektronikfertigungen in ihrem Digitalisierungs- und Automatisierungsgrad exakt auf die Bedürfnisse der Anwender und des Marktes ausgerichtet. Hinzu kamen Softwarelösungen für Personaleinsatz, Qualitätssicherung und Materiallogistik.

In der Integrated Smart Factory gibt es bereits direkte Machine-to-Machine(M2M)-Kommunikation. Beispielsweise kann das SPI-System Versatzkorrekturen oder Reinigungszyklen im Lotpastendrucker ohne Benutzereingriff auslösen. Die einzelnen Stationen der Produktion und Qualitätssicherung sind jedoch noch weitgehend voneinander isoliert. Zudem wird eine wichtige Ressource kaum integrativ genutzt: Die Daten, die die zahlreichen Kameras, Sensoren und Lesegeräte an den einzelnen Maschinen kontinuierlich produzieren.

Im Gegensatz zu reinen Maschinenherstellern oder reinen Softwareentwicklern bildet ASMPT als Systemlieferant mit seinen Produkten nahezu die gesamte SMT-Fertigung ab, verfügt über ein einzigartiges Prozess-Know-how und weiß aus langjähriger Erfahrung, welche Daten aus dem Data Lake der Produktion wirklich relevant sind.

Mit der Weiterentwicklung zur Intelligent Factory hebt ASMPT nun diesen Datenschatz und nutzt Big Data konsequent zur ROI-Optimierung, und zwar sowohl in der Tiefe, also in Form einer detaillierteren Produktionsprozessanalyse und -optimierung, als auch in der Breite durch die datenbasierte Integration von Fertigungsbereichen wie zum Beispiel der kompletten Intralogistik.

Nicht mehr nur der einzelne Prozessschritt, die einzelne Maschine, die einzelne Rüstung, das einzelne Produkt, die einzelne Materialanforderung wird betrachtet, sondern die SMT-Fertigung in ihrer Gesamtheit. Dieses neue Konzept der integrativen Datennutzung in der Intelligent Factory bringt Vorteile auf mehreren Ebenen.

Grundlage jeder Optimierung in der SMT-Fertigung ist die kontinuierliche Erfassung und Darstellung von Key Performance Indicators (KPIs). Dazu gehören beispielsweise der Durchsatz, die Gesamtanlageneffektivität (OEE), die Auslastung oder die Balance der Produktionslinie. Dazu laufen in der intelligenten Fertigung Maschinendaten in einer Monitoring-Applikation der ASMPT Software Suite Works zusammen und werden rollenspezifisch und endgeräteunabhängig zur Verfügung gestellt.

Mit SPI- und AOI-Systemen verfügen moderne Produktionslinien bereits über sehr leistungsfähige Qualitätssicherungsinstrumente. Die von ihnen erkannten Produktionsfehler haben ihre Ursache jedoch häufig nicht dort, wo sie zuerst erkannt werden. So wurden bisher fehlerhafte Produkte zwar aussortiert, die zugrundeliegende Störung aber oft nicht beseitigt. In der intelligenten Fertigung hingegen zeigen benutzerfreundlich gestaltete, übergreifende Dashboards schnell, was zu Fehlern geführt hat. Die Datenintegration reicht dabei über die Linie hinaus: Durch den Abgleich von Planungs-, Referenz- und Echtzeitdaten aus der Fertigung werden Produktionshindernisse erkannt und können − wiederum durch übergreifende Analysen − beseitigt werden.

Der M2M-Datenfluss bringt ein weiteres Plus an Benutzerfreundlichkeit: Störungen, die durch die linienübergreifenden Analysefunktionen von Works erkannt werden, erscheinen auf dem Display der betroffenen Maschine. So weiß das Bedienpersonal sofort, wo es ansetzen muss.

Das richtige Material in der richtigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort bereitzustellen, ist seit jeher das Ziel perfekter Intralogistik. Die integrative Datennutzung in der intelligenten Fertigung hat auch den Materialfluss revolutioniert. So ist es nun beispielsweise möglich, den Materialverbrauch an der Linie in frei definierbaren Zeitscheiben kontinuierlich in Echtzeit zu berechnen. Dazu werden Daten zum geplanten und tatsächlichen Materialverbrauch sowie zum Materialbestand an der Linie zusammengeführt und korreliert. Auf dieser Basis generiert Works Bedarfsmeldungen an Zentral- und Zwischenlager sowie zeitgesteuerte Transportaufträge. So können platzraubende „Angstbestände“ an der Linie vermieden werden und das Material steht rechtzeitig und genau dort zur Verfügung, wo es tatsächlich benötigt wird.

Auch die Materialpufferung im Vorrüstbereich lässt sich mit Works einfach und effizient optimieren: Ist ein Produktionsauftrag abgearbeitet, erhalten die Mitarbeitenden an der Linie von der Software detaillierte Anweisungen, welche Bauelementerolle zurück ins Lager muss und welche im Vorrüstbereich verbleiben soll, weil sie innerhalb eines frei definierbaren Zeitraums für einen Folgeauftrag wieder benötigt wird. Das spart Zeit und unnötige Materialtransporte zwischen Shopfloor und Zentrallager.

Die fertigungsübergreifende Verwaltung und Koordination autonomer Lager- und Transportsysteme für alle produktionsrelevanten Materialien und Werkzeuge – vom Wareneingang bis zur Auslieferung der fertigen Produkte – erfolgt nun ebenfalls datenbasiert.

Ein gutes Praxisbeispiel für die Vorteile der integrativen Datennutzung ist die Umrüstung auf ein neues Produkt. In der intelligenten Fertigung muss dazu die betroffene Linie nicht mehr leerlaufen. Der Programmwechsel kann vollautomatisch durchgeführt werden. Dazu werden die Daten der zu bearbeitenden Leiterplatte über die standardisierte Schnittstelle IPC-Hermes-9852 von Maschine zu Maschine weitergegeben.

Bereits beim Entladen der Leiterplatten aus dem Magazin am Anfang der Linie werden alle relevanten Daten an den Lotpastendrucker der DEK TQ Plattform übergeben. Dies kann entweder über Etiketten und Barcodeleser erfolgen oder fertigungsübergreifend direkt aus der Produktionsplanung. Die Maschine vergleicht dann die Daten mit den in der Planung hinterlegten Informationen und löst bei Bedarf einen automatischen Programm-Download und falls erforderlich den zugehörigen Rüstwechsel aus. Nach dem Lotpastendruck wird die Leiterplatte mit ihren IPC-Hermes-9852-Daten an das SPI-System Process Lens und anschließend an die Siplace Bestückautomaten übergeben. Jede Fertigungsstation führt erneut einen Abgleich zwischen geladenem und benötigtem Programm durch und aktualisiert gegebenenfalls. Bei leiterplatteninduziertem Programmwechsel können somit verschiedene Produkte gleichzeitig auf einer Linie bearbeitet werden. Denn auch die Transportbänder werden automatisch an die jeweilige Breite der zu befördernden Leiterplatten angepasst. Ist die Linie familiengerüstet, kann der Produktwechsel sogar komplett ohne Operator-Eingriff erfolgen.

Ganzheitlich werden in der intelligenten Fertigung nicht nur Maschinen datenbasiert gesteuert, sondern auch die wichtigste Produktionsressource unterstützt: der Mensch. Die knappen Fachkräfte werden nicht mehr linienbezogen, sondern auf dem gesamten Shopfloor eingesetzt. Dies geschieht rollenbasiert und qualifikationsorientiert. Die moderne Personalsteuerungsapplikation von Works verfügt über Schnittstellen zur Materialflussplanung: Wird beispielsweise bei einem Rüstwechsel manuelle Unterstützung benötigt, erscheint automatisch und mit ausreichend Vorlaufzeit eine entsprechende Anforderung auf dem mobilen Endgerät eines Operators. Kann die Aufgabe ferngesteuert ausgeführt werden, geschieht dies komfortabel über ein Remote Cockpit. So können SMT-Linien kontinuierlich am Laufen gehalten und die Produktivität gesteigert werden. Mit einer fertigungsübergreifenden Software für alle Instandhaltungs- und Reparaturaufgaben bringen die Technikerteams bedarfsgerechte Wartung und laufende Produktion problemlos in Einklang und verwalten effektiv alle Assets von der kompletten Maschine bis zur einzelnen Pipette. Treten unvorhergesehene Probleme auf, unterstützt ein KI- und NLP-basierter virtueller Assistent mit einer umfangreichen Wissensdatenbank bei der Ursachenforschung und Fehlerbehebung - und das Beste: Ihm kann man wie einem erfahrenen Kollegen einfach per Sprache Fragen stellen.

„Dank standardisierter Schnittstellen wächst in der Intelligent Factory nun zusammen, was zusammengehört“, resümiert Bernhard Fritz, Head of Global Marketing bei ASMPT SMT Solutions. „Materialfluss und Qualitätssicherung, Planungs- und Produktionsebene, Mensch und Maschine: Alle Produktionsfaktoren verschmelzen zu einem integrativen Ganzen. Das übergeordnete Optimierungsziel ist dabei immer die bestmögliche Auslastung der bestehenden Kapazitäten – und vor allem: der maximale Return on Investment.“