Intelligente mobile Roboter bestimmen Smart Factory

Moderne Informations- und Kommunikationstechnologien verschmelzen mit klassischen industriellen Prozessen. Für Maschinen- und Anlagenbauer bedeutet dies eine Metamorphose hin zum Softwareunternehmen, beschreibt Werner Kreibl, einer der Asys-Geschäftsführer, die derzeitigen Entwicklungen hin zu Smart Factory: „Der sehr hohe Automatisierungsgrad erfordert eine komplexe Software, weshalb wir mittlerweile eine eigene Softwareabteilung aufgebaut haben.“ Auf der langjährigen Software-Erfahrung – insbesondere mit dem User-Interface Simplex – aufbauend, lancierte Asys im Jahr 2014 Pulse. Dabei handelt es sich um eine linienübergreifende Softwarelösung. Sie ermöglicht dem Operator, problemlos und in Echtzeit via Smart Devices wie Tablet oder Smart Watch die Produktion zu überwachen und prompt bei Stillständen oder anderen Fehlern zu reagieren. „Bei einem Kunden aus dem Elektronikbereich haben wir den Nutzen der Software bereits evaluiert. Insgesamt sank die Anzahl der Stopps an der Anlage um bis zu 70 Prozent, was die Produktivität um 27 Prozent steigert.“

Für Asys bedeutet Smart Factory einen ganzheitlichen Lösungsansatz, der die Fertigungsstationen und -elemente gewinnbringend miteinander verbinden und die Materialbereitstellung automatisieren kann. Asys

Längst ist die Softwarelösung in der Elektronikfertigung etabliert. Mit der so genannten Pulse-Community ist ein Zusammenschluss aus Herstellern von Maschinen und prozessunterstützenden Systemen zu verstehen, die mittels NFC-Tag entlang der Fertigungslinie miteinander verbunden sind. „Zwischenzeitlich wurde Pulse weltweit mehr als 60 Mal installiert und zwar über Branchengrenzen hinweg. Wir sehen darin nicht nur eine Bestätigung dafür, dass wir auf dem richtigen Weg sind, sondern auch, dass Pulse die Bestrebungen von Industrie 4.0 entscheidend mitgestaltet“, ist sich Werner Kreibl sicher. Im Zuge der weiteren Prozessoptimierung hat Asys gemeinsam mit ASM Assembly Systems im März 2017 die Initiative „The Hermes Standard“ aus der Taufe geholfen, die von einer unabhängigen und offenen Gruppe von führenden SMT-Equipmentherstellern mitgetragen wird. Die durchdachte Kommunikationsplattform wurde nun Ende August 2018 zum Standard IPC-Hermes-9852 erhoben. Sie verfügt über alle bisherigen SMEMA-Funktionalitäten zur Weitergabe von Leiterplatten in der SMT-Linie, deckt zusätzlich aber noch eine Vielzahl von weiteren Anforderungen zum optimalen Board-Handling ab.

Um jedes Material bedarfsgerecht mit den mobilen Robotern transportieren zu können, hält Asys verschiedene Aufsätze bereit, wie etwa KLT-Boxen. Asys

Wie die Vernetzung die Produktion erobert

Maschinen sollen untereinander in Echtzeit Informationen austauschen können, um die Produktion besser zu koordinieren und effizienter sowie flexibler zu gestalten. Am Ende steht nicht nur die konstante Prozessoptimierung, sondern auch die Einsparung von Ressourcen. Mit Pulse wurden die Weichen gesetzt, doch für Florian Ritter ist das nicht genug. Der Manager Business & Product Portfolio Development von Asys betont: „Wir haben einen sehr starken Kundenfokus und realisieren alles, was technisch und wirtschaftlich machbar ist.“ Was sich dahinter verbirgt, erläutert der Zukunftsexperte ebenfalls: „Wir befinden uns noch am Anfang der intelligenten Fabrik der Zukunft mit ihren verteilten Zellen und komplexeren Materialflüssen. Hier sind ganzheitliche Lösungskonzepte gefragt, die Fertigungsstationen und -elemente gewinnbringend miteinander verbinden und die Materialbereitstellung automatisiert. Und auch hier ist die Modularität ein wichtiger Faktor für die Prozessoptimierung und Produktionsflexibilität.“

Die derzeitigen Produktionsstätten der Elektronikfertigung zeigen deutlich, dass sich die Branche im Übergangsstadium der intralogistischen Herausforderungen befindet, da der Materialfluss noch von Menschen überbrückt wird – egal ob offline an Feederbänken oder direkt angeliefert an Systeme und Handarbeitsplätzen. Da sehen die Asys-Experten durchaus Handlungsbedarf. Immerhin startete das Unternehmen vor über 25 Jahren als Hersteller konventioneller Handlingsysteme wie Be- und Enlader, Puffer oder Bandstrecken. Dem folgten Systeme für das Markieren und Labeln von Leiterplatten, danach Leiterplatten-Nutzentrenner sowie Schablonendrucker für den präzisen Lotpastenauftrag sowie Tray- und Warenträgertransfer. Mittels Baukastenprinzip war es dem Unternehmen immer schon möglich, auch kundenspezifische Maschinen und Anlagen anzubieten.

Materiallogistik-Know-how dank Akquisition: Das mit AIV kommunizierende Materiallager von Super Dry Totech nimmt problemlos verschiedene Magazingrößen auf und lässt sich modular erweitern und ist auch mehrstöckig konfigurierbar. Asys

Der Blick der Asys-Experten für arbeitserleichternde und effizienzsteigernde Maßnahmen ist geschult und die Frage, die sich ihnen dabei stellte war, wie sich die Materiallogistik auf das Zeitalter von Industrie 4.0 hieven lässt. Welche Lösung könnte sich als Bindeglied zwischen den einzelnen Fertigungsabschnitten eignen? Eine Antwort sind intelligente mobile AIV. Das Akronym steht für autonomous intelligent vehicles oder auch fahrerlose intelligente Transportsysteme. Intelligent deshalb, weil sie anders als ihre Vorgänger nicht nur festgelegte Wege zurücklegen, sondern sich auf dem Shop-Floor relativ autonom bewegen. Sie verfügen über eine Karte der Umgebung und berechnen auf dieser Basis die beste Route zwischen zwei Punkten.

Materialflüsse die Asys mittels AIVs abbilden kann: Die vollständige Integration von mobilen Robotern in eine kooperative Umgebung bringt viele Herausforderungen mit sich, die gemeistert werden müssen. Es gilt die Materialien in der laufenden Produktion stets „griffbereit“ zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen. Asys

AIVs können dank modularer Erweiterungen verschiedene Transportaufgaben erledigen. Außerdem lassen sich verschiedene Automatisierungsstufen implementieren, bis im letzten Schritt eine komplette intelligente, automatisierte Fertigung realisiert wird. „AIVs sind das zentrale Element, um autonome Materiallogistik zu realisieren. Die smarten Helfer befördern verschiedenste Materialien, die in der Fertigung benötigt werden“, bekräftigt Florian Ritter. Um jedes Material bedarfsgerecht transportieren zu können, hält Asys verschiedene Aufsätze bereit, wie etwa KLT-Boxen mit Rohleiterplatten oder Magazine mit zu verarbeitenden Leiterplatten, Container mit Bauteilrollen oder spezielle Käfige für Schablonen und Siebe.

Werner Kreibl: „Der sehr hohe Automatisierungsgrad erfordert eine komplexe Software, weshalb wir mittlerweile eine eigene Softwareabteilung aufgebaut haben.“ Asys

Material Logistics effizient gestalten

„Uns geht es darum, jegliche Materialflüsse innerhalb der Fertigung automatisieren“, unterstreicht Florian Ritter. Das schließt ein, Trays, Magazine, Rohmaterial, Bauteilrollen und Prozessmaterialien wie Lotpasten, Kleber oder Reinigungsrollen in der laufenden Produktion stets „griffbereit“ zur richtigen Zeit am richtigen Ort zur Verfügung zu stellen. Mit den AIV ist zwar eine große Hürde gelungen, doch zunächst musste noch eine Lösung für die Materiallogistik und deren Lagerung gefunden werden. Entsprechend hat sich Asys auf die Suche nach einem Partner gemacht und Anfang Mai 2017 den Trockenlager-Spezialisten Super Dry Totech übernommen: „Die Eingliederung von Super Dry Totech in die Asys Group war eine logische Konsequenz. Da alle nötigen Maschineninformationen für eine autonome Fertigungsabwicklung bereits bezogen wurden, galt es im nächsten Schritt, die Informationsflüsse aus dem Lager damit zu verknüpfen. Dies ist mit dem Dry Tower möglich, weshalb wir jetzt eine autonome Materialversorgung der Linie realisieren können“, begründet Werner Kreibl die Akquisition.

Florian Ritter: „AIVs sind das zentrale Element, um autonome Materiallogistik zu realisieren.“ Asys

Ursprünglich als Stand-Alone-System konzipiert, konzentrierten sich die Entwicklungsaktivitäten darauf, den Dry Tower mit AIV-Systemen zu kombinieren, um in der Automatisierung echte Industrie-4.0-Standards zu erreichen und damit die Fabrik der Zukunft gestalten zu können. Heute ist das Bauteillager oder auch Magazine Warehouse genannt, an AIVs angebunden. Es kommuniziert über die Software Material-Manager mit allen eingebundenen Fertigungselementen. Im Magazine Warehouse werden Magazine automatisch und chaotisch in einem Regalsystem gespeichert. Dank eindeutiger Kennzeichnung ist jedes Magazin rückverfolgbar eingelagert und kann jederzeit gezielt wieder ausgelagert werden. Die Umgebung lässt sich an die Anforderungen des Materials anpassen: So ist es etwa möglich, die Temperatur oder Luftfeuchtigkeit entsprechend zu regeln. Problemlos können verschiedene Magazingrößen eingelagert werden (Magazine, Trays, KLTs), außerdem ist das Magazine Warehouse modular in die Breite und Länge erweiterbar und mehrstöckig konfigurierbar. Das Ganze nennt Werner Kreibl dann „Materialbahnhof“.

Intelligente Kommunikation mit durchdachter Software

Doch um die Materiallogistik zuverlässig sicherzustellen, wurde noch ein ganzes Bündel an Softwarelösungen notwendig. So bildet der Material-Manager die Fertigung virtuell ab und sammelt Daten von allen Systemen, um auf deren Basis die richtigen Entscheidungen zu treffen. Diese Materialveraltungssoftware überblickt den gesamten Shop-Floor: Alle Arbeitsplätze der Fertigung (Lager, Vorrüstbereich) können angebunden werden. Materialbewegungen werden online erfasst, sodass stets der aktuelle Materialstandort übertragen wird. Die Materialbedarfsberechnung folgt dem Just-in-Time-Prinzip, da alle gesendeten Daten in Echtzeit ausgelesen und ausgewertet werden. Die Software bietet eine Benutzerverwaltung, so können verschiedenen Personen unterschiedliche Verantwortlichkeiten und Rechte eingeräumt werden.

Die Software MSL-Manager wird in Lagersystemen eingesetzt. Sie überwacht deren Temperatur und Feuchtigkeit und verwaltet deren Daten. Dabei wird ihre Position im Lagersystem registriert, die Floor-Life-Time errechnet und der Trocknungsprozess dokumentiert. Außerdem sind alle eingelagerten Materialien rückverfolgbar. Die Wege jedes Materials werden aufgezeigt und auf ungenutzte Bestände aufmerksam gemacht. Ergänzend dazu koordiniert der Fleet-Manager die AIVs in der Fertigung. Die Route jedes einzelnen AIVs wird geplant, und das so, dass jeweils der Roboter die Aufgabe übernimmt, der die Aufgabe am effektivsten und schnellsten ausführen kann. Be- und Entladevorgänge werden optimiert, Wege und Aufgaben effizient geplant.

Mit Pulse ist Asys ein Coup gelungen, zumal zwischenzeitlich viele arbeitserleichternde Apps hinzukamen, wie etwa Alert-Manager, User2Machine und Messenger. Sie ermöglichen es dem Linienmanager, Maschinen zuzuweisen und Aufgaben selbst zu editieren und priorisieren. Die Komponente IC-Run aus dem OIC-Paket realisiert eine automatische Produktumstellung. IC-Run stellt eine Linie innerhalb weniger Minuten auf ein neues Produkt um. Dank der Software muss nicht mehr jede Maschine einzeln angepasst werden. Der Linienmanager kann das neue Produkt für die gesamte Linie von seinem Arbeitsplatz einrichten, indem er ein zentrales Linien-Programm erstellt. Bereits existierende Programme können wiederverwendet, neue Programme zentral verwaltet und einfach vorbereitet werden. Ein Produktwechsel ist bereits möglich, wenn das letzte Produkt des vorherigen Produktionsauftrags die Linie durchläuft. Sobald dieses eine Fertigungsstation verlässt, kann für das neue Produkt umgerüstet werden.