Produktivitätssteigerung für vernetzte Fabriken

Das industrielle Internet der Dinge (Industrial Internet of Things, IIoT) ist ein wichtiger Wegbereiter für die Industrie 4.0 und transformiert die Art und Weise, wie Daten sowohl im operativen Bereich (OT) als auch in der Informationstechnologie (IT) gehandhabt werden. Sie treibt die Entwicklung neuer Werkzeuge voran, die sowohl die Planung auf Managementebene als auch die Wartung und Optimierung in der Fabrik verbessern können.

Standards verbessern die Konnektivität

Das IIoT umfasst leistungsfähige, standardisierte Maschine-zu-Maschine Kommunikationsprotokolle. In der Oberflächenmontage der Elektronikfertigung bieten diese nun eine Grundlage für eine intelligente Kommunikation zwischen automatisierten Inline-Anlagen und Unternehmenssoftware wie dem Manufacturing Execution System (MES) und Enterprise Resource Planning (ERP). Dies ist eine willkommene Verbesserung, denn in der Vergangenheit hat das Fehlen von Normen die Aussichten auf eine anspruchsvolle Kommunikation zwischen den verschiedenen Arten von Geräten und Systemen stark beeinträchtigt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Änderungen in der Art und Weise, wie Maschinen Daten austauschen, es den Herstellern von SMT-Ausrüstung nun auch ermöglichen, die Software-Werkzeuge zu verbessern, die den Produktionsteams in den Betrieben zur Verfügung stehen. Trotz des allgemeinen Trends zu mehr Automatisierung und längerer unbeaufsichtigter Produktion bedeutet die Komplexität der SMT-Prozesse und -Anlagen, deren Wartung und Optimierung häufige Aufmerksamkeit erfordert, dass die Stärkung der Kompetenzen dieser Teams wichtig bleibt.

Verbindung von OT- und IT-Bereichen

Als eines der maßgeblichen Prinzipien von Industrie 4.0 zielt die Verbindung der OT-Ausrüstung eines Unternehmens mit seinen IT-Systemen darauf ab, eine nahtlose Verbindung zwischen der Fabrikausrüstung und den Anwendungen für die Unternehmensleitung herzustellen. Unternehmenssoftware wie MES ermöglicht es, die Steuerung der Fertigungsaktivitäten zu automatisieren, während die Daten aus den Fabrikanlagen auch analytische Anwendungen mit Informationen versorgen, die der Unternehmensplanung dienen und die für eine kontinuierliche Verbesserung erforderlichen Erkenntnisse liefern.

IIoT-Technologien bringen nun standardisierte Protokolle und APIs in den Mix ein, wie JSON (JavaScript Object Notation) und REST (REpresentational State Transfer (webbasierte API)), die die Kommunikation zwischen Fabrikanlagen und IT-Anwendungen ermöglichen. Ohne diese standardisierten Plattformen ist die Kompatibilität zwischen Ausrüstungen und Anwendungen alles andere als "plug-and-play". Sie erfordert eine aufwändige und kostspielige Zusammenarbeit zwischen den Software-Entwicklungsteams der einzelnen Parteien.

Durch die Verwendung dieser neuen Protokolle können Ausrüstungen und Anwendungen nun Daten über eine relativ einfache Kommunikations-Schnittstelle austauschen. Der Ausrüstungshersteller kann diese Schnittstelle erstellen und pflegen, ohne sie für die Kommunikation mit bestimmten individuellen IT-Anwendungen jeweils anpassen zu müssen.

Ein Beispiel dafür ist YSUP-LINK, das Teil des YSUP-Produktions-Unterstützungssystems von Yamaha ist. YSUP-LINK nutzt REST, um die Anbindung von SMT-Equipment, wie dem automatischen Drucker YSP10 und den neuesten Bestückungsautomaten YRM20, in einer Produktionslinie an verschiedene MES- oder andere Industrie 4.0-Anwendungen von Drittanbietern zu ermöglichen. Außerdem verwaltet es die Steuerung und Erfassung von Informationen aus der Produktionslinie, stellt eine Verbindung zu intelligenten Bauteil-Lagersystemen her und unterstützt die Möglichkeit, sich in Zukunft mit Geräten und Software von Drittanbietern zu verbinden.

Es bietet ein Konnektivitäts-Paket, das es den Maschinen in der Fabrik ermöglicht, Statusinformationen an das MES zu senden, wodurch das MES dann die Fertigungsaktivitäten automatisch überwachen und steuern kann.

Mehrere Einheiten von Maschinen wie dem Bestücker YRM20 können gleichzeitig mit dieser Umgebung verbunden werden. YSUP-LINK kann dann Berichte an das MES senden, z. B. Live-Status-Updates über die an den einzelnen Maschinen verwendeten Materialien oder Spleißberichte beim Wechsel von Bauteilrollen.

Es gibt auch Unterstützung für die herkömmliche SECS/GEM-Schnittstelle, die die Kommunikation zwischen der neuen Software und solchen Geräten wie z. B. Halbleiter-Backend-Umgebungen ermöglicht, die etablierte Protokolle verwenden.

Auf der anderen Seite ist die Software für das kommende IPC-CFX-Protokoll (IPC-2591) schon jetzt bereit, das einen einheitlichen Standard für alle Aspekte der Datenverwaltung und Kommunikation in digitalen Fabriken schaffen soll.

Erweiterung der OT-Kommunikation

Yamahas Produktions-Unterstützungssystem beinhaltet auch ein Material-Informationssystem, YSUP-MI, das die Verwaltung von Materialinformationen zentralisiert und diese den Software-Tools der Fabrik für Aktivitäten wie Linienüberwachung und Rüstungsüberprüfung/-navigation zur Verfügung stellt. Dies bringt Vorteile für die Produktionsteams, wie z. B. eine zügigere Reaktion auf Anfragen von Bedienern nach Informationen über Bauteilrollen sowie die Möglichkeit einer schnelleren Durchführung der Datensicherung. Dank der Echtzeit-Synchronisation zwischen dem Materialinformations-System und den IT-Systemen des Unternehmens ist das Daten-Management zentralisiert.

In der Fabrik muss sichergestellt werden, dass die Produktionsteams über den Zustand der Anlagen und der Produktion auf dem Laufenden gehalten werden, sodass sie in der Lage sind, bei Bedarf entsprechende Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.

Mit Hilfe des Relay-Servers kann ein Bediener, der an einer Maschine arbeitet, einen Befehl gleichzeitig an alle anderen Maschinen in der Linie senden. Alle Maschinen können grundlegende Aktionen wie die Laufüberwachung und die Programmumschaltung gemeinsam nutzen, während die neuesten YRM-Gerätegenerationen gleichzeitig den Austausch von Informationen, wie das Laden von Leiterplatten, die Bildschirmanzeige und Status von Maschine und Leiterplatte, ermöglichen.

Darüber hinaus bietet die YSUP-Software ein Live-Dashboard, das erweiterte Analysen zur Unterstützung bei der Echtzeit-Optimierung und Fehlersuche bereitstellt. Dieses Tool beinhaltet analytische Funktionen wie die Analyse von Druckergebnissen, die Analyse von Platzierung und Ausrichtung, die Unterstützung von Bildverarbeitungsprozessen, die Zusammenführung von Verlustkosten und ein erweitertes Berichtswesen zur Unterstützung von Wartungsaktivitäten sowie zur Steigerung der Produktivität.

Ein weiteres Feature ist die Bauteilabhol-Analyse, die hilft, die Ursachen für häufige Montagefehler zu finden und zu beheben. Diese Funktion unterstützte bereits einige Yamaha-Kunden. Durch die gleichzeitige Visualisierung der Fehlerquoten bei der Bauteil-Aufnahme pro Feeder und pro Kopf half das Dashboard einem Kunden, ein Aufnahmeproblem auf ein Problem mit dem Spleißband zurückzuführen, dessen Identifizierung mit herkömmlichen Werkzeugen etwa 6 Stunden gedauert hätte. Das obige Bild vergleicht die Diagnoseprozesse beider Ansätze und zeigt, wie das Dashboard die Zeit für die Lösung des Problems auf etwa 40 Minuten verringert.

In ähnlicher Weise hat ein anderer Kunde die Dashboard-Informationen genutzt, um Monat für Monat über 100.000 Abholfehler zu vermeiden und damit potenziell zwischen 12.000 und 120.000 US-Dollar im Jahr an Bauteil-Verlustkosten zu umgehen.

Fazit

IIoT-Technologien ermöglichen eine ausgefeilte Plug-and-Play-Kommunikation zwischen SMT-Equipment, Werks-Softwaretools und der Unternehmens-IT. Einerseits wird damit die lang ersehnte Brücke zwischen den IT- und OT-Bereichen der Firmen geschlagen, um das Produktionsmanagement zu automatisieren und die Effizienz zu erhöhen. Zum anderen bildet diese Technologie die Ausgangsbasis für verbesserte Werkssoftware, die den Überblick für die Anlagenbetreiber erhöht und die Fehlerbehebung und Prozessoptimierung beschleunigt, um die Produktivität zu maximieren.

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