Elektronik Praxis: Materialflussoptimierung in der Intelligent Factory

Der Materialfluss bleibt immer ein in sich atmendes System, das erst unmittelbar an der Maschine in eine nahezu lineare, sequenzielle Verarbeitung mündet. Zwischengeschaltet ist ein Lager- und Puffersystem, das vom Lieferanten über weitere Speicher auf Factory- und Shopfloor-Ebene bis zur Materialrolle am Bestückungsautomaten reicht. Läuft einer dieser Puffer leer, kann ein Maschinenstillstand durch Materialmangel die Folge sein. Daher ist es nur allzu verständlich, dass auf so manchem SMT-Shopfloor umfangreiche „Angstbestände“ vorgehalten werden. Diese verstellen wertvollen Produktionsraum, und das Material steht an anderen Linien nicht mehr zur Verfügung – dies ist bei einer konsequent bedarfsorientierten Planung hinfällig.
Voraussetzung für die richtige Balance zwischen Bedarf und Bestand ist eine integrative Datennutzung, wie sie ASMPT, der Technologie- und Marktführer bei Soft- und Hardwarelösungen für die Elektronikfertigung, in seiner intelligenten Fertigung praktiziert. Dabei gilt es folgende Anforderungen zu erfüllen:
•    Nahtlose und skalierbare Materialflussoptimierung auf dem Shopfloor
•    Intralogistik, die auf dem echten Verbrauch basiert
•    Vermeidung von Linienstopps wegen Materialmangel
•    Reduzierung der Materialmenge auf dem Shopfloor
•    Genau das richtige Material in genau der richtigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort (4r-Prinzip)

Vorausschauende Planung
Eine Optimierungs-Software für die Intralogistik muss kontinuierlich den Materialbedarf an der Linie analysieren, sie muss aber auch in die Zukunft schauen. Nur so lässt sich vermeiden, dass Materialmangel oder -überfluss herrscht oder eine gerade abgerüstete und eingelagerte Materialrolle nur Minuten später wieder an die Linie zurücktransportiert und wieder aufgerüstet wird.
WORKS Material Flow Optimizer von ASMPT wird diesen Anforderungen gerecht. Basierend auf frei definierbaren Zeitscheiben, berechnet die intelligente Applikation kontinuierlich den Materialverbrauch und steuert die Linienlogistik nach dem 4r-Prinzip. Hierzu werden Daten über den geplanten und tatsächlichen Materialverbrauch sowie den Materialvorrat an der Linie zusammengeführt und daraus der Bedarf ermittelt − dynamisch und kontinuierlich. Darauf aufbauend, generiert die Applikation Bedarfsmeldungen an Zentral- und Zwischenlager sowie zeitgesteuerte Transportaufträge.
Die WORKS Applikation für den reibungslosen Materialfluss organisiert und optimiert aber auch die Materialpufferung im Vorrüstbereich, und zwar produkt- und linienübergreifend. Die Applikation prüft bei jeder Materialrolle, die nach einem abgeschlossenen Produktionsauftrag abgerüstet wird, ob sie, zum Beispiel in einer Zwei-Tages-Frist, für einen Folgeauftrag noch einmal benötigt wird. Mit Hilfe einer Dockingstation und farbcodierten Lichtsignalen erhalten die Mitarbeitenden dann vor Ort genaue Anleitungen, welche Rolle zurück ins Lager muss und welche auf dem Feeder im Vorrüstbereich bleiben soll. Bei der Wiederaufrüstung zeigt die Applikation mit Lichtsignalen, welcher schon gerüstete Feeder auf welche Spur der neuen Rüstung gehört. Die beiden ASMPT Applikationen WORKS Material Flow Optimizer und WORKS Production Planner wachsen, getreu dem Grundsatz der datenbasierten, intelligenten Fertigung zusammen: Über eine Schnittstelle können Produktionspläne direkt in die Intralogistikplanung übernommen und somit Änderungen schneller umgesetzt werden. Indem die WORKS Planungs-Applikation die Produktionsaufträge direkt aus dem ERP-System importiert, ist auch die Kette vom Auftragseingang über die termingetreue und situationsorientierte Produktionsplanung bis hin zur Materialbereitstellung nach dem 4r-Prinzip an der Linie nahtlos geschlossen.

Factory-übergreifendes Material-Management
In einer SMT-Fertigung sind die Materialbestände in der Regel über mehrere Läger verteilt. Dabei gilt: Je näher ein Pufferspeicher an der Linie steht, desto kleiner der Materialbestand und desto kürzer die Zugriffszeit. Hier ist ein komplexes System zu verwalten, um das 4r-Prinzip umzusetzen. Dabei kommen Factory Material Manager und Factory Automation ins Spiel. Die vom MES-Spezialisten Critical Manufacturing, der Softwaresparte von ASMPT, entwickelten Applikationen auf Factory-Ebene behalten den Überblick über die Materialbestände in der gesamten Fertigung und steuern autonome Transportsysteme (AMRs) – von der Materialanlieferung, über die Kommissionierung für Produktion und Linien, bis hin zu Test, Konfektionierung und Warenauslieferung. Das Materialspektrum umfasst unbestückte und bestückte Leiterplatten, Bauelemente, Tools wie zum Beispiel Schablonen und Rakel für den Druckprozess oder Nozzles für den Bestückprozess bis hin zu Verbrauchsmaterialien wie Druckpasten oder Reinigungsmittel.

Lager- und Transport-Hardware
Zeitgemäße Intralogistik steht und fällt heute mit der integrativen Datennutzung durch Prozess-, Produkt- und Factory-übergreifende Applikationen. Genauso wichtig wie die Software ist aber die Hardware. Hier braucht es zunächst gut skalier- und kaskadierbare automatische Lagersysteme. Wichtig sind dabei platzsparende Lösungen, so dass der Footprint insgesamt niedrig bleibt. Komplettiert wird die Intralogistik-Hardware schließlich durch eine Flotte von autonomen Transportfahrzeugen. 
Hier vertraut ASMPT seinem Systempartner cts. Das innovative Unternehmen bietet passende automatische Lagersysteme für jede Produktionsumgebung, die nahtlos mit den herstellerunabhängigen AMR-Lösungen von cts zusammenwirken. So werden Ein- und Auslagerungen ohne Operator-Eingriffe zuverlässig abgewickelt. Intralogistik-Systeme von cts passen perfekt in das ASMPT Konzept der intelligenten Fertigung. ASMPT bleibt dabei seinem Open-Automation-Prinzip treu: Alle Applikationen zur Materialfluss-Optimierung sind so ausgelegt, dass sie auch mit Transport- und Lager-Hardware anderer Hersteller zusammenarbeiten.

Die Leiterplatte steuert den Programmwechsel
Wenn es darum geht, Prozesse zu optimieren, Zeit einzusparen und Mitarbeitende zu entlasten, dann rückt der Programmwechsel besonders in den Fokus. Hierzu muss in den meisten SMT-Fertigungen die betroffene Linie erst einmal leerlaufen. Dann wird zeitaufwändig umgerüstet, und neue Programme und Parameter müssen von Hand auf die Maschinen geladen werden. Generell lohnt es sich, ähnliche Produkte auf einer Linie zusammenzufassen und die Maschinen übergreifend aufzurüsten. Bei dieser so genannten Familienrüstung ist dann zumindest auf der Hardwareseite bei einem Programmwechsel kein manueller Eingriff mehr erforderlich. 
Der Programmwechsel in SMT-Fertigungslinien mit ASMPT Hard- und Software kann nun ebenfalls vollautomatisch erfolgen. Dazu werden die Daten der jeweiligen Leiterplatte über die standardisierte Schnittstelle IPC-HERMES-9852 von Maschine zu Maschine weitergereicht.
Bereits am Beginn der Linie, beim Entladen von Leiterplatten aus dem Magazin, werden alle relevanten Daten an den Lotpastendrucker der DEK TQ Plattform übermittelt, entweder über einen Barcode-Leser oder unmittelbar aus der Produktionsplanung. Diese Daten gleicht das System dann mit den in der Applikation Line Control hinterlegten Werten ab. Ist ein Recipe-Wechsel erforderlich, wird automatisch das neue Produktionsprogramm geladen. Nach dem Druck wird die Leiterplatte zusammen mit ihren IPC-HERMES-9852-Daten an Process Lens weitergegeben. Das SPI-System führt wieder einen internen Datenabgleich durch und wechselt bei Bedarf ebenfalls das Programm. Danach sind die Bestückautomaten an der Reihe, die analog zum Lotpastendrucker den Line Control Abgleich durchführen und gegebenenfalls neue Programme laden. Selbst die Transporte werden automatisch an die jeweilige Breite der zu transportierenden Leiterplatten angepasst. Praktisch und zeitsparend: Für diesen Leiterplatten-induzierten Produktwechsel muss die Produktionslinie nicht leer sein. Bei einer Familienrüstung ist der Produktwechsel komplett ohne Operator-Eingriffe möglich.
Sind manuelle Umrüstungen erforderlich, kann automatisch eine Fachkraft aus dem Smart Operator Pool gerufen werden. Dies geschieht über eine Schnittstelle zu WORKS Command Center von ASMPT, der Applikation für die linienübergreifende Steuerung des Bedienpersonals.

Gesamtsystem und ROI im Blick
Der durch einen Leiterplattenwechsel ausgelöste, sich von Maschine zu Maschine fortsetzende automatische Programm- und Produktwechsel zeigt, wie wichtig die integrative Datennutzung in der intelligenten Fertigung heute ist. „Wer bei der Materialflussoptimierung erfolgreich sein will, muss nahezu den gesamten SMT-Fertigungsprozess mit seinem Hard- und Software-Produktportfolio abbilden.“, stellt Erwin Beck, Director Product Management Automation Solutions bei ASMPT klar. „Nur so kann er die nötigen Erfahrungen sammeln. Nur so kann er das Know-how aufbauen, das für die Umsetzung des 4r-Prinzips erforderlich ist. Deshalb ist ASMPT mit seinem umfassendem Portfolio   Marktführer und gerade bei der Intralogistik-Optimierung genau der richtige Lösungspartner. Unser Ziel ist nicht die maximale Automatisierung, nicht die maximale Homogenität, nicht die maximale Kundenbindung durch proprietäre Systeme. Unser Ziel ist und bleibt der maximale ROI.“