Daten-Management und AOI Marantz Business Electronics Europe, Eindhoven & A1 Electronics B.V., Almelo

Tatsache ist aber, dass es der Elektronikbranche im Westen gut geht, sie ist konkurrenzfähig und wächst. Bestückungsunternehmen wie der niederländische EMS-Anbieter A1 haben auf moderne Technologie gesetzt, um ein neues, hocheffizientes Geschäftsmodell zu realisieren.

A1 ging 2001 an den Markt, auf dem Höhepunkt des „Ost-Rausches“ der Branche. Dieser Erdrutsch kommt zwar allmählich zum Stehen, aber die Tatsache, dass der EMS-Anbeiter mitten in dieser stürmischen Phase sich etablieren und wachsen konnte zeigt, dass die Gründer, Jos in het Veld und Rudy Oude Vrielink, ganz genau wussten, was sie taten. Ihr Geschäftsmodell ist anders, auch wenn das auf den ersten Blick nicht sofort klar wird. Dieser Unterschied ist aber in einem Markt, in dem leicht nachzuahmende Massenprodukte eine so große Rolle spielen, entscheidend. „Wir sind kein herkömmlicher Elektronik-Fertigungsbetrieb. Vielmehr war es von Anfang an unsere Strategie, hohe logistische Leistungsfähigkeit auszuspielen“, so Rudy Oude Vrielink. „Als logistisches Unternehmen haben wir unsere Systeme überwiegend darauf ausgelegt, Fehlerquellen zu eliminieren, einschließlich solcher, die bei der Bestückung auftreten.“

„Indem wir zum Beispiel verhindern, dass falsche Bauteile in die Fertigungslinie und bis in die Bestückungsmaschinen geraten, verringern wir den Arbeitsaufwand, der gewöhnlich in die Lösung dadurch verursachter Probleme gesteckt wird, drastisch“, erklärt Oude Vrielink weiter. Mit diesem Modell ist es dem Dienstleister gelungen, durch äußerste Kosteneffizienz bei kurzen Lieferzeiten mit Anbietern in Niedriglohnländern zu konkurrieren, und dies sogar bei großen Stückzahlen. Das Konzept des Unternehmens macht sich die Vorteile des „right-first-time“-Gedankens zunutze, welcher ein lückenloses Qualitätsmanagement fordert. Die beiden Gründer haben sich allerdings die verbreitete Ansicht, dass Inspektion und Tests dadurch tendenziell entbehrlich würden, nicht zu eigen gemacht. Immer engere Prozesstoleranzen werden verlangt, und um dies zu erreichen, sind präzise Messmethoden von zentraler Bedeutung.

„Indem wir die Logistik des Fertigungsbetriebs optimiert haben, konnten mögliche Fehlerquellen zunehmend auf den Bestückungsprozess selbst eingegrenzt werden“, fährt Jos in het Veld fort. „Um aber die Leistung hinsichtlich Produktqualität und Lieferzeit bieten zu können, die unsere Kunden von uns erwarten, müssen wir auch diese Ursachen weiter reduzieren. Um das zu erreichen, brauchen wir verlässliche Technologien, mit denen wir unsere Abläufe stets unter Kontrolle behalten.“ Das Funktionieren von Prozess-Monitoring in Echtzeit und Optimierungsprogrammen ist grundsätzlich vom ständigen Feedback genauer Qualitätsdaten abhängig. „Was wir benötigten, war ein schneller und verlässlicher Weg, solche Daten zu erhalten. Damit man allen Kunden dieselbe Serviceleistung bieten konnte, musste diese kompatibel mit kurzen Produktionszyklen sein“, so Jos in het Veld. Mit Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen wie Systemhersteller für öffentlichen Personenverkehr, Elektronikspezialisten für Industrie und Medizin und Hersteller von Marktneuheiten mit großen Stückzahlen in Europa, müssen die Techniker bis zu fünf Produktwechsel am Tag möglich machen. Häufig fehlt dabei die Zeit oder das Budget, spezielle Vorrichtungen für Schaltungstests (Incircuit-Tests) zu entwickeln. Um die entsprechenden Daten für jede einzelne Leiterplatte bereit zu stellen, benötigte man eine dynamischere Technologie. Flying-Probe-Tester (flexible Testsonden) haben zwar zum Beispiel das Tempo und die Flexibilität, um bei hohem Produktmix und entsprechend häufigem Umrüsten mithalten zu können, aber, so Oude Vrielink, „wichtige prozessbezogene Informationen, etwa über die Qualität der Lötverbindungen, können damit nicht ermittelt werden.“

Um die benötigte schnelle und flexible Quelle hochwertiger Daten zu erhalten, hat A1 im Jahr 2005 in ein Marantz M22XCL350 AOI (Automatic Optical Inspection) System investiert und, nachdem dies ein sofortiger Erfolg war, im Mai 2007 auf das noch leistungsstärkere M22XDL460 aufgerüstet. Das neue Gerät ist mit seiner Fehlererkennung in 24-Bit-Farbtiefe in der Lage, rasch wertvolle Informationen über die getesteten Baugruppen zu sammeln. Die Systemsoftware erlaubt die Bestimmung und Aufzeichnung von Mängeln in einem geeigneten Format, um Lücken in der Prozesskontrolle weiter vorne in der Fertigungslinie sofort erkennen zu können. So kann das leistungsstärkere System beispielsweise aus dem Auftreten von versetzt oder verkehrt aufgebrachten Bauteilen auf bestehende oder sich anbahnende Fehler in Prozessen weiter oben in der Linie schließen. Das könnte etwa eine wegen unzureichender Reinigung verstopfte Schablonenöffnung sein. Aber auch eine schadhafte Bestückungspipette mag die Ursache für versetzte oder fehlende Bauteile sein. Diese Art der Nutzung von AOI demonstriert, wie Inspektionssysteme auch vorbeugend eingesetzt werden können, also nicht bloß, um entstandene Fehler zu finden, sondern auch um zu verhindern, daß sie überhaupt erst zum Problem werden. Hier handelt es sich tatsächlich um eine vorausblickende Nutzung der AOI-Technologie; viele andere Hersteller haben erst jüngst begonnen, offiziell Systeme in diesem Sinne zu entwickeln.

In der Praxis konnte das Team so auch, dank der engeren Prozesskontrolle durch das kontinuierliche Feedback von AOI-Daten, seine Prüfverfahren am Ende der Linie rationalisieren; eine große Zahl prozessbezogener Fehler tritt einfach gar nicht mehr auf. „Baugruppen können jetzt mit Hilfe standardmäßiger Funktionstests mehr als hinreichend analysiert werden, was im Vergleich zur Durchführung vollständiger Schaltungsprüfungen/Incircuit-Tests enorm Zeit spart“, erklärt Rudy Oude Vrielink. Dies bedeutet aber keineswegs, dass die Sorgfalt in der Durchführung von Qualitätskontrollen nachlassen würde. „Häufig lassen die Anforderungen hinsichtlich Lieferzeit und Kosten, in Verbindung mit kurzen Produktzyklen, die Entwicklung von speziellen Testabläufen nicht zu. Daher ist unser AOI ein wichtiger Faktor, der es uns ermöglicht, die Anforderungen unserer Kunden hinsichtlich Qualität und Testmöglichkeit im Rahmen der praktischen Gegebenheiten noch zu übertreffen.“

Bei früheren AOI-Geräten war für jede neue Leiterplatte eine zeitraubende Programmierung erforderlich, damit das System Defekte richtig erkennen konnte und Fehlalarm vermieden wurde. Der Schwerpunkt auf Highmix-Produktion bei kleinen Stückzahlen hat indes heute die Ansprüche westlicher Elektronikhersteller an AOI grundlegend geändert, was ein vollständig neu konzipiertes Modell notwendig macht. Komplexe, hochwertige Baugruppen und mehrere Produktwechsel am Tag bedeuten, dass die Bestücker wenig Zeit für langwierige Programmierarbeiten haben. Zum Glück haben die AOI-Plattformen genau aus diesem Grund beträchtliche Fortschritte beim Reduzieren der Programmierzeit gemacht. „Kurze Programmierzeiten standen ganz oben auf unserer Wunschliste; AOI nützt uns bei der Durchführung unseres Konzeptes überhaupt nichts, wenn zu viel Zeit zum Programmieren draufgeht“, kommentiert Jos in het Veld. „Wir haben uns für die M22XDL460 wegen ihrer herausragenden Eigenschaften in dieser Hinsicht entschieden sowie einiger anderer Leistungen, die Flexibilität und Produktivität im Vergleich zu anderen Geräten ihrer Klasse verbessern.“

Das System erlaubt dem Benutzer, die Maschine für die Inspektion von Komponenten, Lotpastendruck und Lötstellen zu optimieren und verfügt außerdem über besondere Möglichkeiten wie Einzoomen und Optimierung der Kameraeinstellungen. Durch Funktionen für das Sammeln und Aufzeichnen von Inspektionsdaten und die anschließende Verknüpfung mit früheren Inspektionsergebnissen, können die Marantz-AOI-Geräte im Laufe der Zeit sogar noch schneller und genauer werden. „Wir haben inzwischen eine umfangreiche Fall-Datenbank, die wir bei der Programmierung heranziehen, dabei erreichen wir eine hohe Sicherheit gegen Fehlalarme. In der Regel können wir die Maschine in weniger als 20 Minuten auf eine neue Baugruppe programmieren“, fügt Rudy Oude Vrielink hinzu.

Es stimmt, dass der Wechsel zu bleifreier Bestückung einen Neustart auch beim Aufbau neuer Datenbanken bedeutet hat. Weltweit musste die ganze AOI-Gemeinde ihre Erwartungen hinsichtlich des Erscheinungsbilds von Lötverbindungen neu definieren. Bei bleifreien Lötverbindungen sieht nicht nur die Oberfläche der Lötstelle anders aus, sondern die Variationsbreite an akzeptablen Erscheinungsformen ist wesentlich größer. „Wir vergleichen jetzt in der Regel jede einzelne Lötverbindung mit diversen Modellen, um sicherzustellen, dass akzeptable Lötstellen nicht verworfen werden“, so Oude Vrielink. „Wir betrachten dies als Vorteil, da es eine wesentlich schärfere Prüfung jeder Lötstelle zur Folge hat.“ Um ihre Bestückungs- und Inspektionskompetenz auch für Produkte zu behalten, die von der Bleifrei-Verordnung ausgenommen sind – etwa Flugzeugausrüstung und bestimmte Arten medizinischer Instrumente – sieht sich der EMS-Anbieter in der Pflicht, Datenbanken für beide Technologien aufzubauen.

Bauteil-Datenbanken sind ein integraler Bestandteil von Marantz AOI seit 2003, die jüngste Version enthält 500 verschiedene, gespeicherte Komponenten-Pakete. Neue, kundenspezifische Datenbanken können unter Rückgriff auf die Master-Datenbank erstellt werden, und so schnell neue Master-, wie auch Inspektionsdatenbanken für bestimmte Leiterplatten generiert werden. Datenbanken können auch miteinander verknüpft werden, was die Flexibilität beim Setup erhöht und die Zeit bis zur Produktion verkürzt. Mit der Verwendung einer Bauteildatenbank kann beim Programmieren bis zu 75 % Zeit eingespart werden. Bei A1 wird das AOI-System mit den Daten aus der Bauteil-Bestückung weiter vorne in der Fertigungslinie verknüpft. Diese Daten folgen einem internen Format, da die Stücklisten jedes Zulieferers in einen eigenen Satz von Artikelnummern übersetzt. Dies ist ein weiteres Beispiel für das Aufbereiten von Daten zur Vermeidung von Fehlern. „Unsere Leute haben immer mit konsistenten Artikelnummern und Kennzeichnungen zu tun, wodurch Verwechslungen vermieden werden, die auf unterschiedliches Lernverhalten oder formlose Interpretation der Kundenangaben zurückgehen“, erklärt Oude Vrielink.

Um Produktivität und Auslastung der Fertigungslinie zu optimieren, nutzt der Deinstleister auch die Offline-Programmiermöglichkeit der AOI-Lösung. Diese unterstützt das Programmieren der Maschine von irgendeinem PC aus, sogar wenn nötig von außerhalb des Betriebsgeländes. Darüber hinaus gibt es noch leistungsstarke Modi, um die Inspektionsdauer pro Leiterplatte zu minimieren; dazu zählt die Fähigkeit, mit der Inspektion der nächsten Leiterplatte schon zu beginnen, während die Aufbereitung der Testergebnisse von der vorangegangenen Baugruppe noch im Gange ist. Für ein Gerät bedeutet die Verfügbarkeit solcher Features günstige Gesamtkosten (TCO). Die AOI-Daten werden für den papierlosen Reparaturbetrieb genutzt. Dieser verbindet die Inspektionsergebnisse der fertigen Baugruppen und die Fehleranalysen mit den original CAD-Daten der betreffenden Baugruppe, um das Reparaturteam schnell an die Stellen, an denen Fehler festgestellt wurden, zu leiten. Das Unternehmen verfügt über vier voll integrierte Rework-Stationen, die mit Barcode-Identifizierung arbeiten und automatisch die Fehlerdatenbanken mit den AOI-Ergebnissen aufrufen, um die Vorteile der Geschwindigkeit und Genauigkeit papierlosen Reworks auszuschöpfen. „Die Leistungsfähigkeit unserer AOI-Systeme ermöglicht jetzt einen kostengünstigen, genauen und papierlosen Reparaturbetrieb“, so Rudy Oude Vrielink. „Unsere Bearbeiter können einfach über das Firmennetzwerk auf die Fehlerdaten für jede einzelne Leiterplatte zugreifen und so graphische Darstellungen aller festgestellten Mängel erhalten. Das papierlose System erlaubt uns, die Dokumentation eines jeden Produktes sofort zu aktualisieren, was nicht nur praktisch ist, sondern auch garantiert, dass immer mit den neuesten Daten zu jeder einzelnen Baugruppe gearbeitet wird.“

Es ist klar, dass die Art, in der Daten auf den verschiedenen Ebenen des Betriebs genutzt werden, für den Erfolg ihres Logistik-basierten Geschäftsmodells entscheidend ist. Die Konzentration auf Logistik hat sich dabei als Schlüssel zum Wachstum erwiesen, angesichts einer starken weltweiten Konkurrenz, insbesondere in Ländern, in denen die Lohnkosten noch immer sehr viel niedriger sind als in Westeuropa. Die Herausforderung ist, komplexe technische Aufgaben zu bewältigen, bei gleichzeitiger Wahrung äusserster logistischer Effizienz. Bei der Beantwortung dieser Herausforderung haben Rudy Oude Vrielink und Jos in het Veld von A1 Electronics die Bedeutung der richtigen Werkzeuge erkannt, sowohl für die Ermittlung exakter Daten als auch für ihre produktive Nutzung im gesamten Betrieb. Nachdem sie zwei Jahre mit dem flexiblen Highspeed-AOI-System gearbeitet haben, kommen sie zu dem Ergebnis, dass sie sich das nicht mehr wegdenken können.

SMT, Stand 7-521

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