Direkte Datenerfassung

Michael Ford, Mentor Graphics Corporation,Wilsonville (USA)

Enterprise- und Manufacturing-Resource-Planning- (ERP and MRP) Tools unterstützen die Fertigung schon seit vielen Jahren, sie erfüllen die Kunden- und Marktanforderungen, befähigen zu weltweiten Betrieb und führen zum Erfolg. Der ROI (Return on Investment) dieser Systeme ist in den meisten Fällen sehr überzeugend, wenn auch nicht so sehr für die Fertigung in der Elektronikindustrie. Für diese wird in der Lieferkette ein weiteres Teil benötigt, eines, das mit den Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der SMT- (Surface-Mount Technology) Produktion umgehen kann. Da die Materialien den größten Anteil an den Kosten haben, hängt der Erfolg weitgehend davon ab, wie gut diese verwaltet werden.

Ein undurchdringliches Chaos herrscht in der Elektronikfertigung, da dort weder ERP noch Manufacturing-Execution-Systeme (MES) erfolgreich sind. Das Problem ist, die Bestandsgenauigkeit des Materials zu erhalten. Die Anzeichen für Ungenauigkeiten offenbaren sich in vielerlei Hinsicht: unerwartete Materialengpässe verursachen Ausfallzeiten auf den Linien, große Materialmengen stellen hohe Lageranforderungen, laufende Prozesse, die in den Produktionsstätten nicht verwaltet werden, aufgeblasene Materialbestände im Lager und blamable Wertabschreibungen bei den häufig erforderlichen Überprüfungen des Ist-Bestands. Diese Anzeichen gewinnen immer mehr an Bedeutung, da der Produkt-Mix steigt und die ständig wechselnden Kundenwünsche häufige Änderungen im Produktionsplan erfordern.

Was ist das Besondere an den Anforderungen für die Elektronikproduktion? Warum lässt sich die Bestandsgenauigkeit scheinbar nicht managen? Dies ist ein seit langem bestehendes Problem und es haben sich eine Reihe unzulänglicher Work-Arounds etabliert, die die grundlegenden Probleme verbergen. Diese Praktiken sind bei der Suche nach einer effektiven Lösung dieser Probleme eher ein Hindernis, anstatt eine Hilfe bei der Bewältigung.

Den Kern des Problems bei der Bestandsgenauigkeit bilden zwei unterschiedliche Themen: Ausschuss, der nicht gemanagt wird, und MRP Rückmeldung.

Das Problem mit dem Ausschuss entsteht überwiegend im SMT-Bereich. Kleine Abweichungen in der Art und Weise, wie eine SMT-Komponente präsentiert wird, können zu Ausfällen führen bei der Maschine, die die Bauteile aufnimmt und platziert. Dies ist eine Routineangelegenheit. SMT-Maschinen erkennen Fehler automatisch und beheben sie, indem sie es einfach noch einmal versuchen. Berichte über den Ausschuss, den Maschinen produzieren, werden in unterschiedlicher Weise über verschiedene Maschinenplattformen und mit Daten in verschiedenen Formaten abgerufen. Angesichts des Ausschusses, zusammen mit anderen Ausschuss-Quellen von manuellen Prozessen und ausrangierten Boards, ist MRP fast nie zielführend, weil es die Produktionsressourcen erschöpft.

Das Ergebnis ist eine allmählich wachsende Kluft zwischen den ERP-Lagerbeständen und dem realen Ist-Bestand. Dies geht bis zu einem Punkt, an dem die benötigten Materialien im Lager nicht mehr gefunden werden. Das ist für die Fertigung ein großes Problem, da Arbeitsaufträge nicht abgeschlossen werden können. Als Gegenmaßnahme lassen sich zwar die Lagerbestände erhöhen, aber egal wie hoch dies auch aufgefüllt werden, es verzögert nur die Auswirkungen.

Die Fertigung pocht häufig darauf, dass die Materialien für Arbeitsaufträge im Voraus vorbereitet werden, manchmal sogar mehrere „Kits“ im Voraus, um einen Betriebspuffer 24 oder 48 Stunden zu haben. Das wiederum erhöht den Materialbestand in der Fertigung. Wenn die Probleme nicht mehr tolerierbar sind, besteht die Lösung darin, den Ist-Bestand zu erfassen. Dieser zeigt zwar die großen Materialverluste auf, erlaubt es aber MRP, mit den korrigierten Lagerbeständen weiterzuarbeiten.

Der Lagerbestand enthält ebenfalls die Materialmengen, die in der Fertigung „gefunden“ wurden. Das sind Materialien, die nur zum Teil verwendet wurden und am Ende der Arbeitsaufträge den Maschinen entnommen werden. Diese konnten nicht effektiv gemanagt, wieder verwendet oder in das Lager zurückgebracht werden.

Die Rückmeldung ist eine einfache Möglichkeit, um die im MRP verwendeten Materialien zu berücksichtigen. Die Rückmeldung erfolgt nur, wenn alle Einheiten des Arbeitsauftrags die verschiedenen Schritte und Tätigkeiten abgeschlossen haben. Diese können für die Leiterplattenmontage mehrere SMT-Phasen, Montage per Hand, ICT und Reparatur umfassen. Wenn es einen hohen Produktions-Mix oder Qualitätsprobleme gibt, kann es durchaus zu einigen Verzögerungen kommen, bis die letzte Einheit abgeschlossen ist. MRP wird daher nicht wissen, wie viele Materialien, die an die Produktion übergeben wurden, zum Einsatz kamen und wie viele noch verfügbar sind. Um neue Arbeitsaufträge abzuschließen, werden im Produktionsplan oft Änderungen vorgenommen, ohne zu wissen, ob genug Materialien vorhanden sind. Das führt wiederum zu unerwartetem Maschinenstillstand und dem Abbruch von Arbeitsaufträgen. Die Rückmeldung kann zu weiteren Ungenauigkeiten beim Bestand führen. Dies kann durch lokale Änderungen an der Stückliste geschehen, weil alternative Bauteile wie durch die Einkaufspolitik vorgeschrieben zum Einsatz kommen, oder durch einen unerwarteten Engpass, wenn die Materialien der benannten Teilenummer nicht gefunden werden können.

Die vollständige Lösung für das Problem mit dem Materialbestand ist eine Erweiterung der Lieferkette, die präzises Management des Bestands, Lagers und der Materiallogistik ermöglicht und die direkte Erfassung des Materialverbrauchs, des Ausschusses an den Maschinen und anderen Prozessen in der Produktionsstätte automatisiert. Mentor Graphics Valor PCB-Manufacturing-Softwarelösung bietet dieses „fehlende Puzzlestück“.

Den Kern der Lösung bildet die Bestandskontrolle. Materialträger sind bei ihrer Ankunft eindeutig beschriftet und mit einer Datenbank verbunden, die die wichtigsten Materialeigenschaften definiert. Ebenso werden die Lagerplätze mit den entsprechenden Attributen definiert und Logik passt die Materialien automatisch an die optimalen Lagerplätze an. Um den Bediener Schritt für Schritt durch die Material-Einlagerung und alle anderen Logistikaufgaben zu führen, werden die Aufgaben für den Materialbestücker automatisch generiert. Die Unterstützung umfasst auch die Steuerung spezieller Materialien, wie das Managen von feuchteempfindlichen Teilen (Moisture Sensitive Devices – MSD) in die Trockenlagerung und fürs „Baking“.

Mehrere Lager können mit automatisierter Kanban-gesteuerter Logistik definiert werden, die dem effizienten Managen des Materialflusses zwischen den Lagern dient. Kanban-Logik wird auch verwendet, um „Point of Use“-Stores genau dort Materialien zur Verfügung zu stellen, wo sie gebraucht werden. Die Materialien werden an die Fertigung auf Basis eines „Just in Time“- (JIT) Systems übergeben. Dies geschieht mit einem „Pull Signal“, welches von Informationen abgeleitet wird, die direkt von den Schnittstellen der Maschinen kommen. Die Basis des Pull-Signals ist die bekannte Quantität der Materialien auf jedem Materialträger, wie sie auf jeder Gebrauchsposition verifiziert ist. Die Anzahl der von den Maschinen verwendeten oder als Ausschuss gelieferten Materialien, wird dann in Echtzeit durch die Maschinenschnittstelle erfasst.

Die Taktzeit der Maschine inklusive Details des kommenden Produktionsplans, erlaubt eine zuverlässige Vorhersage des Nachfragemusters der Materialien. Dieses kann mit zusätzlicher Logik wie dem Managen des Logistikaufwands zu Spitzenzeiten ermittelt werden. Das wiederum verbindet sich mit der automatisierten Logik der Materialaufnahme, um die Kommissionierung der effektivsten Materialien aus den Lagern zu managen und just-in-time an die Maschinen zu liefern. Der Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass Materialien, die für zukünftige Arbeitsaufträge benötigt werden, nicht im Voraus vorbereitet werden müssen, da bereits Materialwechsel in der JIT-Logik enthalten sind. Alle nicht verwendeten Materialien werden an die Lagerplätze zurückgegeben. Die Bestandsgenauigkeit wird gewahrt und überschüssiger Pufferbestand im Lager und in der Fertigung vermieden, wodurch Bestandszählungen überflüssig werden. Da Materialverbrauch und Ausschuss mit Hilfe der Valor-Information-Highway-Schnittstelle direkt an den Maschinen im MRP-System erfasst werden, ist keine MRP-Rückmeldung mehr erforderlich.

Die PCB-Manufacturing-Softwarelösung für die Supply-Chain ist die erste praktische Lösung, die auf die Erweiterung von ERP und MRP mit direkter Datenerfassung in der Fertigung abzielt. Sie bietet die erforderliche Flexibilität, um die steigende Nachfrage der Kunden nach kurzfristigen Änderungen zu erfüllen, die ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal für diejenigen Unternehmen ist, die in diesem Markt konkurrieren.