Am Zollner-Standort Zandt entstand im Zeitraum von Juli 2012 bis Februar 2013 ein Anlagensystem zur Fertigung von elektronischen Baugruppen für eine hochkomplexe Leistungselektronik. Durch die Kooperation des Mechatronikdienstleisters Zollner mit dem unterfränkischen Anlagenbauer haprotec wurde in kurzer Zeit erfolgreich ein Projekt realisiert, das alle Beteiligten einen großen Schritt in die Zukunft führt. Die anspruchsvollen Maßgaben, angefangen bei den klassischen Optimierungsanforderungen Zeit und Platz, über hohe Anforderungen an technische Sauberkeit, bis hin zu neuen Softwarelösungen in Form einer zentralen Liniensteuerung, stellten die Projektleitung vor Aufgaben, über die es zu berichten lohnt.
Zollner Elektronik AG, Zandt & haprotec, Kreuzwertheim
Elektromobilität ist aktuell in aller Munde. Von den einen noch kritisch beäugt, gehen andere einen innovativen und richtigen Schritt in die Zukunft. Zu diesen Unternehmen zählt die Zollner Elektronik AG. Im Hauptwerk im oberpfälzischen Zandt läuft seit September 2013 eine hochkomplexe Leistungselektronik für einen renommierten deutschen Automobilhersteller vom Band. Die Leistungselektronik fungiert dabei im Fahrzeug als Schnittstelle zwischen Batterie und Elektromotor. Das Unternehmen realisiert die Produktion der elektronischen Baugruppen und Module sowie die Montage des Endgerätes. So wird ein weiteres Mal die Fähigkeit zur vertikalen Integration unterstrichen, um eine höchstmögliche Kundenzufriedenheit zu erreichen. Die komplette Produktion sowie ein Großteil der Logistikprozesse finden unter Sauberraumbedingungen in speziell dafür errichteten Produktionsbereichen statt.
Bereich THT-Fertigung
Einen wichtigen Teilbereich in der Produktionskette bildet dabei die THT-Produktion von elektronischen Baugruppen. Das komplexe System aus integrierter Elektronik und mechatronischen Subkomponenten in Verbindung mit einer kompakten Bauweise stellte eine Herausforderung an die Prozessgestaltung und die eingesetzten Prozesstechnologien in diesem Produktionsbereich dar. Da für die Produktion elektronischer Baugruppen ein 22m langes THT-Anlagensystem notwendig ist, hat sich die Partnerschaft zwischen den beiden Unternehmen, wie das Ergebnis beweist, gut bewährt. Mit ausgewiesenen Stärken im Bereich der THT-Lösungen sowie umfangreichem Know-how im Anlagenbau stellt haprotec einen ideenreichen und verlässlichen Partner dar. Die bereits im Produktportfolio vorhandenen Drehumsetzer, Drei-Ebenen-Lifter sowie Transportsysteme ermöglichen eine stabile Grundlage für die platzsparende Konzeption des Systems.
Es gelang der Projektleitung, bestehend aus Michael Schwarz, Tobias Spannfellner und Markus Babl von Seiten Zollner sowie Bruno Hörner, Jörg Hampel, Markus Hirsch und Christian Happ seitens haprotec, mit diesem Projekt einen bedeutenden Schritt in der Ära der E-Mobilität zu gehen. Nicht zuletzt weil es gelang, den wohl entscheidendsten Punkt im Lastenheft, die Software-Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Anlagen innerhalb des Systems, zu bewältigen. Hauptaufgabe war hierbei die Anbindung an das zollnerinterne Manufacturing Execution System (MES), das die Produkt- und Auftragsinformationen bereitstellt, die Bearbeitung freigibt und die erzeugten Prozess- und Materialzuordnungsdaten erfasst.
Transparente Fertigung
Die mittlerweile übliche Forderung der Kunden nach einer gesamtheitlichen und lückenlosen Rückverfolgbarkeit und Identifizierung der gefertigten Produkte entlang der gesamten Lieferkette bis hin zum einzelnen Bauteil war auch in diesem Projekt Maßgabe. Hier verfolgt das Unternehmen den Ansatz der gesamtheitlichen Traceability. Eine solche durchgehende Nachvollziehbarkeit der Bewegungen von Produkten und Bauteilen ermöglicht die effiziente Erstellung statistischer Datensätze und kann so den gesamten Produktionsablauf optimieren. Auftretende Fehlerquellen können direkt isoliert und detektierte Komponenten ersetzt werden, was eine umgehende Qualitätssteigerung sowie einen erheblichen Beitrag zur verbesserten Wirtschaftlichkeit zur Folge hat. Mit seiner MES ist das Unternehmen in der Lage, eine gesamtheitliche durchgängige Rückverfolgbarkeit über die gesamte Supply Chain sicherzustellen.
Die Entwicklung und Implementierung des Zentralen Leitsystems (ZLS), als direktes Produkt der partnerschaftlichen Zusammenarbeit beider Unternehmen, ermöglicht den ständigen schnittstellenübergreifenden Kontakt zwischen dem MES, den einzelnen Baugruppen und der Anlagensteuerung. Die wichtigen Voraussetzungen für Industrie 4.0 wurden geschaffen.
Die zur Kommunikation notwendige Schnittstelle bildet der ZLS-Server; er übernimmt außerdem die Routensteuerung der Werkstückträger und leitet Kommunikationsanfragen der anlageninternen Komponenten an die übergeordneten Systeme weiter.
Für die Kommunikation mit der Anlagensteuerung verwendet der ZLS-Server das Produkt SPS-Gateway. Die ZLS-eigene Datenbank wird über die internen Datenbankfunktionen angesprochen. Weitere Schnittstellen (z. B. zu hausinternen Systemen oder dritten Anlagenkomponenten) wurden individuell implementiert.
An den Arbeitsplätzen kann das ZLS die Werker durch Abbildung von Bestück- oder Montageanleitungen unterstützen oder mittels sensorgestützter Ablaufassistenten durch den Arbeitsprozess führen. Alle relevanten Prozessdaten werden automatisch protokolliert und an das übergeordnete MES rückgemeldet.
Das zu Beginn formulierte Ziel und die damit einhergehende Aufgabenstellung sah ein Anlagennetz vor, das Montageplätze, optische Kontrolle durch AOI-Systeme sowie die zugehörigen Lötanlagen intelligent kombinieren kann und alle Anforderungen der Sauberraum-Produktion nach SaS2 erfüllt.
Durchdachte und intelligente Lösung
An dieser Stelle konnte haprotec durch sein fundiertes Wissen im Bereich der Systemautomation und seinen Erfahrungen aus vergangenen Reinraumprojekten entscheidende Lösungskonzepte anbringen. In den vergangenen Jahren spezialisierte sich das Unternehmen aus der Main-Tauber-Region auf flexible Umbauten sowie Erweiterungen bestehender Anlagensysteme, im gleichen Maße wie die Konstruktion und Realisierung von neuen Projekten. Ausgewiesene Kernkompetenzen liegen hier bei verknüpften Prozessabläufen im Bereich der Elektronikfertigung, THT-Lösungen sowie Lackierprojekte für Elektronikbaugruppen.
Insgesamt besteht das in Zandt entstandene Anlagensystem bisher aus sechs Handarbeitsplätzen. Die drei im Rahmen dieses Projekts entwickelten Montagelifter erweitern die Anzahl an Handarbeitsplätzen optional um drei weitere, welche bei Spitzenauslastung zu besetzen sind. Entstanden ist hierbei die abdeckungsfreie Variante eines Lifters, durch dessen offenes und dennoch gesichertes Design ein platzsparender Montageplatz zur Verfügung steht. Des Weiteren existieren eine Nachklassifikationsstrecke, zwei Lötanlagen, drei Drehumsetzer, vier Lifter, ein Lötstelleninspektionssystem sowie drei Systeme zur optischen Bestückungsprüfung. Der Datenaustausch wurde über definierte Schnittstellen unter Einsatz von RFID-Technologie realisiert.
Die Gesamtanlageneffektivität wird durch ein nach Zollner-Vorgaben konstruiertes Montageplatzbelieferungssystem erhöht. Dieses portable Materialsystem führt zu Platzeinsparungen und erhöhtem Arbeitskomfort durch greifraumoptimierte Bereitstellung der Einzelteile. Zusätzlich stehen die kurzen Transportstrecken aus wartungs- und abriebsfreien Staurollenketten sowie der Zwei-Ebenen-Transport im Zeichen der optimalen Ausnutzung der gegebenen Produktionsfläche.
Ein weiteres Thema im Projekt, war das Energiemanagement (Umweltbewusste Produktion). Nicht nur für das Fahrzeug zählt der grüne Gedanke, sondern auch die Produktion aller Komponenten soll so ressourcenschonend wie möglich erfolgen. Das Anlagensystem schaltet daher intelligent, je nach Bedarf, Komponenten ab oder wieder hinzu, um so den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten.
Durch die ausgezeichnete Kommunikation zwischen den Unternehmen gelang es, die Anlage in kürzester Zeit aus der Planungs- und Konzeptionsphase heraus in die Realisierungsphase zu führen. Der große Erfolg des Projekts, darin sind sich alle Parteien einig, ist dem Engagement aller Beteiligten, der mustermäßigen Terminierung und der guten Überwindung der Schnittstellenprobleme zuzuschreiben.
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