Herausforderung Traceability

Werner Eckert, Siemens EDMS, Erlangen

Das Sicherstellen der Rückverfolgbarkeit (Traceability) ist für die Produkthersteller aller Branchen eine echte Herausforderung. Für eine bestmögliche Kundenzufriedenheit und im Hinblick auf die stets strikter werdenden Verbraucher- und Umweltschutzregeln stellt die Rückverfolgbarkeit von Produkten zu ihrem Ursprung einen wesentlichen Faktor dar. Mehr als je zuvor streben Hersteller heute zudem danach, die Produktivität bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten zu maximieren. Um dieses anspruchsvolle Ziel erreichen zu können, muss jeder Schritt innerhalb des Fertigungsprozesses überwacht, umfassend dokumentiert und protokolliert werden. Fertigungsprobleme, die die Produktionsqualität beeinträchtigen, müssen schnellstens identifiziert und dort korrigiert werden, wo sie ihren Ursprung haben. Ultimatives Ziel ist immer noch, bei Produktrückläufer eine Null zu erreichen.

Siemens Electronic Design and Manufacturing Services (EDMS) ist ein Geschäftsbereich der Siemens AG, der Dienstleistungen für kundenspezifisch angepasste elektronische Module, Geräte und Systeme erbringt. Am Standort Erlangen werden Leiterplatten mit zwei modernen SMT-Linien und THT-Automaten bestückt sowie komplette Einheiten bzw. Geräte gebaut. Für Hersteller elektronischer Baugruppen ist die Forderung nach voller Rückverfolgbarkeit für Produkt und Fertigungsprozesse eine große Herausforderung. Im Rahmen der engen Zusammenarbeit mit dem Anbieter für Manufacturing Process Management (MPM)-Lösungen, UGS Tecnomatix Unicam und diplan hat sich Siemens EDMS der Implementierung einer Lösung zur Gesamtrückverfolgbarkeit verschrieben.

Mit dem Einsatz der bei Siemens EDMS implementierten Systemlösung zur Rückverfolgbarkeit ist es möglich, eine hohe Zahl mangelhafter Komponenten, die für Ausfälle während der Nutzung verantwortlich sind oder Platinen, die einen Ausfall aufgrund eines unvorhergesehenen Mangels innerhalb eines bestimmten Fertigungsschritts verursachen, zu identifizieren. Ohne Sicherstellung der Rückverfolgbarkeit wäre es möglicherweise erforderlich, die gesamte Produktion, d.h. bis zu 50.000 Produkte zurückzurufen. Mit der Rückverfolgbarkeitsoption ausgestattet, müssen vielleicht nur 500, vielleicht gar noch weniger Produkte zurückgerufen werden. Das ergibt für Hersteller und Lieferanten sowie nicht zuletzt auch für den Endverbraucher wesentliche Kosteneinsparungen.

Die Rückverfolgbarkeit wirkt sich auch deutlich auf das Image und das Prestige aus. Denn Rückverfolgbarkeit bedeutet für einen Automobilhersteller zum Beispiel, dass er nur 200 statt 5000 Fahrzeuge zurückrufen muss. Die Implementierung einer Rückverfolgbarkeitsfunktion reduziert darüber hinaus auch die Kosten für die Haftpflichtversicherung eines Unternehmens. Ein Hersteller, der innerhalb seines Werks alles garantieren kann, und sich selbst einem umfassenden Rückverfolgbarkeitsverfahren unterwirft, ist in der Lage, die Prämien seiner Versicherungspolicen mit dem Versicherer neu zu verhandeln.

Die Rückverfolgbarkeitslösung ist nur eine Komponente einer weitaus umfassenderen MES-Lösung. Zusätzlich zur Rückverfolgbarkeit enthält die MES-Lösung Module für Planung, Materialmanagement, Produktverfolgung (WIP), Endmontage mit rückverfolgbarer Erfassung der Einzelteile, Qualitätssicherung, die papierlose Reparatur und das Reporting in einer WEB-Umgebung. Die MES-Lösung wiederum nutzt die Daten, die von einer eingesetzten New Product Introduction (NPI)-Lösung erzeugt wurden. Die NPI-Lösung importiert CAD-Daten, Materiallisten (BOM), verwaltet die Teilebibliothek und die Liste freigegebener Lieferanten, erzeugt optimierte Programme für die Bestücklinien, Nadelpläne, Programme für In-Circuit- und Flying Probe Tester und erstellt die Fertigungs-Dokumentation. NPI- und MES-Systeme verwalten eine gemeinsame Datenbank, die sich auf dem gleichen Manufacturing Server befindet. Siemens EDMS nutzt die UGS Tecnomatix Unicam NPI-Lösung nun bereits seit mehreren Jahren. Diese Lösung umfasst die Module eM-Assembly Expert und eM-Test Expert. Die Systemlösung zur Programm- und Fertigungsdokumentationserstellung aus unterschiedlichsten CAD-Daten ist seit langem erfolgreich im Einsatz. Die Lösung verkürzt und optimiert die Umsetzung konstruktionsspezifischer Daten in die Fertigung; sie reduziert die Fehler durch Verwendung der zentral verwalteten Daten in neutralem Format und hilft dabei, kürzere Vorlaufzeiten und Kostenreduzierungen verwirklichen zu können.

Als die verfügbaren MES-Lösungen mit Rückverfolgbarkeitsfunktion evaluiert wurden, überzeugte das Konzept einer integrierten und modularen NPI- und MES-Lösung. Ein zweites gewichtiges Argument ist die Möglichkeit, die integrierte Lösung entweder auf Oracle oder auf Microsoft SQL Server-Plattform betreiben zu können, eine wichtige Vorbedingung, denn Siemens EDMS verwendet sowohl Oracle als auch Microsoft SQL Server an seinen Standorten.

Ein dritter wichtiger Faktor war die Partnerschaft von UGS Tecnomatix Unicam mit diplan für eine integrierte Lösung. Die NPI-Lösung von Siemens EDMS enthält ein Siplace-spezifisches Modul von diplan, das die Quell-QD-Datei, erzeugt von eM-Assembly Expert für Siplace-Bestückautomaten, nutzt. In dieser Lösung erfasst die Software das verbrauchte und verworfene Material (Bauteile, Rollen, Feeder) sowie die Maschinen-Daten an den Siplace-Automaten. Auf diese Daten wird dann von der globalen eM-Traceability-Lösung zugegriffen.

Den wirklich entscheidenden Ausschlag für diese Lösung gab laut Werner Eckert, dem Projektverantwortlichen und Technology Manager vom Siemens Standort Erlangen, der Besuch an einem Referenzstandort in Süddeutschland, an dem die eM-Traceability-Lösung mit integrierten MES-Modulen erfolgeich demonstriert wurde. Während dieses Werksbesuchs verfolgte das Evaluierungsteam eine Platine vom ersten Fertigungsschritt in der Linie bis zum verpackten Endprodukt. Das in Echtzeit erzeugte Rückverfolgbarkeits-Protokoll zeigte den kompletten Durchlauf der Platine durch alle Fertigungsprozesse auf. Es enthielt die Informationen über alle relevanten Arbeitsschritte sowie über alle Komponenten auf der Platine.

Rückverfolgbarkeit mit der eM-Traceability-Lösung bedeutet Nutzung einer umfassenden relationalen Datenbank für jedes Bauteil, jede Platine, jede Charge und jede wichtige Operation und Aktivität, die innerhalb des gesamten Fertigungsprozesses an jedem der Siemens EDMS Standorte stattfindet. Jeder Lagerort, jede Rolle, jeder Feeder, jeder Montagewagen und jede Station, jedes Montageband und jeder Bediener einschließlich der Eingangs- und Ausgangspunkte, verfügen über einen einzigartigen Barcode, anhand dessen die Rückverfolgbarkeit lückenlos garantiert ist.

Bestellinformationen sowie Informationen über alle Bauteile auf allen Rollen, die in den Werken eingehen, werden im SAP ERP-System gespeichert, darunter auch die Lieferanteninformationen und Komponenteneigenschaften. Daten über Materialien und Maschinenleistungen, aufbereitet durch die diplan-Software werden vom eM-Traceability-Modul übernommen.

Jede Platine jeder Charge erhält eine eindeutige Seriennummer. Auch Anforderungen und Bedingungen für nicht aufeinander folgende Seriennummern können vom Label Management-Modul der eM-Traceability-Komponente verwaltet werden. Die Platinen werden mittels Asys-Laserstationen gekennzeichnet, wobei der Einbrennprozess exakt überwacht, und mangelhaft gekennzeichnete Leiterplatten sofort registriert werden. Das Kennzeichnungsmodul erzeugt eine XML-Datei mit Seriennummer und Datencode von der Platine, die für die Rückverfolgbarkeit auch mit dem Produkt und der Charge assoziiert wird. Auch die Panel-Informationen werden aufgenommen, so dass die XML-Datei die Seriennummern aller Platinen auf einem Panel enthält.

Die eM-Traceability-Komponente Planning enthält Informationen über alle Unterbereiche innerhalb des Fertigungsprozesses in einem Werk sowie über Anlagen und Stationen, die dort zur Prozessausführung eingesetzt werden. Planning wird dazu verwendet, um online die Fertigungs-Route zu definieren, der die Platinen einer jeden Charge durch das Werk folgen muss. Danach stehen noch Endmontage, Verpackung und Versand an. Die Funktion eM-Traceability Work In Process (WIP) scannt jede Platine, wenn sie ins Montageband gelangt mit Datum- und Zeitstempel sowie jeder Station oder Maschine auf dem vordefinierten Weg der Platine. Die WIP-Komponente prüft darüber hinaus auch die Inhaltsmenge jeder Charge und reagiert online bei festgestellten mangelhaften Platinen. WIP erzeugt dabei Echtzeitprotokolle über den Ort jeder Charge und Platine im Werk. Das Modul ist damit die Online- und Echtzeit-Lösung, mit der jederzeit der exakte Aufenthaltsort einer jeden Platine feststellbar ist. Der Route-Checker überwacht die vordefinierten Montagerouten. Er erzeugt Echtzeitalarm, wenn Platinen von den vorbestimmten Wegen abweichen. Damit wird verhindert, dass Platinen den vordefinierten und korrekten Fertigungspfad verlassen.

Jeder Prozess innerhalb des Fertigungspfads fällt zu jeder Zeit in den Verantwortungsbereich eines bestimmten Users oder Controllers. Die Zuständigkeiten sind im Planungsteil der Fertigungsdatenbank definiert und erleichtern somit die Problemlösung im Falle von Störungen.

Während der Endmontage werden Haupt- und Nebenplatinen, mechanische Komponenten und Software dokumentiert und damit rückverfolgbar. Das Modul „Packaging Manager“ gewährleistet die komplette Nachverfolgbarkeit für alle Sendungen. Umfassende, Web-basierte Berichte und Protokolle über die Rückverfolgbarkeit sind für jeden Berechtigten, überall und jederzeit verfügbar; sie können in Echtzeit über die Bauteilseriennummer, die Leiterplattenseriennummer oder dem Datencode erzeugt werden. Sie enthalten Informationen über die Bauteile auf jeder Einzelplatine, über den exakten Fertigungsprozess, den die Platine durchlaufen hat, die Zeit zur Vollendung eines jeden einzelnen Fertigungsschritts und die Endgeräteinformation. Darüber hinaus bieten die Berichte eine gute Möglichkeit für den Nachweis der Konformität mit gesundheits- und umweltspezifischen Vorschriften, sowie mit Vorschriften bezüglich elektronischer Unterschriften und Aufzeichnungen. Sie sind auch die Lösung für den Fall, dass die Aufschlüsselung des Endprodukts in seine Einzelkomponenten oder in die einzelnen erfolgten Fertigungsschritte einmal erforderlich sein sollte. Wenn eine Platine vom Verbraucher zurückkommt, wird die Seriennummer eingescannt, so dass das Modul „Return Manager“ den Zugriff auf die umfassende Fertigungsgeschichte dieser einzelnen Platine erlaubt. Die Rückverfolgbarkeitsfunktion ermöglicht es, betroffene Produkte zu isolieren, und hilft dabei, Produktrückläufe zu eliminieren, indem Fehlertrends erkannt und Fertigungsprozessprobleme noch vor dem Versand der Produkte korrigiert werden.

Das Modul für Qualitätsmanagement der UGS Tecnomatix Unicam MES-Systemlösung mit dem Namen eM-Quality kümmert sich um Fehlerdiagnose und Reparatur. Das Modul ermöglicht die Korrektur von auftretenden Problemen noch während des Fertigungsprozesses. Das Modul „Quality Manager“ enthält Funktionen für das automatische Erfassen von störungs-/ausfallspezifischen Daten aus Test- und Prüfsystemen. Mit ihm wird eine Datenbank erzeugt, mit der zukünftige Reparaturmaßnahmen an ähnlichen Platinen optimiert und vereinfacht werden können. Die grafische Darstellung der Fehlerorte (Hot Spots) auf dem Platinen-Layout und die schaltkreisspezifischen Daten, die während der NPI-Phase zusammen mit der Fehlergeschichte aufgezeichnet werden, führen zu einer wesentlichen Vereinfachung der papierlosen Fehleranalyse und der Einleitung der entsprechenden Reparaturmaßnahmen. Der Quality Manager enthält eine SPC-Analyse variabler und attributspezifischer Daten sowie Echtzeit-Alarmfunktionen zur Unterbrechung von außer Kontrolle geratenen Prozesse und Pareto-Berichte für die Identifizierung aller Fehler und Hervorhebung der schwersten Mängel und deren Ursachen. Darüber hinaus erlaubt die systematische Rückverfolgbarkeit den Zugriff auf die Fertigungshistorie einschließlich der eingesetzten Stationen, Maschinen, Bediener und Bauteile, und führt damit zu beachtlichen Verbesserungen im Bereich der Qualitätssicherung. So wird auch die Zahl möglicher Fehler- und Ausfallursachen, die von der Qualitätsüberwachung untersucht und überprüft werden müssen, reduziert. Gleichzeitig wird auch genau der Personenkreis angegeben, der am ehesten Abhilfe bzw. eine Fehlerkorrektur herbeiführen kann.

Frei konfigurierbare Echtzeit-Alarmfunktionen machen es möglich, dass die verantwortlichen Personen über E-Mail oder Pager alarmiert werden, wenn bestimmte Trends oder vordefinierte (Fehler-) Ereignisse eintreten. Somit können die Verantwortlichen unmittelbar in die Fertigung eingreifen und den betroffenen Fertigungsschritt unterbrechen, bevor unzählige fehlerhafte Produkte hergestellt werden. Online-WIP gewährt umfassende und jederzeit verfügbare Transparenz hinsichtlich der aktuellen Auftragsverarbeitung. Die Pareto-spezifische Analyse der Fehlerdaten unterstützt den Qualitätsbeauftragen dabei, die Ursachen der üblichen und häufigsten Fehler zu identifizieren und zu eliminieren. Direkte Ertragssteigerungen sind die Folge. Die Möglichkeit, nun endlich bis zur Wurzel der Fehlerursachen vordringen und die erfolgversprechenden Korrekturmaßnahmen ergreifen zu können, führt zu einer allgemeinen Verbesserung aller betroffenen Prozesse, zur Reduzierung des Ausschussanteils und einer Verbesserung der allgemeinen Produktqualität. Darüber hinaus steigern reduzierter Inspektions-, Wartungs- und Reparaturaufwand natürlich die allgemeine Produktivität des Werks.

Der Nutzen für Siemens EDMS und seine internen und externen Kunden sowie für den Endverbraucher der OEM-Produkte ist immens. Alle Produkte, alle verwendeten Platinen und die darauf befindlichen Bauteile sind ohne Einschränkung umfassend rückverfolgbar. Jeder Fertigungsschritt und -prozess, der während der Herstellung oder Montage von Platine oder Endgerät durchlaufen wurde, ist umfassend dokumentiert und rückverfolgbar. Der Unternehmensführung steht die volle Transparenz aller auf Produktionsebene durchgeführten Fertigungsschritte und Prozesse zur Verfügung. Die Anzahl der Produktrückläufe und Produktrückrufe wird reduziert. Der Fertigungsprozess wird einer fortgesetzten Echtzeit-Verbesserung unterworfen, mit der es gelingt, den Versand von Produkten mit möglichen Mängeln, verursacht durch mangelhafte Bauteilequalität oder Herstellerfehler, zu minimieren. Alle Fertigungsschritte erfüllen die Bedingung der Rückverfolgbarkeit – einem bedeutenden neuen Merkmal der Elektro- und Elektronikproduzenten.

www.siemens.de/edm & www.ugs.com/tecnomatix

EPP 420

Die Siemens Electronic Design and Manufacturing Services (SEDM), ein Unternehmen des Siemens-Bereiches Industrial Solutions and Services (I&S), ist spezialisiert auf kundenspezifische elektronische Baugruppen, Geräte und Systeme. Das Angebot reicht von der Konzeption und Entwicklung eines Prototyps über die Fertigung und den Qualitätstest des Produktes bis hin zur Ersatzteillogistik und dem Reparaturservice. Dabei steht der Dienstleistungsgedanke, die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden, spezifische Elektronikkomponenten zu entwickeln und zu fertigen im Mittelpunkt.

An vier Entwicklungsstandorten (Hannover, Erlangen, München, Ditzingen), vier Fertigungsstandorten (Hannover, Essen, Erlangen, München) und drei Vertriebsregionen arbeiten rund 700 Mitarbeiter, und bieten somit Präsenz vor Ort und Nähe zum Kunden, um Fragen schnell und im persönlichen Kontakt zu lösen. Die Stärken der Siemens EDM über die gesamte Wertschöpfungskette sind hohe Anliefer- und Feldqualität durch Prüfstrategien und -beratung, aber auch die Möglichkeiten bei Materialbeschaffung und -management sowie hohe Entwicklungs-Kompetenzen – allein für Entwicklung und Technologie sind rund 70 Mitarbeiter verantwortlich.