Kontrolle pur Adrian Schärli, Essemtec, Aesch (Schweiz)

MIS ist die Abkürzung für Management Informations System (Bild 1). Das System stellt die Informationen und Werkzeuge zur Verfügung, welche für die Produktionsplanung, die Fertigung und die Qualitätssicherung – eben das Produktionsmanagement – wichtig sind. MIS kann auf die gesamte SMT-Fertigungskette angewendet werden, vom Schablonendrucker bis hin zum Reflowofen (Tabelle 1). Im Folgenden werden die Funktionen und Vorteile insbesondere am Beispiel eines Bestückungssystem erklärt und aufgezeigt.

Die Herstellkosten setzen sich zusammen aus Materialkosten, Maschinenkosten und Personalkosten. Bei der nicht optimierten SMD-Bestückung ist der Personalaufwand für das Umrüsten und die Stillstandszeiten der Maschine sehr groß, die Bestückleistung aber klein (Bild 2). Dies rührt hauptsächlich daher, dass der Bauteilbedarf ohne entsprechende Hilfsmittel nicht geplant werden kann. Folglich muss der Anwender nach der Fertigstellung eines Auftrages alle Bauteile abrüsten, und anschließend die ganze Maschine mit den neuen Bauteilen aufrüsten. Nicht selten stellt er dann erst fest, dass ein wichtiges Bauteil fehlt, was weitere Verzögerungen, Aufwand für Express-Bestellungen und aufwändige Nachbestückungen nach sich ziehen kann.

Anders ist die Situation, wenn alle Daten für die Planung immer aktuell zur Verfügung stehen. Alle bekannten zukünftigen Fertigungsaufträge können früh in die Planung einbezogen werden, und Materialengpässe werden rechtzeitig erkannt. Umrüstarbeiten sind planbar und können, um Stillstandszeiten zu vermeiden, parallel zur laufenden Produktion durchgeführt werden. Durch das vorausschauende Zusammenfassen mehrerer Aufträge ist die Zahl der Bauteilwechsel auf ein Minimum reduzierbar.

Für die Produktionsoptimierung muss das MIS die wichtigsten Planungsdaten kennen. Dies sind – weiterhin am Beispiel des Bestückungsautomaten – die anstehenden Aufträge und Stückzahlen, der aktuelle Bauteil-Lagerbestand, die momentane Bauteilverwendung (bereits aufgerüstet oder noch im Lager) und die verfügbare Produktionskapazität. Das Bestückungssystem selber muss einige Grundvoraussetzungen erfüllen, damit die Resultate der Planung einfach umgesetzt werden können. Wichtig sind vor allem Zuführungen mit einer intelligenten Schnittstelle zum Bestückungsautomaten, eine genügend große Kapazität für Zuführungen und die Möglichkeit, diese während der laufenden Bestückung auszutauschen.

Ein zentrales Element von MIS ist das Barcode-Identifikationssystem, welches zum Beispiel für die Lagerverwaltung der Bauteile verwendet wird. Jedes Gebinde wird mit einem eigenen Code eindeutig identifiziert, damit später von der richtigen Rolle abgebucht wird und die Verwendung eines spezifischen Bauteils verfolgt werden kann. Der Bestand in einem Gebinde (z.B. einer Rolle Bauteile) ist nicht im Barcode selber enthalten, sondern wird automatisch in der Datenbank nachgeführt. Dadurch spielt es für das MIS keine Rolle, ob ein Bauteil gerade auf einer Maschine verwendet wird oder im Lager ist, für die Planung ist immer die aktuelle Menge bekannt. MIS kann aufgrund der geplanten Aufträge prüfen, ob der Bauteilbestand ausreichend ist. Falls nicht, generiert das MIS eine Einkaufsliste.

Der Rüstplan der Zuführungen, deren Position auf der Maschine, ja gar die Abfolge der Aufträge, beeinflusst die Gesamtproduktivität. Die notwendigen Optimierungs-Algorithmen sind dementsprechend sehr komplex und können nur von einer Software bewältigt werden, welche alle notwendigen Einflussfaktoren berücksichtigen kann. MIS stellt nach der Optimierung dem Bediener das Planungsresultat und den Vorschlag in Form der Rüstlisten zur Verfügung. Dem Endkunden gegenüber können mit diesen Daten konkrete Aussagen über die Lieferzeit und Herstellkosten gemacht werden. Die Auswirkungen von Prioritäts-Änderungen können geprüft, und die richtigen Entscheidungen getroffen werden.

Die Bestückungsgeschwindigkeit eines Automaten hängt stark von der Position der Zuführungen ab, weil die Verfahrwege des Bestückungskopfes zeitraubend sind. Bei Mehrkopf-Bestückungsautomaten wie der FLX (Bild 3) ist zudem das so genannte „Balancing“ (Linienausgleich) eine wichtige Optimierungsaufgabe. Einfach gesagt: wenn alle Bestückungsköpfe immer etwas zu tun haben, dann ist die Produktivität hoch. Wenn ein Kopf warten muss, dann bleibt Produktionskapazität ungenutzt.

Eine Besonderheit des Bestückungsautomaten ist, dass gleichzeitig simultan zwei verschiedene Leiterplatten bestückt werden können, die von links und rechts geladen werden. Dies ermöglicht, bei laufender Serienproduktion auch Prototypen zu produzieren oder einen unvorhergesehenen dringenden Auftrag zu erledigen.

Während der laufenden Produktion fallen dem MIS wichtige Aufgaben zu:

Insbesondere dem ersten Punkt wird bei den meisten Bestückungssystemen zuwenig Beachtung geschenkt. Falsch bestückte Bauteile rühren immer daher, dass ein falsches Bauteil gerüstet oder die Zuführung am falschen Ort eingesteckt wurde. Beide Fehler können mit zwei Maßnahmen komplett eliminiert werden:

Vor der Bestückung fordert MIS den Benutzer auf, bei neu hinzugefügten Bauteilen den Bauteilcode und den Code der Zuführung mit dem Barcode-Leser zu prüfen (Bild 4). Erst wenn die Zusammengehörigkeit als richtig erkannt wurde, wird dieses Bauteil freigegeben. Mit dieser einfachen und schnellen Prüfung ist auch die Identität des verwendeten Bauteils eindeutig, und der Verbrauch wird automatisch richtig verbucht.

Das MIS erfasst während der Produktion alle notwendigen Daten, um den Fertigungsprozess später nachvollziehen zu können. Dies ist wichtig für die Qualitätssicherung und auch für die Belange der Produkthaftung.

Ein Beispiel: In naher Zukunft werden parallel Lötprozesse mit bleifreien und bleihaltigen Pasten laufen. Beide Prozesse erfordern unterschiedliche Lötprofile und eine Verwechslung kann fatale Folgen haben. Oder: Um Engpässe zu vermeiden, werden gleiche Bauteile von verschiedenen Herstellern verwendet.

Für den Leiterplattenbestücker, der zukünftig immer mehr Produkthaftungsrisiko zu tragen haben wird, sind die Sicherstellung der korrekten Prozessdaten und die präzise Dokumentation des Fertigungsprozesses wichtige Aufgaben. Die Rüstverifikation vor dem Produktionsstart und die Erfassung der Produktionsdaten sind dafür unverzichtbare Hilfsmittel. Die Datenerfassung und das Datenmanagement unterstützt auch den Qualitätsverantwortlichen bei der Fehlervermeidung. Mittels statistischer Auswertungen können Trends festgestellt oder Qualitätsprobleme bestimmter Zulieferanten erkannt und behoben werden.

Die erfassten Daten können auch für eine noch genauere Planung der weiteren Aufträge verwendet werden und nicht zuletzt dienen die Ist-Daten auch der Kostenkalkulation. Wie detailliert die Produktionsdaten erfasst werden, ist im Einzelfall verschieden. Für die meisten Fälle ist es genügend, die Bestückungsdaten pro Auftrag oder Los zu erfassen. Wer es noch genauer will, kann sogar die einzelnen Baugruppen mit einem Barcode versehen, und diese bei jedem Prozessschritt identifizieren.

MIS ist ein modulares und effizientes Planungs- und Datenmanagement-Werkzeug. Die Entwicklung des Systems erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Mitarbeitern aus der Elektronikfertigung und Traceability-Spezialisten, deren praktische Erfahrung implementiert wurde.

Die Einführung des Systems in eine Fertigung ist einfach, weil die notwendigen organisatorischen Anpassungen gering sind und der Nutzen sofort spürbar ist. Bestehende Barcode-Systeme können übernommen, und Produkte von anderen Herstellern integriert werden. Schnittstellen zu anderen Lager- und Datenverwaltungssystemen sind kundenspezifisch anpassbar.

Es ist ein wirtschaftliches System mit niedrigen Initialkosten, welches sich bereits innerhalb weniger Monate rechnen kann. Die mögliche Produktivitätssteigerung und die Senkung der Umrüstkosten bringen Tag für Tag zusätzlichen Gewinn und senken die Herstellkosten.

EPP 416