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Modulare Traceability in der Elektronikproduktion

Produkt-Rückverfolgbarkeit mit Kosteneinsparung bei der Herstellung
Modulare Traceability in der Elektronikproduktion

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Nokia Siemens Networks (NSN) ist einer der weltweit führenden Anbieter von Telekommunikationsdienstleistungen. In partnerschaftlicher Zusammenarbeit mit der diplan GmbH, Erlangen, Hersteller von Software-Modulen für die Elektronikfertigung, wurde an den zwei Standorten Bruchsal und Shanghai eine durchgängige Traceability-Lösung eingeführt. Dieses System umfasst einige Besonderheiten, die auch für bestehende Lösungen, z. B. in der Automobilzulieferindustrie, zu neuen Denkanstößen führen können.

Dr.-Ing. Karsten Schlüter, diplan, Erlangen & Nikolaos Svarnas, Nokia Siemens Networks, Bruchsal

Im Vordergrund der Kooperation steht ein modular aufgebautes System, das schrittweise eingeführt wurde, und in das sich auch in Zukunft weitere Funktionen integrieren lassen. Basierend auf den vom Anwender vorgegebenen Zielen sowie entwickelten Ideen, die neben der Rückverfolgbarkeit der Produkte auch Kosteneinsparungen in der Produktion beinhalten, wurde die Lösung in Workshops spezifiziert und die Projektorganisation festgelegt. Hierbei galt es, einige wesentliche Randbedingungen zu berücksichtigen: So sind aktuell ca. 40% der über 8.000 zu verarbeitenden Bauelemente traceability-pflichtig. Es musste daher ein Verfahren vorgesehen werden, das eine automatische Selektion im Mischbetrieb (tracepflichtig/nicht tracepflichtig) erlaubt. Hinzu kommt eine sehr große Anzahl unterschiedlicher und komplexer Produkte in zum Teil kleinen Stückzahlen, die in Rüstfamilien zusammengefasst werden.
Konzepterstellung
Die nun entwickelte ganzheitliche Lösung beginnt bereits im Wareneingang und umfasst die einzelnen Prozessschritte in der Bestückung bis hin zur Reparatur und Produkt- bzw. Gerätemontage mit der Zuweisung der finalen Produktseriennummer, die im ERP-System dem Kundenauftrag bzw. Lieferschein zugeordnet wird. Zur Archivierung und Auswertung der Traceability-Daten stehen eine schnelle Datenbank und das komfortable TraceTool der Firma diplan zur Verfügung.
Im Wareneingang besteht bei nahezu allen Elektronikfertigern das Problem, dass jeder Lieferant seine eigenen Labels zur Identifikation der Rolle oder Verpackung nutzt und diese Informationen auf fehleranfällige und aufwändige Weise einer internen Einzelgebindenummer zugeordnet werden müssen. Zur Vorbeugung von falschen Zuordnungen und zur enormen Verringerung der Zeiten beim Erfassen der gelieferten Bauteile kommt das Vendor Label Content Management zum Einsatz.
Exakte Identifikation
Mit der MCP-Option Vendor Label Content Management (VLCM) wird die Datenerfassung im Wareneingang einfacher, schneller und zugleich noch sicherer. Vor allem die Datenerfassung der 2D-Codes (Data-Matrix, PDF 417) kann mit einem Scan abgeschlossen werden. Durch die intelligente Bedienerführung werden die Datensätze automatisch auf die entsprechenden Felder verteilt. Unbekannte Herstelleretiketten werden vor Inbetriebnahme in dem System vollständig abgebildet. Diese Zuordnungen stehen dem Nutzer in einer separaten, administrativen Konfiguration zur nachträglichen Modifikation und Kalibrierung zur Verfügung.
Die Definition der Pflichtfelder, eine Bearbeitungsreihenfolge und entsprechende Validierung der einzelnen Eingabefelder kann ebenso herstellerabhängig erfolgen. Dem Anwender kann zudem zur optimierten Bedienung eine Visualisierung des Herstelleretiketts mit Anzeige des nächsten Bearbeitungsschrittes hinterlegt werden.
Die Bearbeitung der anstehenden Aufträge beginnt mit der Zusammenfassung der zu fertigenden Leiterplatten zu Rüstfamilien (entsprechend bestimmter Ähnlichkeitskriterien), um die Häufigkeit der Rüstwechsel zu reduzieren und eine gleichmäßige Auslastung aller SMD-Linien zu gewährleisten. Diese Vorgehensweise betrachtet nicht jede Linie separat, sondern alle zur Verfügung stehenden Linien und deren Eigenschaften. Im Falle NSN hat die Fertigung die Entscheidungsfreiheit, mehrere Aufträge mit gleichen Leiterplatten zusammenzufassen, um hier nochmals eine Reduzierung der Rüstwechsel zu erreichen.
Die Vorbereitung der Wechseltische erfolgt in einem Vorrüstbereich, in dem die korrekte Aufrüstung kontrolliert wird und die traceability-relevanten Daten erfasst werden.
Nach Abschluss dieser Phase müssen die Tische nur noch an die Linie gebracht, und dort angemeldet werden. Nachzufüllende Bauelemente werden mit MobiCheck verifiziert. Mithilfe des LevelCheckers erfolgt ein kontinuierliches Zählen der verbrauchten Bauelemente inklusive Verwurf. Diese Option zeigt ebenfalls die jeweiligen Restmengen der Bauelemente und die noch vorhandene Anzahl bestückbarer Baugruppen an. Zudem wird gewährleistet, dass der Gebindewechsel nach dem Anspleißen softwaretechnisch zuverlässig erkannt wird und keine kostenintensiven Hardware-Investitionen an den Förderern zu tätigen sind.
Eingeschlossen sind auch die Verwaltung feuchtigkeitsempfindlicher Bauelemente und das Anhalten der jeweiligen Maschine, sofern die Offenzeit eines Bauteils überschritten wird. Somit ist auch an dieser Stelle für absolute Sicherheit gesorgt. Die verwendeten Bauelemente aus den Einzelgebinden werden positionsbezogen an die Traceability-Datenbank übergeben.
Die Zuordnung zu den jeweiligen Baugruppen übernimmt der PCB Verifier. Bei Nokia Siemens Networks in Bruchsal wird während des Bestückungsprozesses ein Data-Matrix-Etikett auf jeder Einzelschaltung aufgebracht, und beim Verlassen der Linie mit einem „On The Fly“-2D-Scanner einer dieser Codes automatisch gelesen. Über eine angepasste Logik kann der Zeitpunkt, zu dem sich diese Baugruppe im jeweiligen Bestücker befunden hat, zugeordnet werden. Hierbei werden auch Unterbrechungen im Ablauf oder Maschinenstörungen berücksichtigt. Mithilfe dieser Logik werden weitere Erfassungspunkte (z. B. nach jedem Bestücker) eingespart, was bedeutet, dass kein zusätzlicher Aufwand oder weiteres Invest, wie „On The Fly“-Scanner oder Transportbänder, erforderlich werden. Auch lässt sich mit dieser Lösung weiterhin das Data-Matrix-Label automatisch inline mit einem Hoover-Davis-Feeder bestücken. Lediglich ein vermehrter Rückholbedarf, der sicherstellt, dass alle betroffenen Baugruppen bei Bedarf zurückgerufen werden können, bleibt in Kauf zu nehmen. Im System wird als Sicherheit eine kleine festgelegte Anzahl weiterer Baugruppen hinterlegt. Das TraceTool ermittelt dies automatisch.
Komplette Transparenz
Anhand der vorgegebenen Daten kennt das System die Baugruppensachnummer und damit auch die Anzahl der jeweiligen Einzelschaltungen pro Board, falls es sich um eine Nutzenbaugruppe handelt. Noch vor der Vereinzelung werden die Einzelschaltungsnummern dem gescannten Nutzen zugeordnet sowie plausibilisiert. Dieser Vorgang wiederholt sich bei der Bestückung der zweiten Seite. Mit dem Aufbringen der finalen Produktseriennummer kann auch nach der Nutzentrennung eine eindeutige Zuordnung der jeweiligen Einzelschaltung zu den zuvor aufgenommenen Daten sichergestellt werden.
Den Abschluss der Prozesskette bilden die Funktionen manuelle Bestückung der THT-Bauteile, Reparaturarbeitsplatz sowie die abschließende Gerätemontage. Erfasst werden die manuell bestückten Komponenten und die während der Reparatur ausgetauschten Bauelemente. Dies wird mit AssemblyCheck auf der Basis einer TraceBox umgesetzt. Dieses diplan Modul vergleicht die am Arbeitsplatz aufgerüsteten Bauteile mit der eingelesenen Stückliste und ermöglicht damit die Verifikation. Nur das korrekte Material wird verwendet. Zudem werden die Traceability-Daten erfasst und beim Einscannen der Leiterplatte zugeordnet. So enthält die Datenbank alle auf einer Leiterplatte befindlichen tracepflichtigen Bauelemente und lässt sich dementsprechend auswerten.
In der Gerätemontage werden ebenfalls alle Komponenten einer finalen Produktseriennummer auf der Basis der hier gültigen Stückliste per manuellem Scan zugeordnet sowie plausibilisiert, ob die Tracedaten für die Einzelkomponenten vorhanden sind.
Die Archivierung der Daten wird auf einer MS-SQL-Server-Datenbank durchgeführt. Eine komfortable Auswertung bietet das TraceTool, das hierarchisch aufgebaut zu sehr schnellen Ergebnissen führt.
Realisierung: Modularität
Die vorgestellte Lösung zur Traceability bildet eine zuverlässige Grundlage für die Realisierung der immer detaillierter werdenden Kundenforderungen. Bedingt durch die modulare Struktur der Software-Funktionen lässt sich das System jederzeit mit einem vertretbaren Kosten- und Zeitaufwand erweitern und anpassen und bietet insbesondere auch die Möglichkeit, nachträglich den Datenaustausch zu beliebigen MES- und ERP-Systemen zu realisieren.
Die Installation am Standort Bruchsal ist bis auf kleine Details identisch zu der am NSN Standort Shanghai und konnte durch die dortige diplan Niederlassung umgesetzt werden. Dies kommt dem Gesamtunternehmen zugute, da ein einfacher Austausch der Daten zwischen den Standorten möglich ist.
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