Six-Sigma-Fertigung als gewähltes Ziel Scorpion Technologies, Hamburg

Größten Wert legten die Gründer von Beginn an auf eine selbst beeinflussbare und letztlich unabhängige Fertigungstiefe. Weitreichende Fertigkeiten in Sachen Gießerei und Emailleherstellung inklusive fachgerechtem Auftrag sind aus der Historie so zu erklären. Als herausragende Eigenschaft kommt neben der sprichwörtlichen Bodenständigkeit der Westfalen das außerordentliche Qualitätsbewusstsein hinzu. Diese Tradition hat im Unternehmen auch weiterhin Bestand.

Längst zählt Miele zu den fortschrittlichsten Unternehmen innerhalb der Branche. Hatte das Unternehmen 1900 noch mit der ersten Holz-Bottich-Waschmaschine mit Bewegerkreuz Furore gemacht, folgte knapp 30 Jahre später der erste elektrisch betriebene Geschirrspüler überhaupt. Immer schon hatte man ein Faible für die Elektronik. 1978 wurde weltweit die erste Hausgerätefamilie – Waschmaschinen, Trockner und Geschirrspüler – mit Micro-Computer und Sensor-Elektronik vorgestellt. Die ersten Maschinen mit Update-Möglichkeiten folgten. 2003 schließlich löste die neue Steuerung Navitronic die Vorgängertechnik sukzessive ab. Heute bietet man den Elektronikfreaks unter den Abnehmern die Chance, mit allen Geräten über nahezu jedes Medium direkt zu kommunizieren. Konkretes Beispiel: Via Miele-Infocontrol kann der Zustand der Waschmaschine abgefragt, und bei Nichtgefallen auf gleichem Weg korrigiert werden. Dabei ist die Wahlmöglichkeit das Interessante an dieser Option. Inzwischen sind die Elektroniker des Unternehmens so weit, um selbst speziellen „Waschstoffen“ individuell wählbare Waschprogramme zuordnen zu können. Beispielsweise für Jeans, Wanderkleidung oder ähnliches. Auch die Allergiker kommen nicht zu kurz. Ab sofort macht der Hygienesensor Allergotec hygienische Sauberkeit sichtbar. Den Weg vom Massenmarkt in das Marktsegment Premium-Marken hat das Unternehmen eindrucksvoll geschafft.

1980 wurde die über alle Werke verteilte Elektronik in einem großzügig bemessenen Neubau, in direkter Nachbarschaft zur Elektronikproduktion, zusammengeführt. Fortan wird hier im zentralen Kompetenzzentrum an optimierten und auch neuen elektronischen und mechatronischen Produktideen getüftelt. Keine Spur von Happy Engineering, im Gegenteil. Neben reinen wissenschaftlichen Aufgabenstellungen wird im Profitcenter Electronic bereits seit Jahren strikt zielorientiert nach individuell vereinbarten Vorgaben der Scored Balance gearbeitet. Und alle müssen sich letzten Endes daran messen lassen.

Auch der Einkauf nutzt das Wissen, um die am Markt realistischen Konditionen für Elektronikkomponenten, als sanftes Druckmittel. Dennoch kommt die unternehmenseigene Elektronikkompetenz regelmäßig zum Zuge. „Weil wir schlichtweg besser sind, und entschieden mehr Features und Funktionen zu bieten haben“, wie Thorsten Ziems von der Entwicklung Prüftechnik im Werk Electronic weiß. „Das ist zwar nicht unbedingt selbstverständlich, aber der Druck externer Anbieter spornt uns zu Höchstleistungen in jeder Hinsicht an“, fügt Ziems ergänzend hinzu. Zum anderen hat man die Kompetenz direkt im Haus, und das ist am Ende ein zusätzliches Argument.

Die Elektronikfertigung des Unternehmens ist auf einen reibungslosen Durchlauf in einer Linie ausgerichtet. Dazu existieren sechs Elektroniklinien, die individuell die Baugruppen für die Produktlinien herstellen. Im Mixed fertigen die Linien die Elektronikbaugruppen für alle im Haus produzierten Endgeräte, sowie für ein geplant expansives Produktprogramm. Neben den Geräten für mehr Sauberkeit entstehen im engen Verbund Laborspüler, Desinfektionsanlagen, Wasch- und Trockenanlagen für Gewerbe und Industrie, sowie Haushalts-Bügelmaschinen.

In der Elektronikfertigung werden heute 89% SMD Bauteile „verbaut“. Bauelemente mit Beinchen in sogenannter Through-Hole-Technology (THT) steuern den Rest bei. Die Folge: Partiell müssen die bedrahteten Bauelemente manuell innerhalb der Linie bestückt werden. Andere können partiell automatisch bestückt und gelötet werden. Ausschlaggebend dafür sind Auflagenhöhe und Sensibilität der Bauelemente. Alle Linien sind auf ihre optimale Leistungsfähigkeit ausgelegt. Beginnend beim Lotpastenauftrag über die Bestückung zum Lötprozess mit anschließendem In-Circuit-Test sowie Funktionstest und finaler Gehäuseverpackung. Das heißt, unterschiedliche Leistungsparameter sind aufeinander abzustimmen. Das heißt auch, die gesamte Linie muss sich an dem langsamsten Gerät in der Linie orientieren. Somit werden die Linien nach Leistung und Kapazität der in Reihe geschalteten Geräte genau aufeinander abgestimmt. Im Klartext heißt das: Vom Kleberauftrag und dem Bestücken über das Löten sind alle Arbeitsschritte so zu koordinieren, dass am Ende des Durchgangs die vom Layout vorgegebenen SMD Bauteile fehlerfrei auf der Platine platziert sind.

Qualität erwartet die Elektronikfertigung auch von ihren Zulieferern. Waren sonst in aller Regelmäßigkeit Eingangskontrollen an der Tagesordnung, wird auf Grund belegbarer Testzertifikate auf diese Arbeitsgänge verzichtet. Qualität heißt in diesem Fall auch Vertrauen auf die „Vorderleute“. Im Unternehmen ist es ohnehin Brauch, mit ausschließlich zertifizierten Unternehmen zusammenzuarbeiten.

Fertige Baugruppen, die erfolgreich das Wellenlöten und/oder Selektivlöten hinter sich haben, werden über ILS – Inline Scorpions, Tester von Scorpion Technologies, elektrisch geprüft. Integriert in die Fertigungslinien testen die adapterbasierten Systeme im Takt der laufenden Produktion. Die Baureihe Inline Scorpion steht in zwei verschiedenen Ausbaustufen zur Verfügung: Die einseitige Variante mit bis zu 1024 Prüfnadeln und die doppelseitige Version mit bis zu 2048 Prüfnadeln, ausbaufähig in Schritten von 64 Pins. Die Testsysteme sind auf hochvolumige Produktion und schnellen Durchlauf ausgerichtet. Was sich mitunter als Hindernis herausstellt bewältigen die Tester relativ schnell: Adapterwechsel inklusive Produktwechsel. Als Option lassen sich der obere und untere Adapter mit einem Code ausrüsten, der sowohl die Breite des Transportbandes automatisch einstellt, als auch die für den Adapter erforderlichen Testprogramme aufruft und lädt.

Zwar laufen in Gütersloh keine großen Stückzahlen vom Band. Die Losgrößen erreichen mitunter zwischen 300 und 5000 Stück eines speziellen Typs. Doch für Inline Tests haben sich die Gütersloher entschieden, weil sie fortlaufend prüfen wollen, und auch gleichzeitig beidseitig testen können. Mit den Testsystemen rücken sie Lötfehlern und falschen Platzierungen der Bauteile auf den Leib, die Tester prüfen die richtigen Bauteilwerte auf der Leiterplatte.

Gefahndet wird in der Elektronikfertigung nicht nur nach Lötfehlern oder falschen Bauteilplatzierungen diskreter Bauelemente, sondern auch nach der richtigen Chipprogrammierung hochpoliger integrierter Schaltungen. Aus diesem Grund hat Miele das Zusatzsaggregat ChipScan von Scorpion installiert. ChipScan ist ein schnelles vektorloses Prüfverfahren zum Testen von ICs, und kann in vielen Fällen das teuere und komplizierte Testen über digitale Bibliotheken ersetzen. Es fördert Bonddrahtfehler, offene Verbindungen und kalte Lötstellen zutage. Dazu werden parasitäre Halbleiterstrecken genutzt, wie sie in jedem IC vorkommen. Das besondere daran: ChipScan kommt ohne jede Versorgungsspannung aus. Besonders für Busstrukturen ist das interessant; denn das Aggregat testet selektiv Pin für Pin eines ICs. Somit wird die richtige Controllerbestückung bereits im In-Circuit-Test geprüft. Das Schreiben von sensiblen Daten, wie Barcode etc., wird im Rahmen der Produkthaftung bereits teilweise im In-Circuit-Test durchgeführt. Sollten beim abschließenden Funktionstest Fehlprogrammierungen auftreten, wird der Controller erneut programmiert.

Als Dreh- und Angelpunkt der Elektronikfertigung erweist sich der hauseigene Betriebsmittelbau. Thorsten Ziems, als Leiter Prüftechnik im Werk Electronic in Gütersloh, ist mit in die Entwicklung eingebunden: „Was am Markt nicht angeboten, aber in unserem Hause für wichtig erachtet wird, das bauen wir im Betriebsmittelbau in Eigenregie.“ Auf diesem Weg entstanden robotergestützte automatische Prüfzellen, die integriert in den Produktionsprozess im Bereich Funktionstest die angestrebten Durchlaufzeiten aufrechterhalten. Der gesamte Adapterbau für ICT und FKT Adaptionen, sowie die komplette Wartung der Fertigungsanlagen, liegen in der Obhut der Fachleute aus dem Betriebsmittelbau. Das ist Werkzeugbau vom allerfeinsten. Lediglich die Messkarten der Scorpion Testsysteme werden in festen Kalibrierzirkeln zur Firma Scorpion nach Hamburg geschickt. Letztlich müssen alle Messwerte mit kalibrierten Richtwerten ermittelt werden.

Kosten und Fehlerquoten in der Elektronikfertigung werden im Rahmen der Ziele der Scored Balance vorgegeben, und mit Argusaugen überwacht. Es versteht sich, die Vorgaben möglichst niedrig zu halten. Jeder Fehler wird in einer Datenbank notiert, und fließt in die statistische Auswertung ein. Je nach Schwierigkeitsgrad variiert die erlaubte Quote, doch tendenziell will man sie gegen Null richten. Zwar hat man eine Six-Sigma-Fertigung noch nicht ganz erreicht, doch kurzfristig will man in diesen Zielbereich vordringen. Six-Sigma, ein statistisches Verfahren, drückt eine nahezu 100%ige Richtigkeit aus. Konkret heißt das, bei einer Million Möglichkeiten sind voraussichtlich 3,4 Teile fehlerhaft. Zwar ist das schon beachtlich, doch Ziel bleibt eine hundertprozentige Fehlerfreiheit. Zum Vergleich: Ein Sigma bedeutet, dass 30% der Fälle außerhalb der geforderten Toleranz liegen. Und das kann sich heutzutage niemand mehr leisten. Die in der Datenbank abgelegten Fehler werden kontinuierlich ausgewertet, um den Ursachen auf die Schliche zu kommen. Es können sowohl Gerätefehler als auch Serienfehler sein.

Seit Mitte der neunziger Jahre arbeitet Miele mit den ILS Inline Scorpion In-Circuit-Testsystemen. Durch eine Soft- und Hardware Nach- und Aufrüstung verfügen die Geräte immer über den neuesten technischen Stand. Dagegen erstellen die Elektroniker im Bereich der Miele Electronic Prüftechnik die Programme für die eigentliche Prüfung der gefertigten Baugruppen selbst. Die Prüfprogramme werden via CAD Daten mit Unterstützung diverser Softwaretools automatisch generiert.

Die Inline Scorpion Testsysteme nutzen zwei gleiche Stimuliquellen für Spannungen von 0 bis ± 10 V/1 A, einen Messzweig und eine 3. Stimulusquelle, die Spannungen von 0 bis 100 Volt bereitstellt. Die Stimuliquellen lassen sich wahlweise als Spannungs- oder Stromregler nutzen. Die 2. Stimulusquelle kann sogar als Guardverstärker arbeiten, was dem Testsystem zu einer soliden Testtiefe verhilft. Je nach Aufgabenstellung misst der Messzweig Strom oder Spannung. Und über den Vierkanalbus sind alle Einheiten mit dem Schaltfeld verbunden. Bus 0 ist dauerhaft mit dem gemeinsamen Massepotenzial der Stimulusquellen verknüpft.

Zum Standard-Testspektrum zählen diskrete Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten oder diskrete Halbleiter, wie Dioden, Zenerdioden bis 100 Volt, Feldeffekttransistoren (n-Kanal, p-Kanal), Transistoren, Thyristoren, Triacs, Brücken, Schalter, Relais, Optokoppler sowie aktive wie analoge und hybride Bauteile. Das Inline Fixture Scorpion Testsystem bewältigt Frequenzen ab 10 MHz aufwärts bis derzeit maximal 100 MHz. Wenn erforderlich, erhöhen zusätzliche Messmodule wie BodeScan den Tiefgang bei der Fehlersuche. BodeScan zum Beispiel, stimuliert die zu prüfende Schaltung mit 15 MHz und misst bereits kleinste Induktivitäten und Kapazitäten. Miele behält seinen Qualitätskurs weiterhin bei. Denn Qualität stand und steht für das Unternehmen als Merkmal mit höchster Priorität. Denn „Erfolg ist dauerhaft nur möglich, wenn man sich voll und ganz hinter die Qualität seiner Produkte stellen kann.“

SMT, Stand 7-529

EPP 499