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Sonderfall Automobil Universal Instruments, Bad Vilbel

Automatisierte Fertigung von Fahrzeugelektronik
Sonderfall Automobil Universal Instruments, Bad Vilbel

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Hersteller von Fahrzeugelektronik stehen vor besonderen Herausforderungen: Die Bestückung zahlreicher Odd-Form-Komponenten, die Verarbeitung von Keramiksubstraten und die Montage schützender Gehäuse verlangen spezielle Lösungen, um die Fertigung zu automatisieren. Darüber hinaus muss die in der Automobilbranche unerlässliche Rückverfolgbarkeit berücksichtigt und natürlich auch an die Logistik gedacht werden.

Der Trend zunehmender elektronischer Systeme im Automobilbereich hält nach wie vor an. Vorhersagen deuten darauf hin, dass im Jahr 2005 die Elektronik bis zu 30% des Werts eines Fahrzeugs ausmachen könnte. Im Einsatz müssen diese Systeme über eine lange Garantiezeit fehlerfrei funktionieren, und das obwohl sie in extrem unwirtlichen Umgebungen arbeiten: unter der Motorhaube, in der Antriebsgruppe oder an der Karosserie von Fahrzeugen befestigt, die überall auf der Erde, vom Polarkreis bis zu den Tropen, unterwegs sein können. Sogar im Inneren der Fahrgastzelle werden hohe Anforderungen an die Qualität und die Widerstandsfähigkeit der Systeme gegenüber Stößen und Vibrationen, verschütteten Getränken, Temperaturschwankungen und unachtsamer Bedienung gestellt.

Die Anbieter von Elektronikbaugruppen für die Automobilindustrie stehen darüber hinaus unter starkem Druck, immer intelligentere Systeme zu immer niedrigeren Kosten zu produzieren, die außerdem auch noch leicht und kompakt sein müssen. Dazu werden hochmoderne Halbleiter- und Montagetechniken benötigt.
Problemfall Keramiksubstrate
Für Module, wie z.B. Motorsteuergeräte, die für den Einsatz unter der Motorhaube oder an anderen Stellen ausgelegt sind, bei denen große Betriebstemperaturschwankungen zu erwarten sind, werden normalerweise Keramiksubstrate verwendet, die eine bessere thermische Stabilität bieten. Hersteller, die eine automatische Serienbestückung solcher Module in Betracht ziehen, müssen eine Lösung finden, die den besonderen Eigenschaften des Keramiksubstrats gerecht wird: Passermarken für die Ausrichtung des Substrats vor der Bestückung können von Bilderkennungs-Systemen schlechter erkannt werden. Es ist daher zu erwarten, dass Maschinen, deren Vision-Alignment-System mit einer simplen Beleuchtung arbeitet, bei Keramiksubstraten eine geringere Reproduzierbarkeit und Ausbeute erreichen, als bei der Bestückung von gewöhnlichen FR4-Platinen. Polarisiertes Licht erbringt bessere Ergebnisse, aber eine multidirektionale Beleuchtungsmatrix, wie in den Universal-Plattformen der HSP- oder GSM-Serie, verbessert die Bestückungsleistung beim Einsatz dieser Substrate beträchtlich. Keramiksubstrate verschleißen den Transportmechanismus außerdem stärker als FR4-Leiterplatten. Universal Instruments hat daher eine Ausrüstung aus rostfreiem Stahl entwickelt, die die Maschine vor übermäßigem Verschleiß schützt.
Fertigungslinien für Automotive-Baugruppen müssen in der Lage sein, eine große Vielfalt an Komponenten integriert zu verarbeiten und dabei trotzdem eine hohe Maschinen- und Linienverfügbarkeit zu gewährleisten. Zum Beispiel muss eine Linie für Sicherungsmodule oder Verteilerschienen für die kommenden 42-V-Stromversorgungsnetze auf beiden Seiten der Platine Anschlussleisten einpressen sowie eine kleine Anzahl SOICs, Allzweck-Halbleiter und 20-A-SMT-Relais bestücken können. Eine mögliche Linienkonfiguration könnte Maschinen für die Bestückung der Anschlussleisten mit einem zusätzlichen Bestücker kombinieren, dabei müssen die Planer aber auch den zu erwartenden Produktmix, die Produktionsmengen und die Komplexität eines jeden Produkts berücksichtigen.
Odd-Form- Komponenten und Teilevielfalt
Andere Module können die Bestückung von großen oder Odd-Form-Komponenten wie elektromechanischen Stellgliedern, Relais oder speziellen Automobilsteckern erfordern. Die Bestückungsanforderungen sind besonders bei den in der Automobilindustrie verwendeten elektrischen Verbindungen vielfältig. Obgleich eine fortschreitende Standardisierung die Anzahl der Varianten in der Zukunft verringern wird, verwalten die großen Baugruppen-Hersteller heute noch mehrere Tausend Teilenummern, um alle Steckertypen und Anschlüsse zu erfassen, die ihre Kunden verlangen.
Eine optimale Lösung für die Bestückung von Odd-Form-Komponenten hängt von der Anzahl der Komponenten ab, ferner, ob sie von einem Standardbestücker verarbeitet werden können, und ob die Bestückung innerhalb der Soll-Zykluszeiten erfolgen kann. Faktoren wie Bauteilabmessungen und Art der Zuführmodule, oder die Forderung nach einem hohen Linientakt, können weitere Bestückungsmaschinen oder spezielle Lösungen für die Bestückung von Odd-Form-Komponenten erforderlich machen. So ermöglicht die Polaris Assembly Cell von Universal die kostengünstige Bestückung von Odd-Form-Komponenten, die nicht mit einem Standardbestücker bestückt werden können, oder die verhindern, dass die Linie die vorgegebenen Prozesszeiten erfüllt. Zum Ausbalancieren der Linie können dann weitere Komponenten ebenfalls der Assembly Cell zugewiesen werden.
Eine Alternative bietet die GSM-Genesis-Maschine, die unter bestimmten Umständen eine Ein-Plattform-Lösung lohnend macht, insbesondere wenn viele größere und Odd-Form-Komponenten bestückt werden sollen, oder kleine oder mittelgroße Losgrößen benötigt werden. Derzeit ist die Maschine für Zyklusraten zwischen 20.000 und 40.000 Cph ideal.
Produkte wie Radio/CD-Spieler, GPS-Navigationssysteme oder integrierte Kommunikations-/Multimedia-Systeme verlangen, im Vergleich zu den 42-V-Stromversorungsmodulen oder der Motorsteuerung, eine höhere Komponentenanzahl. Die Herausforderung besteht hier darin, den Durchsatz zu optimieren und die Kapitalkosten der Ausrüstung durch die Kombination von Hochgeschwindigkeits- und flexiblen Fine-Pitch-Bestückern zu minimieren.
Endmontage von Abdeckungen und Gehäusen
Die meisten Elektronikmodule für die Automobilindustrie, insbesondere die Steuereinheiten für Motormanagement, ABS, Servolenkung, Traktionskontrolle etc., sind in Gehäusen untergebracht, um die Systeme vor Hitze, Feuchtigkeit oder Vibration zu schützen. Diese Gehäuse wird man aus Qualitätsgründen vollautomatisch montieren – auch wenn günstige Arbeitskräfte verfügbar sind. Für diesen Zweck besitzt die Polaris Servo-Gripper Assembly Cell Standardschnittstellen für die Werkzeuge, um viele Endmontage-Funktionen ausführen zu können. Dazu gehören die Montage von Gehäusen, das Dispensen von Dichtmitteln oder Klebstoffen, die optische Inspektion, das Eindrehen von Schrauben usw. Diese Montagezelle ist besonders eine Option für Lohnfertiger oder andere Montageunternehmen, die einen großen Produktmix in relativ geringen Stückzahlen herstellen müssen.
Jeder Hersteller, der in der Automobilindustrie Aufträge erhalten will, muss Rückverfolgbarkeit auf Komponenten- und Leiterplattenebene gewährleisten. Dies gilt in erster Linie für sicherheitsbezogene Systeme wie Antiblockiersysteme und Traktionskontrolle sowie für sekundäre Sicherheitseinrichtungen wie Airbags. Aber die Rückverfolgbarkeit ist nicht auf den Sicherheitsaspekt der Onboard-Elektronik eines Fahrzeugs beschränkt. Im Fahrzeug eingebaute Radio-, Navigations-, Telematik- und Mobiltelefonsysteme werden zwar nicht als kritisch für die Sicherheit betrachtet, das rechtfertigt dennoch nicht die enormen Kosten eines Produktrückrufs. Defekte oder als defekt angesehene Teile dürfen nicht durch die Eingangsinspektion und in das Produkt gelangen.
Funktionen zur Rückverfolgbarkeit
Das Dimensions-Softwarepaket zur Fertigungsautomatisierung von Universal Instruments beinhaltet Funktionen, die speziell dafür ausgelegt sind, die Rückverfolgung leicht zu machen. Das „Dimensions Manufacturing Monitoring Module“ (DMM) unterstützt die Rückverfolgung von Strichcodes auf Komponenten- und Leiterplattenebene, und ermöglicht so, dass Platinen mit defekten Komponenten durch eine einfach SQL-Datenbankabfrage anhand des Datumscodes der defekten Komponente identifiziert werden können. Die Fähigkeit, solche Probleme schnell zu erkennen und zu identifizieren verhindert, dass möglicherweise defekte Produkte das Werk verlassen. Diese Option kostet wenig und bringt einen großen Nutzen, denn die Kosten für einen Produktrückruf können schnell den Preis einer gesamten Montagelinie übersteigen.
Darüber hinaus umfasst das Paket auch Module, um Bestückungsmaschinen zu programmieren und zu optimieren, eine Linie schnell auszubalancieren und statistische Daten zur Linienleistung und Maschinenauslastung mit Hilfe standardisierter Report-Tools wie SQL-Server oder Crystal-Reports zu überwachen. Diese Funktionen bieten wertvolle Hilfe bei dem Bemühen, Effizienz, Auslastung und Ausbeute zu maximieren und geben einen klaren Überblick über Produktionsleistung, Komponentenverbrauch und Gesamtrentabilität.
Auf allen Ebenen der Automobilindustrie sind Kosten und Effizienz der Schlüssel zum Erfolg. Die Elektronikhersteller müssen ihre Fertigung schlanker machen, um sich den operativen Bereichen ihrer Kunden wie ihrer Zulieferer anzupassen. Der Universität von Michigan zufolge können Automobilhersteller die Bestände im eigenen Haus durch die Automatisierung der Beschaffungsvorgänge um bis zu 60% reduzieren. Transaktionskosten können um bis zu 75% verringert werden. Als Reaktion darauf führen Unternehmen in der gesamten Branche, einschließlich der Elektronikhersteller, Software für das Management der Beschaffungskette ein, die sich in die Standard-Softwaremodule der Unternehmen, wie „ausstehende Waren“, „Verbindlichkeiten“, „Hauptbuch“ und „Einkauf“, integrieren lassen. So stellt das „Dimensions Logistics Module“ (DLM) die Informationen aus der Produktion direkt auf Unternehmensebene zur Verfügung, wie etwa die Auflistung der verarbeiteten und der derzeit in der Fertigungslinie befindlichen Komponenten, die Standorte von Zuführmodulen sowie Lagerbestände im Produktionsbereich. Diese Echtzeitdaten geben den tatsächlichen Materialverbrauch wieder und können von Unternehmenssystemen verwendet werden, um die Beschaffung zu verbessern und das Inventar effizienter zu verwalten.
Productronica, Stand A4.446
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