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SMD-Bestücker von Fuji im Einsatz beim Embedded-Spezialisten

Höchste Präzision am laufenden Band
SMD-Bestücker im Einsatz beim Embedded-Spezialisten

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Modular, präzise, wartungsfreundlich – nur drei einer ganzen Reihe von Attributen, die Christian Gillmann und seine Kollegen vom Bestückungsautomaten Fuji NXT III überzeugten. Christian Gillmann ist Koordinator der Flachbaugruppenfertigung bei der Garz & Fricke Group in Hamburg. Der Spezialist für Human Machine Interfaces, Single Board Computer und Embedded-Innovationen erneuerte in den vergangenen Monaten Teile seiner SMD-Fertigungslinie und arbeitete dabei eng mit Fuji Europe und Fuji Japan zusammen.

» Steven Kluge, Head of Marketing, Garz & Fricke

Die sogenannte Flachbaugruppe ist das zentrale Gehirn der Embedded Systems und Human Machine Interfaces (HMIs), die die Garz & Fricke Group zu einem der europäischen Marktführer in ihrem Segment gemacht hat. Die Leiterkarten werden selbst entworfen und gefertigt. Auf diese Karten kommen die unterschiedlichen elektronischen Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren, Integrierte Schaltkreise (IC) für bestimmte Aufgaben wie WLAN oder Bluetooth sowie Steckverbinder für Ein- und Ausgänge. Zur Bestückung waren neuen Bestückungsautomaten aus mehreren Gründen nötig geworden. So zeigten sich in den Jahren des Einsatzes der bestehenden Systeme Nachteile wie die zweiseitige und teils nicht ergonomische Bedienung. Vor allem aber waren die Maschinen nicht mehr zeitgemäß. So war es beispielsweise nicht mehr möglich, mit den aktuellen winzigen Baugrößen der elektronischen Komponenten umzugehen.

Ein weiterer entscheidender Grund: „Die alte Linie war aus verschiedenen Maschinengenerationen zusammengesetzt, deren Abkündigung bevorstand und somit zeitnah der Support eingestellt wird“, erklärt Christian Gillmann. Für das Unternehmen mit rund 250.000 gefertigten Boards pro Jahr ein absolutes No Go. Denn mit Ende des Supports für die Maschine ist auch die Ersatzteilverfügbarkeit nicht mehr gesichert und so würde ein Defekt im schlimmsten Fall einen längerfristigen Ausfall der Anlage nach sich ziehen. Ende 2017 war also klar: Eine neue Maschine musste her und der Markt wurde sondiert. Relativ schnell fiel die Wahl auf den japanischen Hersteller Fuji und seine „NXT III“ – ein modular aufgebauter Bestückungsautomat.

Bestückungsautomat im Einsatz

Dank der neuen Fuji NXT III kann die Garz & Fricke Group jetzt kleinste Bauteile bis hinunter zu 0,25 mm x 0,125 mm verbauen. Deutlich größer sind dagegen Odd-Shape-Bauteile mit bis zu 50 mm x 30 mm x 25 mm, die eine besondere Herausforderung bei der Bestückung von Platinen darstellen, oft werden diese auch in das Board eingehakt. Ein Beispiel sind klassische RJ45-Buchsen, wie sie auf jedem Single Board Computer des Embedded Spezialisten Standard sind. Beim Einstecken in die Platine wird ein Widerhaken zusammengepresst und schnappt bei richtiger Platzierung auf. Das Bauteil ist dann fest verankert. Jedoch muss die Anlage für diesen Vorgang eine gewisse Kraft aufbringen, das sogenannte Rastmoment. Dieses Moment konnte die alte Anlage nicht oder nicht sicher aufwenden. Entsprechend beschreibt Christian Gillmann: „Solche Komponenten zu setzen, machte auf der alten Linie ab und zu Probleme.“ Mit der neuen Anlage sei das Einrasten jetzt problemlos. „Wir können also mit der Anlage bis zu einem bestimmten Punkt definierte Kräfte aufwenden. Seitens des Maschinenherstellers ist bestätigt, dass die Köpfe dafür ausgelegt sind. Auf der alten Anlage war das Bestücken mit diesen mechanisch gehaltenen Bauteilen unser eigenes Risiko.“

Familienrüstung

Nicht nur arbeitet der neue Bestückungsautomat in Hamburg deutlich präziser und zuverlässiger, er ermöglicht der Unternehmensgruppe lang ersehnte Produktionskonzepte. So lässt sich jetzt eine sogenannte Familienrüstung umsetzen. Dabei ist die Maschine durchgängig mit den am meisten verbauten Komponenten aufgerüstet – immerhin sitzen auf einem Board im Durchschnitt rund 140 verschiedene SMD-Artikel vom Widerstand bis zum Steckverbinder. Durchschnittlich werden 720 Bestückpositionen für eine Flachbaugruppe gesetzt. Je Board können die Bediener individuelle beziehungsweise spezielle Elemente hinzufügen. Dies ermöglicht es dem Unternehmen, maßgeschneiderte, kundenspezifische Lösungen noch flexibler auf Basis eines Baukastensystems zu liefern. „Bevor wir auf die neue Anlage umgestellt haben, hatten wir teilweise Tage, an denen wir nur eine Seite eines Boards gefertigt haben. Wir konnten keine fertigen Single Board Computer in den folgenden Prozess wie das Testing weitergeben“, erklärt Christian Gillmann. „Jetzt bringen wir ein komplettes Los an Single Board Computern in kleinerer Losgröße innerhalb von einer Schicht bis vor den Test.“ Bereits am nächsten Tag sind die Boards für die Montage verfügbar. Mit einer Durchlaufzeit von einem Tag in der Flachbaugruppenfertigung können die Kunden nun innerhalb kürzester Zeit bedient werden. „Das war eine der Hauptanforderungen, was die neue Anlage auch erfüllt.“

Kleinserien-Fähigkeiten

Gleichzeitig können jetzt jederzeit Kleinserien aufgelegt werden, die von der Losgröße her bisher nicht umsetzbar waren. Diese Kleinserienfertigung wird durch eine kontinuierliche Produktion (Continuous Production) möglich. Die Fuji NXT III kann nahtlos das Programm für die zu produzierende Platine umstellen. Während im hinteren Teil noch ein Board A bestückt wird, können am vorderen Teil bereits die Platinen für Board B zugeführt werden. Der Übergang zwischen den Boards erfolgt nahtlos. Christian Gillmann: „Das ist etwas Neues auf der Maschine, das wir auch über das Lastenheft gefordert haben und nennt sich „Seamless Changeover“.

Nahtlos läuft die Produktion auf der neuen Maschine auch in Hinsicht auf das Nachlegen leergelaufener Blisterrollen. Geht der Vorrat eines Bauteils zu Neige, bekommt der Operator unter anderem auf großen Info-Bildschirmen über der Maschine eine Information wie „Bauteil XY in sechs Minuten leer“. So kann der Operator die nächste Rolle vorbereiten und ist rechtzeitig mit dieser an der Anlage. Ist die Maschine komplett mit unterschiedlichen Blisterrollen bestückt, kommt es nun nur noch zu einem minimalen Produktionsstillstand. Sind nicht alle Bestückungsplätze genutzt, kann die neue Rolle mit Bauteilen direkt während der Produktion in einen der leeren Plätze eingesetzt werden. Der Bestückungsautomat wechselt nahtlos von einer Blisterrolle auf die andere. Ein Produktionsstillstand wird vermieden.

Der neue Bestückungsautomat ermöglicht den Bedienern dank smarter Vernetzung mehr Freiheit. Denn die Anlage zeigt Meldungen und Warnungen nicht nur auf den erwähnten Bildschirmen, sondern sendet die Information auch direkt an den Bediener. Der trägt eine Smartwatch am Handgelenk und wird per Vibration über eingehende Nachrichten von der Maschine benachrichtigt.

Modular, erweiterbar, zukunftssicher

Die SMD-Linie mit ihrem neuen Bestückungsautomaten erstreckt sich im derzeitigen Ausbau über 18 m Länge und ist modular aufgebaut, so dass die Anlage relativ einfach von Garz & Fricke-Technikern verändert und erweitert werden kann.

So flexibel wie die Anlage sind auch die Bestückungsköpfe in ihrem Inneren. Sollte deren Leistung nicht mehr ausreichen, kann ein solcher Kopf einfach und problemlos gegen einen leistungsfähigeren getauscht werden. Ebenso sind Köpfe mit speziellen Fähigkeiten wie Klebeköpfe einsetzbar, die SMD-Kleber applizieren. Der Tausch ist von Produktion zu Produktion möglich, das System so an neue Bedürfnisse anpassbar, von denen heute noch keine Rede ist.

Ein weiterer Aspekt, der bei der Auswahl der Maschine besonders überzeugt hat, ist die Kompatibilität der unterschiedlichen Baureihen des Herstellers. So lassen sich Module der aktuellen Baureihe auch in ältere Anlagen vom Typ NXT II integrieren. „Wenn Fuji die Version NXT IV auf den Markt bringt, können wir sicher sein, dass wir unsere Variante III damit kombinieren können.“

Auch die räumliche Konzeption ist ein entscheidender Unterschied. Denn während die Bediener zu beiden Längsseiten der alten Anlage unterwegs sein mussten, um zu kontrollieren und Blisterrollen nachzulegen, bleibt bei der neuen alles auf nur einer Seite. Damit muss der Operator nur noch eine sechseinhalb Meter lange Front überwachen. Zudem kann die Anlage nun aus dem Raum dichter an die Hallenwand aufgestellt werden, was Platz für weitere Maschinen und Produktionsmöglichkeiten schafft. Auch sind an der neuen Anlage die Blisterrollen deutlich höher angeordnet. Damit muss sich der Operator nicht mehr so tief beugen, um eine Rolle in die entsprechende Halterung zu hieven. Ein wichtiger Punkt auch in Hinsicht auf den demographischen Wandel, wie Christian Gillmann betont: „Das war für uns entscheidend. Denn man muss an der Anlage gut arbeiten können, auch wenn man schon älter ist.“

Die Konzeption der NXT III sorgt zudem für besondere einfache Wartung. So sind Köpfe nicht nur im Falle einer geänderten Konfiguration schnell getauscht, sondern auch im Fehlerfall. „In nur zehn Minuten ist der Austausch abgeschlossen“, erklärt Gillmann, „Das bringt eine sehr große Sicherheit mit sich.“ Er betont: Der Tausch kann durch eigene Techniker erfolgen, nur der Kopf muss geliefert werden. Überhaupt gibt der Hersteller seinen Kunden alles an die Hand, was diese für größtmögliche Autonomie in der Wartung benötigen: Äußerst ausführliche Wartungsanweisungen und genaue Vorgaben wann, was nach welcher Zeit, nach wieviel Bestückung an Wartung zu erledigen ist. Selbst größere Reparaturen oder die Jahreswartung kann in eigener Regie ausgeführt werden.

Außerdem liefert das Unternehmen als einer von wenigen Herstellern die sogenannten Wartungstools mit. Gemeint ist damit beispielsweise eine Maschine zur Reinigung der Bestückungsköpfe. In die wird der Kopf eingehängt und dann automatisch durchgespült und gereinigt. Gillmann: „Damit ist Fuji tatsächlich einmalig.“

 Handling & Support

Neben den technischen Aspekten ist das Hamburger Unternehmen nach gut drei Jahren Planung und Umsetzung auch von Handling und Support seitens des Herstellers überzeugt. So berichtet Christian Gillmann, dass in der gut zweijährigen Planungsphase Pläne und Vorgaben durchaus auch modifiziert wurden: „Fuji hat stets ein offenes Ohr für uns gehabt und unsere Vorschläge umgesetzt.“ Auch lieferte der Hersteller wertvollen Input in Sachen Best Practice, also der Frage, wie es andere Unternehmen machen, die mit einer solchen Anlagen arbeiten. Es gab Unterstützung auf ganzer Linie, um eine möglichst effiziente neue SMD-Linie aufzubauen.

Nach Fertigstellung der Planung blieb es beim strukturierten Vorgehen seitens des Herstellers, der in Sachen IT beriet und auch während des Roll Outs der notwendigen Software zur Seite stand. „Das heißt, diese Zeit haben wir nicht verloren“, erinnert sich Christian Gillmann, „Als die Anlage hier aufgestellt wurde, waren wir schon gerüstet und konnten sagen, der Part Informationstechnik läuft mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 %.“

Absolut zufrieden waren die Hamburger bei Lieferung der neuen Anlage. Vorab schickte der Hersteller detaillierte Informationen über die Verpackung der NXT III und welche Behältnisse wie zu öffnen seien. Gillmann: „Man wusste jederzeit nicht nur, wie groß der Behälter ist. Wir wussten auch, welcher Gabelstapler mit welcher zu hebenden Last gebraucht wird. Das kann tatsächlich bei Anlieferung von Maschinen Probleme bereiten, wenn man diese Angaben nicht bekommt.“ Obendrein stand den Hamburgern während der gesamten Installation ein Service-Techniker des Herstellers vor Ort zur Seite, der auch in den ersten Tagen der Produktion direkt half, wenn Fragen aufkamen.

Extrem zufrieden zeigt sich Christian Gillmann über die Kommunikation, wobei die Kommunikation nach Japan über Fuji Europe lief. „Wenn wir Wünsche an die Software hatten, wurden diese auch umgesetzt – einmal gar innerhalb von nur zwei Wochen inklusive Einspielen in unsere Systeme. Das ist schon einmalig, wenn ein japanischer Hersteller derartige Anforderungen eines deutschen Unternehmens direkt umsetzt – weil die Elektronikfertigung sich hauptsächlich auf den asiatischen Markt konzentriert.“

Zukunftsperspektiven

Mit dem neuen Bestückungsautomat sieht sich das Unternehmen für die kommenden Jahre gerüstet. Schließlich garantieren die Hamburger Spezialisten ihren Kunden, dass die Single Board Computer ein Jahrzehnt lang verfügbar sind. Das und kürzeste Lieferzeiten sind gesichert. Zudem ermöglicht die NXT III eine ganz neue Art der Rückverfolgbarkeit der verwendeten Bauelemente. Mit ihr kann die Fertigung bis zur einzelnen Blisterrolle dokumentiert, und im Falle eines defekt gelieferten Bauteils seitens eines Zulieferers die Rückverfolgbarkeit nun bis auf Baugruppen-Ebene sichergestellt werden.

Hervorragende Unterstützung von Planung bis Inbetriebnahme, hohe Bediener- und Wartungsfreundlichkeit, Flexibilität und nachhaltiger Betrieb – Garz & Fricke ist mit seiner Entscheidung für die Fuji NXT III absolut zufrieden. Schon in 2020 konnten die Hamburger mit der Anlage ungefähr 30 % mehr Produktionslose über die Anlage fahren und somit mehr Kunden beliefern. Wie geplant, konnten die Embedded-Spezialisten die Durchlaufzeiten stark senken, erklärt Christian Gillmann: „Wenn wir vorher innerhalb einer Woche ein Los durchfertigten, schaffen wir das jetzt an einem Tag.“

www.fuji-euro.de; www.garz-fricke.com

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