Im Materialfluss liegt enormes Potenzial

Ein ERP-System zeigt oft nur zwei Zustände an, in denen sich ein Bauteil befinden kann: im Lager oder in der Produktion. Ob es gerüstet ist, gerade an der Linie verbraucht wird, auf dem Weg ins Lager zurück ist – diese Details können in aller Regel am System nicht verfolgt werden. Zudem werden Merkmale wie MSD-Offenzeiten oder Gebindegrößen nicht gezeigt. Eigentlich könnte ein Bauteil, das im nächsten Auftrag wieder benötigt wird, auf dem Förderer bleiben. Aber wer weiß dann über den Verbleib und Restmengen Bescheid? Die Folge dieser ERP-Schwächen: Elektronikfertiger bauen überall Sicherheiten in ihre Prozesse ein, damit die Lagerbestände (halbwegs) korrekt bleiben. Die Folge: Teiletourismus – Bauteile legen oft weite Wege mit vielen unnützen Ein- und Ausbuchungen zurück.

Mit einem SMT-spezifischen Materialmanagementsystem wie Siplace Material Manager werden diese blinden Flecken der ERP-Systeme ausgeleuchtet. Die Basis für diese deutliche verbesserte Transparenz: die UID (Unique Identifier). Der Material Manager führt jedes Gebinde mit einer UID. Dies ist ein zentraler Unterschied zu ERP-Anwendungen, die meist nur Gesamtbestände eines jeden Bauteiltyps erfassen. Während also der Lagerbestand im ERP lediglich mit der Angabe 10.000 Bauteile Typ A erfasst ist, wird der Materialbestand im Material Manager dank UID feiner aufgelöst. Zum Beispiel: eine Bauteilrolle mit 5000 Bauteilen, zwei weitere Bauteilrollen mit jeweils 2.500 Bauteilen. Die Bedeutung dieses Informationsgewinns wird schon bei der Materialverfügbarkeitsprüfung (MVP) für die Fertigungsplanung offensichtlich. Während das ERP im oben genannten Beispiel einen ausreichenden Materialbestand für die Fertigung an fünf Linien signalisieren und die entsprechenden Aufträge – fälschlicherweise – für die Fertigung freigeben würde, kann dies dank UID im Material Manager nicht passieren. Über die Schnittstelle zum Material Manager liegen dem ERP jetzt die die Informationen vor, dass die Bauteile auf zu wenig Bauteilrollen (hier z.B. nur auf drei) verteilt sind.

Von der Materialmanagementlösung gesteuert wird jedes Bauteilgebinde schon im Wareneingang mit einem Etikett versehen, das eine UID in Klarschrift und maschinenlesbar (Barcode) trägt. Über die UID werden weitere Merkmale mit dem Gebinde gekoppelt: MSD-Daten, Hersteller- und Chargeninformationen für Traceability-Anwendungen, Herstell- oder Lieferdatum für die Ein- und Auslagerung nach dem FiFo-Prinzip (First-in, First-out), Leuchtklassen bei LEDs etc. Und in den Prozessen der Fertigung geht es weiter: Über die UID lässt sich ein Gebinde über den gesamten Lebenslauf und jede Station in der Fertigung verfolgen, die verkoppelten Informationen stehen überall zur Verfügung.

Beispiel Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Beim Ausfassen von MSD-Bauteilen im Lager wird das MSD-Bauteil in der von Siplace Material Manager erzeugten elektronischen Pickliste am Ende aufgeführt, um die Offenzeiten zu minimieren. Mit dem Scan bei der Entnahme wird sofort ein Zeitstempel für die MSD-Offenzeit erzeugt und mitgeführt. Ist die Offenzeit überschritten, wird das Bauteil automatisch gesperrt – Mitarbeiter in der Vorrüstung können es nicht mehr rüsten, Bestückautomaten stoppen die Bestückung und geben entsprechende Warnmeldungen an den Operator.

Materialmanagement mit UID verändert die Lagerprozesse in der SMT-Fertigung radikal. Bisher müssen eingehende Bauteile nach Materialnummern sortiert in automatisierten Lagersystemen (Kardex, Hänel etc.) gelagert werden. Die Zuteilung der Lagerplätze erfolgt dabei durch die proprietären Steuerung dieser Systeme oder durch das ERP-System, für Bauteile eines Materials wird meist ein dediziertes Regalfach genutzt. Mit UID und der Steuerung der Lagersysteme durch den Material Manager ist eine sogenannte „chaotische“ Lagerhaltung möglich. Mitarbeiter können die Bauteile einfach der Reihe nach in mit Barcodes gekennzeichneten Fächer der Shuttles und Lifte stellen. Der Scan von UID und Lagerfachkennzeichnung „verheiratet“ beide Daten. Dies gilt selbstverständlich nicht nur bei der Einlagerung neu erfasster Bauteile, sondern auch bei der Einlagerung von Material, das aus der Fertigung zurückkommt. Ein- und Auslagerung werden wesentlich einfacher und schneller. Fehler werden vermieden und die Raumnutzung in den Regalsystemen deutlich besser.

Für das Ausfassen im Lager nutzen Anwender bisher ausgedruckte Listen, bearbeiten diese meist der Reihenfolge nach und haken die einzelnen Positionen bei der Bereitstellung ab. In die Steuerungen der automatischen Lagersysteme müssen Bauteilnummern manuell eingegeben werden. Die Praxis heute: Es gibt für einen Auftrag mehrere Listen – für das normale Lager, für die Shuttle-Systeme, für die Trockenschränke etc.

Der Material Manager integriert jetzt alle diese verschiedenen Lagereinheiten. Der große Vorteil: Es gibt keine Systembrüche, keine getrennte Suchen, Listen und Steuerungen mehr. Der Bediener erhält auf seinem PDA/Handheld alle relevanten Daten zur Auslagerung. Das Ausfassen wird wesentlich effizienter. Das System informiert die Anwender im Lager mit ausreichend zeitlichem Vorlauf. Über den Dialog mit anderen Software-Modulen wie Siplace Setup Assistant erfolgt diese Information synchron zum tatsächlichen Fertigungsverlauf. Den Mitarbeitern im Lager werden dazu auf Handhelds wegeoptimierte Picklisten zur Verfügung gestellt. Das Scannen der UID ersetzt das manuelle Abhaken. Das System stellt dabei gleich sicher, dass Bauteilrollen mit ausreichender Restmenge und nach dem FiFo-Prinzip ausgelagert werden. Die automatischen Lagersysteme werden durch die Materialmanagementsoftware gesteuert und fahren ohne zusätzliche manuelle Eingaben an die entsprechende Position. Die durchgängige Erfassung von Materialien mit dem Scanner stellt unter anderem jederzeit sicher, dass nur die Materialien in die Elektronikfertigung gelangen, die auch tatsächlich zum nächsten Auftrag gehören, die Zahl der Fehlbestückungen sinkt, die Qualität der Fertigung steigt, und die fertigungssynchrone Steuerung verringert den Zeitdruck im Lager.

Schlechte Erfahrungen mit der Materialversorgung lassen viele Elektronikfertiger bisher Abstand von flexibleren, vom Materialfluss her anspruchsvolleren Rüstkonzepten nehmen. In den meisten Fertigungen werden Wechseltischkonzepte gefahren, bei denen die Tische zwischen den Aufträgen durch Materialbereitstellungen aus dem Bauteilehauptlager gerüstet werden. Von den Linien kommende Wechseltische werden komplett abgerüstet, alle Bauteile müssen zunächst zurück in Bauteilehauptlager. Papierlisten und lange Vorlaufzeiten bei den Materialbereitstellungen machen flexiblere Konzepte oder gar das Nebeneinander verschiedener Rüstkonzepte unmöglich.

Ein auf allen Ebenen transparentes Materialmanagement reduziert den „Teiletourismus“ radikal und macht deutlich flexiblere Rüstkonzepte zuverlässig möglich. So zeigen Software-Tools und Active Feeder Pool den Anwendern im Vorrüstbereich über blinkende Farbdioden an den X-Förderern an, welche Förderer und Bauteile in einer den kommenden Rüstungen benötigt werden.

Ähnliche Funktionen sind auch direkt am Bestückautomaten bei Produktwechseln verfügbar. Bauteile, die in einer der nächsten Rüstungen benötigt werden, müssen so gar nicht erst ins Bauteilehauptlager zurückgebucht werden – auch weil Vorrüstbereiche im Materialmanagementsystem als Lagerorte geführt werden und alle dort befindlichen Bauteile transparent erfasst sind.

Weiterer Vorteil: der Bediener wird papierlos durch den Aufrüstvorgang eines Wechseltisches geführt. Die Förderer-LEDs und eine Spuranzeige zeigen ihm an, wo der Förderer auf den Bauelemente-Wagen gestellt werden muss. Eine Rüstliste ist nicht mehr notwendig.

Um die Bereitstellungswege für Standardbauteile und MSD-Bauteile weiter zu reduzieren, lässt sich der Material Tower als vollautomatisiertes Lagersystem im Vorrüstbereich nutzen. Die Ausgabe der Bauteilrollen wird hier vom Material Manager nach Wechseltischen sortiert und spurgetreu gesteuert. Diese On-Demand-Bereitstellung erleichtert und beschleunigt die Rüstarbeiten, eliminiert Fehlerquellen in der Rüstung. Materialbewegungen und Buchungen werden deutlich reduziert. Mit dem Abkoppeln der Förderer und Wechseltische von der Linie erscheinen Materialien sofort als verfügbar, können ohne Umweg über das Hauptlager umgehend an anderen Linien in der Fertigung genutzt werden.

Der direkte Zugriff auf Maschinendaten eröffnet Optimierungsmöglichkeiten, die bereits deutlich nach Industrie 4.0 klingen. Wenn die Bestückautomaten den tatsächlichen Verbrauch pro Gebinde melden, erlaubt eine Materialverfügbarkeitsprüfung auf einmal eine Feinplanung, die diesen Namen verdient.

Bisher werden bei den meisten Systemen Restmengen bei Wiedereinlagerungen aus Stückzahl und BOM vorhergehender Aufträge kalkuliert. Die Folge: Es werden Aufträge eingeplant, die nicht vollständig materialgedeckt sind, weil entweder die Gesamtmenge der Bauteile zwar verfügbar, aber ungünstig auf Gebinde verteilt ist oder weil die im System hinterlegten Restmengen nicht stimmen.

Der Material Manager kalkuliert die Restmenge eines Gebindes nicht, sondern erfasst den Verbrauch über Schnittstellen direkt und exakt inklusive der realen Abwürfe aus den Bestückautomaten. Damit werden Abweichungen von Soll- und Ist-Beständen minimiert, die Planungssicherheit steigt.

Das Einsteuern von Eilaufträgen ist bisher mit hohen Aufwänden und Risiken verbunden. Planungsumstellungen erfordern enormen Kommunikationsaufwand in der gesamten Fertigung. Listen müssen neu gedruckt und die Einzelaufträge an den Arbeitsplätzen neu sortiert werden. Trotz des betriebenen Aufwands führen Lücken in der Kommunikation zu Linienstopps, weil einzelne Prozesse im Lager, in der Rüstung oder an der Linie nicht schnell genug synchronisiert werden konnten. Dringend benötigte Materialien sind zwar vorhanden, können aber nicht rechtzeitig in der Fertigung lokalisiert werden.

Aufgrund dieser negativen Erfahrungen wird in vielen Fertigungen mit langen Vorläufen geplant und lange Planungszeiträume als verbindlich „verriegelt“. Der Material Manager aber arbeitet in Echtzeit. In einer mit dem Material Manager realisierten, papierlosen Fertigung werden Planänderungen bei Eilaufträgen daher umgehend an alle beteiligten Arbeitsplätze auf Handhelds oder stationäre Systeme verteilt. Alle Materialflüsse werden automatisch und zuverlässig in die neue Sequenz gebracht. Zeitliche Verläufe von Fertigungsaufträgen werden übersichtlich dargestellt. Diese Echtzeit-Benachrichtigungen reduzieren den Kommunikationsaufwand deutlich und sorgen für erhöhte Prozesssicherheit. Weil das System immer weiß, wo alle benötigten Materialien sind– egal ob sie sich im Lager, an einer Maschine oder auf einem Wechseltisch befinden – ist schon in der Planung erkennbar, welcher Vorlauf beispielsweise die Materialbereitstellung braucht. Rüstreihenfolgen werden automatisch umgestellt und das Umdisponieren wird zu einer Option, die ohne Risiko gewählt werden kann. Die positiven Erfahrungen mit gelungenen Eilaufträgen erlauben dann eine kundenorientiertere Öffnung der Planungszeiträume.

Diese Beispiele zeigen, dass mit Siplace Material Manager ein umfassendes, echtzeitfähiges und SMT-spezifisches Materialmanagement möglich ist. Die Vernetzung auf der Fertigungsebenen eliminiert Systembrüche, schafft Einheitlichkeit und verbessert damit die Prozessunterstützung an den einzelnen Arbeitsplätzen. Die Transparenz über Bestände wächst deutlich, jeder Prozessschritt ist als Lagerort aufgelöst, der Materialfluss einer jeden Bauteilrolle wird lückenlos dargestellt.

Während eine Materialverwaltung oder ein ERP-Systeme nur Bestände verwalten, sind moderne Materialmanagementlösungen prozessorientierte Werkzeuge, die Systeme auf der Fertigungsebene vernetzen und so den Materialfluss in der Fertigung lückenlos steuern und synchronisieren. Die moderne, hochflexible Elektronikfertigung kommt ohne diese Ergänzung nicht mehr aus.

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