Was bietet Industrie 4.0 heute?

Implementierung von Smart-Reflow-Technologien

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Industrie 4.0 ist seit Jahrzehnten eine der aufregendsten Entwicklungen in der Fertigungsindustrie. Es verspricht den Herstellern und ihren Kunden erhebliche Verbesserungen. Für viele ist es mit den verfügbaren Informationen schwierig, den Nutzen aus Industrie 4.0 zu erkennen. Dies gilt insbesondere für mittelständische Unternehmen. Wie schnell amortisiert sich eine Investition in diesem Bereich? Um einen ersten Schritt zu tun, ist es sinnvoll mit einem kleinen Teilbereich anzufangen – dem Reflow-Löten.

Vitor Barros, KIC Europe

Die Reflow-Anlagenhersteller haben seit vielen Jahren gute Arbeit geleistet, um die Anlagen besser zu machen. Die Reflow-Systeme werden immer stabiler und effizienter. Der nächste Schritt besteht darin, Daten aufzunehmen, zu analysieren und auszutauschen, um die Anlagen leistungsfähiger und effizienter zu betreiben. Fragen sie einen Prozess-Ingenieur, was die wichtigste Aufgabe einer Reflow-Anlage ist: Eine Reflow-Anlage muss die Baugruppen in Übereinstimmung der Spezifikationen für Lotpaste, Komponenten und Leiterplatte löten. Dies wird auch als Prozessfenster bezeichnet und in einem Zeit-Temperatur-Profil gemessen. Die richtige Kombination aus Temperaturen in den jeweiligen Zonen, Transportgeschwindigkeit sowie Einstellungen für Stickstoff, Vakuum, Luftstrom oder bei Bedarf auch noch andere Variablen ergeben das richtige Profil.
Wichtig ist zu wissen, ob und wie gut alle Spezifikationen eingehalten wurden. Zur Kontrolle werden dazu Stichproben durchgeführt. Dazu wird ein manueller Profiler durch die Anlage gefahren. Damit wird das Temperatur-Zeit-Profil an verschiedenen kritischen Stellen auf der Leiterplatte erfasst und ausgewertet. Dies ist ein manueller und zeitintensiver Vorgang. Nun kommt die Smart-Reflow-Anlage ins Spiel. Was sind die konkreten Vorteile für den Benutzer?
Smart-Technologien müssen einen Zweck erfüllen und die Vorteile weit über die Investition hinausgehen. Wenn alles auf den Kern der Frage reduziert wird, bleiben noch zwei Bestandteile:
1. Verschwendung beseitigen
  • Stillstandzeit – nach einer IPC Studie, hat ein durchnittliches Werk eine Stillstandzeit von 37 %
  • Ausschuss oder Nacharbeit
  • Zeit – laut einer aktuellen Studie, verbringt der durchschnittliche Ingenieur 40 % seiner Zeit damit, um Kollegen, Geräte und/oder Informationen und vieles mehr zu suchen
  • Überflüssiger Stromverbrauch
  • Manuelle Tätigkeiten
2. Bereitstellung von erforderlichen Unterlagen wie Traceability und Genealogie
Das Schöne an all diesen neuen smarten Fähigkeiten ist, dass sie gemessen werden können. Einer der wichtigsten Messgrößen ist dabei die ROI-Analyse. Jedes Werk hat seine eigenen und einzigartigen Kostenfaktoren, aber die Berechnung zeigt anhand Schätzungen, wie es funktioniert. Die Ergebnisse sehen interessant aus, da sie eine Gewinnsteigerung pro Produktionslinie pro Jahr aufweisen; dabei wurden nur ein paar der vielen Vorteile berechnet, welche in der Smart-Reflow-Technologien enthalten sind. Aber was wird benötigt, um eine Reflow-Anlage smart zu machen und wie funktioniert dies? Die tatsächliche Ausführung kann sich von Anbieter zu Anbieter unterscheiden, aber Industrie 4.0 Technologie hat grundsätzlich die folgenden Bestandteile:
  • Vollautomatisierung
  • Prozesstransparenz und Traceability
  • Flexible Produktionsfähigkeiten (reibungslose Produktionsumstellung und Hochlauf)
  • Konnektivität
  • Energieeffizienz
  • Datenanalytik
  • Automatisiertes Lernen
Die Technologie wird wie folgt zusammengefasst:
Prozessoptimierung / Ofeneinrichtung / reibungslose Umstellung / Automatisierung
Eine Reflow-Anlage bietet Milliarden von verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten. Die Smart-Optimierungssoftware führt in wenigen Sekunden eine umfassende thermische Analyse durch und berechnet die optimalen Einstellparameter. Um zum Beispiel die Umstellungszeit des Ofens zu reduzieren (bei der Umstellung ist der Ofen häufig der langsamste Bestandteil in einer Produktionslinie) ermittelt die Software entweder eine allgemeine Ofeneinstellung für eine breite Palette von Produkten oder sie sucht verschiedene Förderergeschwindigkeiten, während die Zonentemperatureinstellungen beibehalten werden.
Prozess Transparenz / Traceability / Automatisierung
In der Anlage eingebaute Sensoren berechnen spontan jedes Leiterplatten-Profil und vergleichen es mit dem festgelegten Prozessfenster. Das System kann sofort bei Abweichungen oder bei einem instabilen Prozess ein Warnsignal geben. Es ist, als wäre eine Videokamera im Ofen, die immer eingeschaltet ist. Damit ist der Reflow-Prozess keine “Black-Box” mehr. Daten werden in Echtzeit ermittelt. Fehler werden schnell gefunden und Stillstandzeiten minimiert. Die Profil- und Maschinendaten werden zur gesamten Prozess-Traceability für jede einzelne Leiterplatte gespeichert. Automatisches Laden und Überprüfen des Programms durch Barcodes beseitigen menschliche Fehler.
Konnektivität
Echtzeit-Daten gleiten in das Anlagennetzwerk und das MES-System. Eine zentrale Datenbank ermöglicht eine nahezu sofortige Erkennung wichtiger Daten und deren Austausch, egal ob auf einem PC oder auf einem SmartPhone.
Automatisiertes Lernen
Intelligente Datenbanken lernen die thermischen dynamischen Beziehungen durch jedes Profil und bieten schnell Vorschläge für Parametereinstellungen, ohne ein einziges Profil zu fahren. Doch sind nahezu alle Reflow-Anlagen nachrüstbar, um smart zu warden.
Fazit
Industrie 4.0-Technologien haben sich in einigen Bereichen soweit entwickelt, dass sie erschwinglich geworden sind und einen echten Nutzen bieten, egal wie groß ein Werk ist. Sich in dieser neuen Welt zu bewegen mag überwältigend und voller Risiken sein. Durch die Konzentration auf einen kleinen Bereich wie z. B. Smart-Reflow-Technologien, die praktisch alle großen Bausteine von Industrie 4.0 umfassen, kann ein Elektronikhersteller die Lernkurve mit geringem Risiko und niedrigen Investitionen nach oben verschieben.
Bedeutende Vorteile wie schneller ROI und glückliche Kunden kommen schnell. Vielleicht kommt der wichtigste Nutzen aus dem Umsetzungsprozess selbst. Jedes Werk trifft auf Hürden und lernt, was funktioniert und was nicht. Zum Beispiel, wie Fertigung und IT zusammenarbeiten, um eine sichere Lösung zu finden. Ein paar Wochen nach der Smart-Reflow-Technologienimplementierung ist das Unternehmen weit oben auf der Lernkurve, um den viel größeren Industrie 4.0 Umfang in Angriff zu nehmen.


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