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Wo liegt der Nutzen von Industrie 4.0? - Teil 1

Verbesserung der Produktivität in der Elektronikfertigung
Wo liegt der Nutzen von Industrie 4.0? – Teil 1

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Ein Grund für die langsame Umsetzung von Industrie 4.0 Technologie in der Elektronikfertigung ist der, dass Entwickler bisher keine gute Arbeit gemacht haben, um die konkreten Vorteile für die Anwender aufzuzeigen. Dazu gehört natürlich auch ein solider Return-on-Investment. Als weitere Folge unserer Kommunikation haben potenzielle Anwender den Eindruck, dass die Investition in diese Technologien nicht nur riskant sondern auch sehr teuer ist. Zudem haben sie wenig Informationen über die konkreten Vorteile.

Der Artikel von KIC versucht, das Gespräch auf einen praktischen Level zu bringen, um dem Elektronikhersteller den messbaren Nutzen zu zeigen. Ebenso wird dargestellt, dass der Einstieg in die Industrie 4.0-Reise nicht wie ein Legospiel ist, wo der letzte Stein ein Ganzes bildet, sondern eher wie das Pflanzen von Bäumen. Möglicherweise möchte man einen Wald anlegen, aber in diesem Fall ist jeder einzelne Baum wertvoll. Die spezifischen Technologien und Vorteile, die genutzt werden, beziehen sich auf das Know-how des Unternehmens in Bezug auf Reflow-, Wellenlöten und andere thermische Prozesse in der SMT-Industrie. Jedoch gibt es direkte Analogien zwischen den einzelnen Bereichen der Fertigungslinie und dem Werk als Ganzes.

Was ist das Endziel?

Bevor gestartet wird, ist es wichtig, das übergeordnete Ziel (die Endergebnisse) einer elektronischen Fertigung zu definieren, um zu vermeiden, dass Aktivitäten mit Ergebnissen verwechselt werden.

Das ultimative Ziel: Produkte in der erforderlichen (oder noch besseren) Qualität herzustellen, sie zum gewünschten Zeitpunkt zum entsprechenden Preis zu liefern und gleichzeitig die Kosten im Griff zu halten um einen nachhaltigen Gewinn zu erzielen.

Ein Unternehmen kann zusätzliche individuelle Geschäftsziele haben, wie z. B. steigende Gewinne, Verkauf von Produkten mit höheren Bruttomargen, höhere Umsätze und Stückzahlen usw.

Diese Faktoren sollten vor Augen gehalten werden, denn alles andere ist ein Mittel zum Zweck. Wenn ein EMS-Unternehmen beispielsweise nicht im Geschäft des Kaufes von SMT-Bestückungsmaschinen ist, kann es trotzdem eine Voraussetzung dafür sein, um die eigenen Ziele zu erreichen. Deshalb bleibt es aber ein Mittel zum Zweck und muss dementsprechend als solches behandelt werden.

Was ist mit dem heutigen Stand der Industrie 4.0 / Smart Factory-Technologien möglich?

Kostenreduzierung

Begonnen wird mit dem Faktor, auf den sich alle konzentrieren: Kosten. Um Kosten zu senken, ist es hilfreich, zunächst unnötige Kostenquellen zu ermitteln. Denken wir an Verschwendung. Verschwendete Produktionszeit und Engineeringzeit. Ausschuss ist Verschwendung, genauso wie Nacharbeit. Audits die länger gehen als notwendig, mehr Strom und Stickstoff zu verbrauchen als erforderlich, das ist Verschwendung. Die Liste geht weiter.

Bei ROI-Studien ist in der Regel die Produktionszeit (oder deren Fehlen) der wichtigste Faktor. Studien der SMT-Industrie in den USA zeigen, dass dort die durchschnittliche Produktionslinie mehr Zeit in der Nicht-Bestückungsphase zubringt, als in der Produktion selbst. Wie kommt das? Einrichtungszeit, Umrüstzeit, Fehlerbehebungszeit und Maschinen, die auf Teile warten, sind die Hauptgründe. Die Industrie 4.0 Smart Factory-Technologien von heute ermöglichen die Offline-Programmierung und -Optimierung, Linienausgleich und -optimierung sowie ein Echtzeit-Dashboard von allen Maschinen und Prozessen, die auf allen autorisierten Computern und Mobilgeräten verfügbar sind. Eine relativ neue Fähigkeit ist der geschlossene Regelkreis (Closed-Loop), bei dem z. B. das SPI-Gerät die Ausgabe vom Screenprinter überwacht und anschließend auf der Grundlage der Druckergebnisse und Tendenzen maschinelle Änderungen vornimmt. Mit anderen Worten: Anstatt darauf zu warten, dass ein Fehler auftritt, oder ein Prozess außer Kontrolle gerät, überwachen sich die Maschinen gegenseitig und nehmen ständige Änderungen vor, um die Produktion innerhalb der Spezifikation zu halten. Ein weiteres aktuelles Beispiel für die Maschinenkommunikation in Echtzeit wird durch V-One veranschaulicht, bei dem fortlaufende Reflow- und Profildaten mit dem AOI kommunizieren, um die Fehlersuche zu erleichtern. Alle diese Funktionen zielen auf die Verbesserung der Produktivität / Auslastung durch schnellere Einrichtung, Umrüstung, Fehlerbehebung und Zuführung von Teilen ab.

In der Welt des Reflow-Lötens muss der Ofen die Baugruppe innerhalb der angegebenen Profilgrenzen verarbeiten. Automatische Profilierungssysteme messen den Prozess kontinuierlich und in Echtzeit, vergleichen sie mit dem festgelegten Prozessfenster und liefern verwertbare Daten, Alarme, Warnungen, das Herunterfahren der Linie, usw. Die Beseitigung manueller Stichproben mit deren Tendenz zur Produktionsunterbrechung erhöht die Betriebszeit. Automatische SPC-Diagramme dienen als Frühwarnsystem, bei dem ein Ofen, der sich Richtung Prozessgrenzwerten bewegt, gekennzeichnet werden kann, um während der nächsten geplanten Downtime angepasst zu werden. Durch die gemeinsame Nutzung der Daten über das werkseigene IT-Netzwerk mit mobilen Geräten und einem zentralen Hub, wie z. B. MES, können Ingenieure und Techniker bei einem Ertragsproblem schnell nach der Ursache suchen. Die Daten zeigen, wo im Ofen, oder Prozess das Problem entsteht. Dies führt zu einer schnelleren Fehlerbehebung, schnellen Abhilfemaßnahmen und weniger Ausfallzeiten. Es beseitigt auch fast jeglichen Ausschuss und Rework die durch einen nicht spezifizierten Prozess verursacht wurden. Ingenieure und Techniker benötigen Qualitätsdaten, um richtige Entscheidungen treffen zu können. In den meisten Werken besteht heutzutage nicht mehr das Problem, dass zu wenige Daten vorliegen, sondern viel zu viele Daten. Daher muss die Software relevante Informationen, Einblicke und verwertbare Daten bereitstellen.

Die Reflow-Ofen- und Wellenlötoptimierungssoftware verfügt über vielfältige Funktionen. Dies ermöglicht eine wesentlich schnellere Einrichtung eines brandneuen Produktionsablaufs für Leiterplattenbaugruppen, einen stabileren Prozess und reduziert, oder beseitigt sogar die Umrüstzeit des Reflow-Ofens. Dies geschieht durch die schnelle Identifizierung einer einzelnen Ofeneinstellung (Zonentemperaturen und Bandgeschwindigkeit) unter einer Milliarde Alternativen (d. h. wirklich eine Milliarde!), die alle, oder zumindest die meisten der verschiedenen Baugruppen innerhalb der Spezifikation verarbeiten kann. Es wird auch versucht ein Profil zu finden, was nur eine Änderung der Bandgeschwindigkeit benötigt, um die Baugruppen ohne Änderung der Zonentemperaturen verarbeiten zu können. Während ein Ofen bei neuen Temperatureinstellungen möglicherweise 30 Minuten benötigt um sich zu stabilisieren, ändert sich die Fördergeschwindigkeit in Sekunden. Auch hier verbessern die aufgeführten Funktionen die Auslastung der Geräte.

Qualität

Ausschuss und Nacharbeit sind teuer und Nacharbeit kann auch Ihre Qualität beeinträchtigen. Eine Computerfirma in Kalifornien verfolgte während ihrer gesamten Lebensdauer alle hergestellten Leiterplatten (Motherboards). Es handelte sich um sehr teure Leiterplatten, auf denen Feldausfälle gemeldet und die zur Reparatur zurückgeschickt wurden. Ihre interne Studie kam zu dem Schluss, dass die Boards, die einer Nacharbeit unterzogen wurden, im Laufe der Zeit viel anfälliger für Ausfälle waren. Mit anderen Worten, obwohl die überarbeiteten Platinen den gleichen strengen Tests unterzogen wurden wie die Leiterplatten, die gleich fehlerfrei waren, wurde anscheinend eine latente Schwäche eingeführt. Qualität ist nicht nur eine Frage des ersten Durchlaufs, sondern auch der Zuverlässigkeit des Endprodukts. Das wissen Automobilhersteller schon lange. Deshalb akzeptieren viele von ihnen keine Nacharbeit mehr. Echtzeit-Dashboards bedeuten Einblick in jeden Prozess, führen zu Fokus, Prozesskontrolle, Verbesserungen und „es beim ersten Mal zu richtig machen“. Der ROI für solche neuen Fähigkeiten lässt sich leicht berechnen.

Teil 2 handelt von Verbesserungen der Rentabilität, der Engineeringzeit, der Reduzierung des Stromverbrauchs und von Unternehmenszielen, z. B. die Kundenbegeisterung und die Entwicklung eines wettbewerbsfähigeren Geschäfts.

SMTconnect, Stand 4A-230

www.kicthermal.com


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