Daten-Schnittstellen als Schlüssel zur intelligenten SMT-Fertigung

Nach Mechanisierung, Massenproduktion und computergesteuerter Automatisierung verwandelt die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) die herkömmliche Automatisierungstechnik in Cyber-physikalische Systeme. Diese Systeme ermöglichen neue Arten der Fertigungsorganisation. Sie unterstützen die Entwicklung innovativer Produkte und Dienstleistungen und schaffen neue Möglichkeiten der Teilnahme.

Die SMT-Fertigung spielt bei dieser industriellen Revolution eine führende Rolle: nicht nur, dass die Industrie 4.0-Instrumente hier produziert werden – vom kleinsten intelligenten Sensor über Internet-Infrastrukturen bis zu Hochleistungs-Cloudservern – auch die moderne Inline-Automatisierung ist eng verbunden mit leistungsfähigen Softwareanwendungen zur Implementierung der sich ständig in Richtung höherer Produktivität weiter entwickelnden intelligenten Fertigung.

Es geht um Daten

Bei modernen EMS-Dienstleistern existiert die herkömmliche Trennung zwischen Produktions- und Bürobereich kaum mehr, da immer mehr Fertigungsdaten erfasst und analysiert werden um anhand neuer Erkenntnisse Effizienz, Qualität und Produktivität weiter zu steigern. Die Daten müssen zunächst direkt an der Produktionslinie erfasst werden. Eine sofortige Analyse unterstützt das Echtzeit-Management der Linie. Die Informationen werden zusätzlich an die Back-Office-Systeme und die Cloud-Anwendungen weitergeleitet, um langfristige Tendenzen zu erkennen und zu analysieren, wie die Produktion strategisch weiter verbessert werden kann.

Die Produktionslinie kann Automaten wie Dispenser oder Schablonendrucker, Bestücker und automatisierte optische Inspektionssysteme (AOI) miteinander verbinden, wobei die einzelnen Komponenten von unterschiedlichen Herstellern stammen können. Es existieren zwar Industriestandards, die eine elementare Kommunikation zwischen den Maschinen erlauben, diese Schnittstellen zwischen den Anlagen unterschiedlicher Hersteller können jedoch meist den umfassenden Informationsaustausch nicht bewerkstelligen, der für eine intelligente Fertigung erforderlich wäre. Selbst wenn das gesamte Equipment vom gleichen Hersteller stammt, gibt es große Unterschiede bezüglich der Eignung für die intelligente Fertigung zwischen diesen Herstellern.

Die Art der Daten-Organisation ist kritisch und einige Hersteller haben Datenstrukturen entwickelt, die sich gut dafür eignen, Analyse-Softwarepakete direkt mit detaillierten Informationen zu versorgen.  Yamaha Motor Intelligent Machines hat eine eigene Spezifikation für die Maschine-zu-Maschine-Schnittstelle (M2M) entwickelt, die einen umfassenden Echtzeit-Datenaustausch zwischen den SMT-Automaten einer Linie ermöglicht. Darüber hinaus wurde ein Softwarepaket geschaffen, das diese Daten erfasst und analysiert. Erprobt über einige Produktgenerationen steht es jetzt SMT-Baugruppenherstellern für die Weiterentwicklung ihrer Produktion in Richtung einer intelligenten Fertigung zur Verfügung.

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Bild 1: Die nach der Bestückung durchgeführte 2D-AOI-Inspektion kann ihre Ergebnisse mithilfe der QA Option-Software an den Drucker und die Bestücker zurückmelden

Yamaha QA Option ist eine dieser Software-Anwendungen, die auf der Linie ausgeführt wird. Sie vergleicht die AOI-Daten (Automatische Optische Inspektion), die nach der Bestückung ermittelt werden, mit den Daten des Dispensers/Druckers und des Bestückers (siehe Bild 1) und führt jeden Bestück- oder Lotpastenfehler auf einzelne Bestücker-Nozzeln bzw. Schablonenaperturen zurück. Benachrichtigungen werden auf dem Bildschirm dargestellt (Bild 2) oder mittels Yamahas Mobile Judgement-Software auf das Smartphone des verantwortlichen Mitarbeiters gesendet, der sofort entsprechende Abstellmaßnahmen einleiten kann und somit die Qualität der Produkte und die Produktivität verbessert. Die erfassten Informationen werden auch zur Steuerung einer vorbeugenden Wartung genutzt, die inzwischen als wichtiges Element der intelligenten Fertigung betrachtet wird. Darüber hinaus hat Yamaha die Factory-Software-Suite Y.FacT mit den Schwerpunkttools Rüstung, Überwachung und Traceability entwickelt.

Bild 2: Daten, die an QA Option übermittelt werden, ermöglichen die unmittelbare und präzise Analyse der genauen Fehlerursachen

Durch die Unterstützung des Rüstvorgangs erleichtert das S-Tool die Verwaltung des Produktionsmaterials, das ansonsten leicht zu lange gelagert werden könnte und so seine optimale Verarbeitbarkeit verlieren würde. Die automatische Überwachung der Lagerzeit und -bedingung stellt sicher, dass kein ungeeignetes Material in Produkte verbaut wird. Durch Protokollierung von Daten wie Barcode, Lotpastentyp und die Identitäten der Feeder und Bauteilrollen hilft das S-Tool, Fehler zu vermeiden und die Produktqualität zu verbessern. Beim Bestücken von LED-Beleuchtungen verhindert das Prüfen der Barcodes zu LED-Helligkeit, Farbtemperatur und Beleuchtungsmuster, dass Baugruppen bestückt werden, deren Bauteile nicht eng genug selektiert sind. Das Tool kann auch mit jedem Bauteil-Lagerturm kommunizieren und anhand der Informationen der Maschinen über aktuelle Bauteil-Restmengen Rollen- und Feederwechsel rechtzeitig koordinieren und so Stillstände minimieren.

Überwachungseinrichtungen in jeder Linie und im gesamten Werk, die mit dem M-Tool verbunden sind, ermöglichen es über eine Web-basierte Schnittstelle, detaillierte Informationen über die Systeme, wie z. B. Effizienz oder Pickup-Raten, in Echtzeit zu ermitteln. Bild 3 illustriert, wie farbkodierte Anzeigen eine schnelle und einfache Überwachung des Linienstatus ermöglichen. In einem nächsten Schritt werden die Daten automatisch konsolidiert und in Reports gespeichert und/oder zur Analyse an übergeordnete Cloud-Anwendungen übergeben.

Bild 3: Der Informationsfluss unterstützt sowohl das Echtzeit-Management der Fertigungsaktivitäten als auch eine tiefgehende Leistungsanalyse (Quelle Bilder: Yamaha Motor IM)

Die Traceability-Anwendung T-Tool protokolliert für jede einzelne Baugruppen-Identität die Leiterplatten-ID sowie die Bauteil-Daten zu jeder bestückten Position auf der Leiterplatte. Das ist ein Bereich, in dem die zugrundeliegende Datenstruktur des SMT-Equipments die Verarbeitung der Informationen auf Bauteilebene entscheidend beeinflusst. Yamahas selbst entwickelte Datenstruktur bildet die Basis, um sowohl Bauteil-Seriennummern als auch Positionsdaten und die Seriennummern der Leiterplatten aufzeichnen zu können und diese Informationen dann in eine Traceability-Datenbank zu übertragen. Diese Datenbank steht für zahlreiche Zwecke zur Verfügung. So lassen sich Lagerbestände und Materialien entlang der Produktionskette verfolgen, um die Materialbeschaffung für die Just-in-Time-Bestückung zu erleichtern, die Einhaltung von Kundenanforderungen nachzuweisen oder die Herkunft der Bauteile zu verifizieren.

Diese Softwarepakete nutzen die Fähigkeit des umfassenden Informationsaustauschs zwischen den verbundenen SMT-Maschinen einer Linie bzw. denjenigen des gesamten Werks. Ausgeklügelte Kommunikationsfähigkeiten sorgen dafür, dass das Equipment schon jetzt vorbereitet ist, die Einführung zukunftsweisender, intelligenter Fertigung zu unterstützen, die die datengestützte Überwachung und Steuerung auf ein neues Niveau hebt.

Fazit

Die Branche ist im Aufbruch in Richtung intelligenter Fertigung, um den Weltmarkt mit hochwertigen Produkten zu wettbewerbsfähigen Preisen zu beliefern. Die Forderung des Marktes nach einer Vielzahl von Produktvarianten für die Individualisierung der Produkte profitiert stark von der Flexibilisierung durch Fertigungsintelligenz. Die intensive Kommunikation der Maschinen untereinander ist der Schlüssel, um Daten für die Leistungsanalyse zu extrahieren. Die Kommunikation der erforderlichen Maßnahmen ermöglicht schnelle und effiziente Anpassungen. Wo geeignete Maschinen-Schnittstellen bereits vorhanden sind, ermöglichen bewährte Software-Werkzeuge für Rüstung, Überwachung und Traceability sehr enge Verbindungen zwischen Fertigung, Fertigungsplanung und Management und beschleunigen so die Umstellung der Elektronik-Hersteller auf intelligente Fertigung.

Autor: Yamaha Motor IM