gesponsertDas 4r-Prinzip von ASMPT Materialflussoptimierung in der Intelligent Factory

Materialflussoptimierung zielt auf punktgenaue Bereitstellung ab und benötigt integrierte Datennutzung von Produktion bis Planung.

In der Theorie ermöglicht die ideale Just-in-Time-Produktion eine Fertigungslandschaft ganz ohne Lager. In der Praxis jedoch ist es nahezu unmöglich, den Materialfluss bei der Leiterplattenbestückung (SMT) so präzise von Auftragseingang über Produktion bis zum Versand des Endprodukts auszubalancieren, dass überhaupt keine Lagerhaltung erforderlich ist. Der Materialfluss in einer SMT-Fertigung ist eher ein dynamisches, "atmendes" System. Erst wenn die Materialien unmittelbar an der Maschine ankommen, werden sie in einer fast linearen, sequenziellen Verarbeitung integriert.

Ein wichtiges Element in diesem Prozess ist das Lager- und Puffersystem, das sich von den Zulieferern über weitere Zwischenspeicher auf Fabrik- und Shopfloor-Ebene bis hin zu den Materialrollen an den Bestückungsautomaten erstreckt. Leerlaufende Puffer können einen Maschinenstillstand wegen Materialmangel zur Folge haben. Deshalb ist es nicht überraschend, dass in vielen SMT-Produktionsumgebungen umfangreiche "Angstbestände" vorhanden sind, die nicht nur wertvollen Produktionsraum belegen, sondern auch das Material von anderen Produktionslinien fernhalten. Dies wird allerdings überflüssig, wenn eine konsequent bedarfsorientierte Planung verfolgt wird.

Für die optimale Abstimmung zwischen Bedarf und Bestand ist eine integrierte Datennutzung unerlässlich. Unternehmen praktizieren dieses Prinzip in der intelligenten Fertigung. Die Herausforderungen, die es hier zu meistern gilt, sind vielfältig: Von einer nahtlosen und skalierbaren Materialflussoptimierung auf dem Shopfloor, über eine Intralogistik, die auf dem tatsächlichen Verbrauch basiert, bis hin zur Vermeidung von Linienstopps wegen Materialmangels.

Darüber hinaus zielt die Optimierung darauf ab, die Menge der auf dem Shopfloor vorhandenen Materialien zu reduzieren. Das sogenannte 4r-Prinzip — das richtige Material, in der richtigen Menge, zur richtigen Zeit, am richtigen Ort — dient als Leitlinie für diese komplexe Aufgabe.

Vorausschauende Planung

Eine effektive Intralogistik-Software, wie etwa der WORKS Material Flow Optimizer von ASMPT, muss mehrere Aspekte gleichzeitig bewältigen. Sie analysiert nicht nur den momentanen Materialbedarf an der Produktionslinie, sondern prognostiziert auch zukünftige Anforderungen. Dieser vorausschauende Ansatz verhindert nicht nur Engpässe oder Überschüsse, sondern minimiert auch ineffiziente Prozesse, wie das erneute Einlagern und Herausholen der gleichen Materialrolle innerhalb kurzer Zeit.

Die Software operiert auf Basis von flexibel definierbaren Zeitscheiben und kalkuliert den Materialverbrauch in Echtzeit. Sie fügt Daten über den geplanten und aktuellen Verbrauch sowie den Lagerbestand an der Linie zusammen. Auf dieser dynamischen Analyse aufbauend, erzeugt sie Bedarfsmeldungen für Zentral- und Zwischenlager und initiiert zeitgesteuerte Transportaufträge.

Darüber hinaus geht die Optimierung noch weiter. Die Software organisiert auch die Materialpuffer im Vorbereitungsbereich, und das über einzelne Produkte und Produktionslinien hinweg. Wenn eine Rolle nach Abschluss eines Produktionsauftrags abgerüstet wird, prüft die Applikation, ob diese Rolle in einem definierten Zeitraum, etwa innerhalb von zwei Tagen, für einen Folgeauftrag erneut benötigt wird. Farbcodierte Lichtsignale und eine Dockingstation unterstützen die Mitarbeiter vor Ort mit klaren Anweisungen, welche Rolle ins Lager zurück muss und welche im Vorbereitungsbereich verbleiben soll.

Bei der Wiederaufrüstung leiten Lichtsignale die Mitarbeiter an, welcher vorbereitete Feeder in welche Spur der neuen Rüstung gehört. Die nahtlose Integration zwischen dem WORKS Material Flow Optimizer und dem WORKS Production Planner ermöglicht eine agile Anpassung an Produktionsänderungen. Durch eine direkte Schnittstelle können Produktionspläne unmittelbar in die Intralogistikplanung integriert werden.

Zusätzlich sorgt der Import von Produktionsaufträgen aus dem ERP-System dafür, dass der gesamte Prozess von der Auftragsannahme bis zur termingerechten Materialbereitstellung nach dem 4r-Prinzip durchgängig optimiert ist.

Insgesamt ergibt sich durch diese umfassende Lösung ein effizientes, dynamisches und reaktionsfähiges Materialflusssystem, das den hohen Anforderungen moderner Elektronikfertigung gerecht wird.

Factory-übergreifendes Material-Management

In einer SMT-Fertigung sind die Materialbestände in der Regel über mehrere Lager verteilt. Dabei gilt: Je näher ein Pufferspeicher an der Linie steht, desto kleiner der Materialbestand und desto kürzer die Zugriffszeit. Hier ist ein komplexes System zu verwalten, um das 4r-Prinzip umzusetzen. Dabei kommen Factory Material Manager und Factory Automation ins Spiel. Die vom MES-Spezialisten Critical Manufacturing, der Softwaresparte von ASMPT, entwickelten Applikationen auf Factory-Ebene behalten den Überblick über die Materialbestände in der gesamten Fertigung und steuern autonome Transportsysteme (AMRs) – von der Materialanlieferung, über die Kommissionierung für Produktion und Linien, bis hin zu Test, Konfektionierung und Warenauslieferung. Das Materialspektrum umfasst unbestückte und bestückte Leiterplatten, Bauelemente, Tools wie zum Beispiel Schablonen und Rakel für den Druckprozess oder für den Bestückprozess bis hin zu Verbrauchsmaterialien wie Druckpasten oder Reinigungsmittel.

Lager- und Transport-Hardware

Zeitgemäße Intralogistik steht und fällt heute mit der integrativen Datennutzung durch Prozess-, Produkt- und Factory-übergreifende Applikationen. Genauso wichtig wie die Software ist aber die Hardware. Hier braucht es zunächst gut skalier- und kaskadierbare automatische Lagersysteme. Wichtig sind dabei platzsparende Lösungen, so dass der Footprint insgesamt niedrig bleibt. Komplettiert wird die Intralogistik-Hardware schließlich durch eine Flotte von autonomen Transportfahrzeugen.

Hier arbeitet ASMPT mit Systempartnern zusammen. Das Unternehmen cts bietet etwa automatische Lagersysteme für jede Produktionsumgebung, die nahtlos mit den herstellerunabhängigen AMR-Lösungen von cts zusammenwirken. So werden Ein- und Auslagerungen ohne Operator-Eingriffe zuverlässig abgewickelt. Intralogistik-Systeme von cts passen also in das ASMPT Konzept der intelligenten Fertigung.

ASMPT bleibt dabei dem Prinzip der offenen Auto­matisierung treu: Alle Applikationen zur Materialfluss-Optimierung sind so ausgelegt, dass sie auch mit Transport- und Lager-Hardware anderer Hersteller zusammenarbeiten.

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Die Leiterplatte steuert den Programmwechsel

Wenn es darum geht, Prozesse zu optimieren, Zeit einzusparen und Mitarbeitende zu entlasten, dann rückt der Programmwechsel besonders in den Fokus. Hierzu muss in den meisten SMT-Fertigungen die betroffene Linie erst einmal leerlaufen. Dann wird zeitaufwändig umgerüstet, und neue Programme und Parameter müssen von Hand auf die Maschinen geladen werden. Generell lohnt es sich, ähnliche Produkte auf einer Linie zusammenzufassen und die Maschinen übergreifend aufzurüsten. Bei dieser so genannten Familienrüstung ist dann zumindest auf der Hardwareseite bei einem Programmwechsel kein manueller Eingriff mehr erforderlich.

Der Programmwechsel in SMT-Fertigungslinien mit ASMPT Hard- und Software kann nun ebenfalls vollautomatisch erfolgen.

Dazu werden die Daten der jeweiligen Leiterplatte über die standardisierte Schnittstelle IPC-HERMES-9852 von Maschine zu Maschine weitergereicht.

Bereits am Beginn der Linie, beim Entladen von Leiterplatten aus dem Magazin, werden alle relevanten Daten an den Lotpastendrucker der DEK TQ Plattform übermittelt, entweder über einen Barcode-Leser oder unmittelbar aus der Produktionsplanung. Diese Daten gleicht das System dann mit den in der Applikation Line Control hinterlegten Werten ab. Ist ein Wechsel erforderlich, wird automatisch das neue Programm geladen. Nach dem Druck wird die Leiterplatte zusammen mit ihren IPC-HERMES-9852-Daten an Process Lens weitergegeben. Das SPI-System führt wieder einen internen Datenabgleich durch und wechselt bei Bedarf ebenfalls das Programm.

Danach sind die Bestückautomaten an der Reihe, die analog zum Lotpastendrucker den Line Control Abgleich durchführen und gegebenenfalls neue Programme laden. Selbst die Transporte werden automatisch an die jeweilige Breite der zu transportierenden Leiterplatten angepasst. Praktisch und zeitsparend: Für diesen Leiterplatten-induzierten Produktwechsel muss die Produktionslinie nicht leer sein. Bei einer Familienrüstung ist der Produktwechsel komplett ohne Operator-Eingriffe möglich.

Sind manuelle Umrüstungen erforderlich, kann automatisch eine Fachkraft aus dem Smart Operator Pool gerufen werden. Dies geschieht über eine Schnittstelle zu WORKS Command Center von ASMPT, der Applikation für die linienübergreifende Steuerung des Bedienpersonals.

Gesamtsystem und ROI im Blick

Der durch einen Leiterplattenwechsel ausgelöste, sich von Maschine zu Maschine fortsetzende automatische Programm- und Produktwechsel zeigt, wie wichtig die integrative Datennutzung in der intelligenten Fertigung heute ist. „Wer bei der Materialflussoptimierung erfolgreich sein will, muss nahezu den gesamten SMT-Fertigungsprozess mit seinem Hard- und Software-Produktportfolio abbilden.“, stellt Erwin Beck, Director Product Management Automation Solutions bei ASMPT klar. „Nur so kann er die nötigen Erfahrungen sammeln. Nur so kann er das Know-how aufbauen, das für die Umsetzung des 4r-Prinzips erforderlich ist."

In diesem Kontext setzt ASMPT auf eine differenzierte Strategie und hat sich dadurch als ein wichtiger Akteur im Bereich der Intralogistik-Optimierung etabliert. Anstatt den Fokus ausschließlich auf maximale Automatisierung, Homogenität oder Kundenbindung durch proprietäre Systeme zu legen, richtet das Unternehmen sein Hauptaugenmerk auf den maximalen Return on Investment (ROI).

Dieser Ansatz macht ASMPT zu einem relevanten Lösungspartner für Unternehmen, die eine ausgewogene und effektive Intralogistik-Strategie verfolgen möchten.