Auf solide (MES)-Füße gestellt – Effizientere Leiterplattenfertigung dank solider Datenbasis

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IoT Use Case Kontron AIS - Würth Elektronik
6 Minuten Lesezeit
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So rasant sich auch die Leistungsfähigkeit und die Aufgaben elektronischer Bauelemente entwickeln: in der Produktion der Leiterplatten an sich hält die Digitalisierung oft schleppend Einzug. Gleichzeitig fordern Kunden aber auch hier immer kleinere Serien bis Losgröße 1 und parallel möglichst viele Produktionsdaten. Würth Elektronik hat ein Manufacturing Execution System (MES) zur Produktionssteuerung in die Leiterplattenfertigung eingeführt und damit den Grundstein für die weitere Vernetzung im IIoT gelegt. Weil Softwareentscheidungen immer auch Vertrauenssache sind, setzt Würth mit FabEagle® von Kontron AIS auf die Lösung eines bewährten Partners.

Die Herausforderung: Fertigungsdaten als Teil des Produkts – Kundenanforderungen bedienen und Klarheit über eigene Prozesse gewinnen

Mitten im Rennen das Pferd zu wechseln, ist nicht immer klug, aber wenn das Rennen aus welchem Grund auch immer unterbrochen wird, ist dies eine gute Gelegenheit für Modernisierungsmaßnahmen. So geschehen bei Würth Elektronik, als nach einem Brand große Teile des Maschinenparks neu beschafft werden mussten. Gleichzeitig tat das Unternehmen mit einem MES einen großen Schritt in Richtung Digitalisierung und vernetzte Produktion. Ein MES auszulegen bedeutet vor allem, viele Fragen zu stellen und alle Mitspieler in der Produktion ebenso genau zu kennen wie die gewünschten Erkenntnisse, die man sich von den Daten verspricht. Für das ERP-System sind Auftragsdaten relevant, in der Produktionssteuerung geht es um Arbeitspläne und Materialflüsse und für die Bewertung der Produktivität sind Maschinenzustandsdaten, Alarme und Prozessdaten nötig. Nur mit einer soliden Grundlage, als die das MES verstanden werden sollte, kann in weiteren Schritten die Vernetzung über Standorte hinweg oder die Kombination aus lokalem MES und cloudbasierten Services, beispielsweise für die Wartungsplanung, gelingen. Würth Elektronik fertigt an drei Standorten Leiterplatten; hier sind erhebliche Synergieeffekte zu erwarten.

Hinzu kommt, dass das Produkt selbst alles andere als trivial in der Herstellung ist. Eine Leiterplatte entsteht in etwa 30 Produktionsschritten, Multilayer-Strukturen benötigen auch durchaus die doppelte Anzahl. Das Materialtracking wird zusätzlich durch die Pressvorgänge erschwert, die die Markierungen immer wieder verschwinden lassen. Jede Leiterplatte ist dazu ein individuelles Produkt; die Fertigung erfolgt nach den Layoutvorgaben des Kunden. Zusätzlich zum Produkt wünschen sich Kunden zunehmend auch Fertigungsdaten bis hin zum digitalen Zwilling der Leiterplatte für Simulationen vor dem eigentlichen Einbau. Ohne MES eine aufwendige bis unlösbare Zusatzaufgabe.

Der MES-Integrator steht nun vor der Aufgabe, welche Daten an welcher Stelle überhaupt zu erfassen sind und was ihr Nutzen sein soll. Kontron AIS hat als Anbieter der MES-Software den Anspruch, die Betreiber bei der Integration aller Schnittstellen bis hinunter auf die Steuerungsebene zu unterstützen. Dabei liegt ein Hauptaugenmerk auf offenen Schnittstellen, damit Kunden später weitere Anlagen oder Prozesse integrieren können.

Neben den rein technologischen Anforderungen braucht es vor allem Vertrauen in den MES-Integrator, um ein MES erfolgreich einzuführen. An der Produktionssteuerung sind viele Stellen beteiligt, es bedarf sorgfältiger Abstimmung, um hier die richtigen Entscheidungen zu treffen und intern Akzeptanz für das Projekt zu schaffen. Nicht zuletzt, weil die Kommunikationsmöglichkeiten jeder Maschine und die eingesetzten Schnittstellen weitgehend individuell vom Hersteller abhängig sind. Standards wie OPC UA sind noch lange nicht überall die Regel.

Damit das MES mehr sein kann als eine reine Datenverteilstelle, braucht es vor allem klare Fragestellungen. Meist ist nicht das (Nicht-)Vorhandensein der Information ein Problem, sondern die Unklarheit darüber, was man aus den Daten eigentlich auslesen möchte. Für Würth Elektronik war unter anderem entscheidend, welche Alarme überhaupt erfasst werden und wie die Auswertung erfolgt. Diese Informationen dienen als Grundlage für die interne Prozessoptimierung und Steigerung der Verfügbarkeit der Anlagen.

Die Lösung: Die Schnittstellenvielfalt locker im Griff – das offene, flexible MES

Ein gutes MES bietet viele verschiedene Schnittstellenstandards an. Bei Kontron AIS gilt: „Wir betreuen unsere Kunden bei der Schnittstellenintegration auch für sehr spezielle, in diesem Fall halbleiterspezifische Schnittstellenprotokolle.“. Die Datenintegration ist der erste Mehrwert, den das MES bietet. Das bei Würth Elektronik verwendete FabEagle®MES verwaltet in einer relationalen Datenbank alle Informationen und verknüpft diese für die Überwachung und Steuerung der Produktion sowie für die Bereitstellung von Qualitätsdaten für Endkunden.

Um ein solches Projekt in handhabbaren Teilschritten umzusetzen, steht an erster Stelle ein Proof of Concept (PoC), um die Lösung in einem bestimmten Fertigungsbereich zu erproben. Dafür hat Würth Elektronik die Lötstopplacklinie gewählt. Das PoC als Pilotprojekt dient auch dazu festzustellen, welche Daten überhaupt schon vorhanden sind, aus welchen Quellen diese stammen und welche Ergebnisse man sich insgesamt wünscht. Erst wenn die Funktionalitäten so festgelegt sind, geht es an die Fragestellungen für die Analyse und die weitere Verarbeitung aller Informationen. Für die Darstellung nutzt FabEagle®MES einen Web-Client, sodass der Datenzugriff für alle Benutzer so flexibel wie möglich ist.

Die Mitarbeiter von Würth Elektronik nutzen den Web-Client für den Zugriff auf die einzelnen MES Funktionsmodule. Dazu gehören z.B. die Auftrags- und Arbeitsplanverwaltung, das Materialtracking und das Reporting über Maschinenzustände, Alarme und Produktionskennzahlen.

Zunächst liefern die Maschinen Zustandsdaten, Alarme und Durchsatz, um im MES Zusammenhänge zu analysieren und Engpässe zu erkennen. Später entstehen anhand dieser Daten neue KPIs für die Fertigung. Bei jeder Umsetzung hat Kontron AIS die weitere Implementierung und Anbindung an andere Prozessebenen berücksichtigt und bietet auch die passende Plattform für den Weg zu hybriden und cloud-basierten Lösungen. Grundlage für jeden Erfolg ist die gute Struktur, die das MES in die Datenvielfalt einbringt. So ergeben sich anschließende Schritte fast von allein.

Das Ergebnis: Wissen statt Bauchgefühl: Datenfluss im MES beschleunigt Prozesse und reduziert Fehler

Die Einführung des MES hat für Würth Elektronik in einer herausfordernden Situation – der Beschaffung und Inbetriebnahme gleich mehrerer neuer Maschinen – riesige Fortschritte gebracht. Die solide Datenbasis, die das Bauchgefühl bei der Beurteilung der Maschinenzustände abgelöst hat, sorgt für die wirklich passende Maschinenkonfiguration. Das Pilotprojekt an der Lötstopplacklinie hat als Proof of Concept überzeugt. Für jedes Projekt ist es wichtig, intern Überzeugungsarbeit zu leisten und Befürworter für die Idee (und die Investition) zu gewinnen.

Mit den schnell verfügbaren Daten beschleunigen sich auch der Informationsfluss und die Fehleranalyse; entsprechend kürzer fallen Stillstandszeiten aus. Die Einführung eines MES bringt mindestens 10 % mehr Anlagenverfügbarkeit, und mit FabEagle®MES von Kontron AIS ist zu beobachten, dass die Fehlerhäufigkeit um 50 % abnimmt. Schneller, sicherer und mit allen nötigen Informationen: so ist die Fertigung mit MES perfekt auf weitere Vernetzung im IIoT vorbereitet.

Immer weiter in den Fokus rückt auch das Thema Nachhaltigkeit mit all seinen Facetten auch in der Leiterplattenfertigung. Um hier belastbare Aussagen zu treffen, ist wieder als erstes die genaue Kenntnis über die tatsächlichen Energie- und Rohstoffverbräuche der einzelnen Stationen sowie der gesamten Produktion vonnöten: individuell aufbereitet und dargestellt vom MES.

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