3. BTO: Prozesse rund um die SMT-Linie optimieren

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1 TO: Prozesse rund um die SMT-Linie optimieren Der dritte Teil des rtikels leistet nun eine detaillierte etrachtung ausgewählter Themengebiete, die im Rahmen einer auftragsbezogenen Fertigung wichtig sind. Dabei werden die Themengebiete und ihre TO-Zielsetzungen jeweils kurz vorgestellt, SMT-typische Herausforderungen und Problemfelder erörtert sowie Lösungsansätze präsentiert. usgewählte Themengebiete sind das Material die Planung die Rüstvorbereitung der Produktwechsel die Produktion 3.1. Das Material Material: TO-Zielsetzungen Wichtige Ziele sind die Minimierung von Lagerbeständen und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei ufträgen und Änderungen in der uftragslage. etrachtet wird in diesem Vortrag nur das Rohmaterial. Hierbei sind die edarfsmengen mit den edarfsdeckern in Einklang zu bringen. 1

2 Material: SMT-typische Herausforderungen Verpackungseinheiten und Rüstung müssen im Einklang sein Es genügt nicht, nur den absoluten E-estand zu kennen. Für die Rüstung muss auch die Zahl der Spuren berücksichtigt werden. Genauer Lagerort muss im System hinterlegt sein Materialien wie z.. auteilrollen werden aus dem E-Lager entnommen und befinden sich im Rüstbereich oder an den Linien diese sind im Idealfall als zusätzliche Lagerorte zu führen, um Suchzeiten und Stillstände wg. Materialengpässen auf ein Minimum zu reduzieren. Materialstatus muss bekannt sein Überlagerte Material oder Materialien mit überschrittener Offenzeit dürfen nicht als verfügbar im System geführt werden, weil deren estückung zu Qualitätsproblemen führt. Ungeplanter Mehrverbrauch an der Linie muss erfasst werden eim Zeitpunkt der Materialverfügbarkeitsprüfung lassen sich ungeplante Materialverbräuche, die im Zeitraum zwischen Verfügbarkeitsprüfung und Start der Fertigung für den zu planenden uftrag verbraucht werden, nur schwer erfassen. Ursachen für überhöhte Mehrverbräuche könnten z.. falsche Feeder-Settings sein. Unbedingt muss vermieden werden, dass sich die Fehlgrößen im estand über die Zeit addieren und die estandführung zur Farce werden lassen Material: Lösungsansätze Ein Lösungsansatz ist die Installation eines zweistufigen Materialmanagements. Stufe 1 ist das übergeordnete ERP, über das weiterhin die estellungen ausgelöst und Materialeingänge verbucht werden und das die notwendige Transparenz in Richtung Unternehmen herstellt. Darunter wird in der Elektronikfertigung aber ein zusätzlich ein detailliertes Materialmanagementsysteme installiert, das alle Materialbewegungen innerhalb der Fertigung erfasst und steuert. Eine bidirektionale Schnittstelle zum ERP sorgt für einen regelmäßigen Datenabgleich zwischen beiden Ebenen. Darüber hinaus verfügt das detaillierte Materialmanagementsystem über Schnittstellen zu den estückautomaten (reale Verbräuche, estückprogramme, Rüstungen etc.) Die Vorteile eines solchen nsatze ähnlich der Struktur Produktionsgrobplanung durch ERP, Feinplanung durch spezielle IT-Systeme sind vielfältig. Die Materialien lassen bis ins Detail mit SMT-typischen Verpackungsmerkmalen führen 2

3 Wichtige Merkmale wie MSL oder Mindesthaltbarkeit werden erfasst und geführt gleichzeitig werden mit Chargen-Nummern und Unique IDs die asis für eine Rückverfolgbarkeit geschaffen Schnittstellen zu den Produktionsanlagen erfassen den tatsächlichen Materialverbrauch (inkl. bwürfe, ungeplanten Verbrauch etc.) SMT-spezifische Lagerorte (Vorrüstung) lassen sich definieren und führen Es können spezifische Lagerstrategien auf auteilebene gefahren werden (First in-first out (FiFo)/ First expired First out (FeFo)) Die Überlagerung von Materialien kann durch geeignete Ein- und uslagerstrategien vermieden werden. Typische Verfahren sind das FIFO (First In First Out) oder FEFO (First Expired First Out)-Prinzip Die Planung Planung: TO-Zielsetzungen. ei der Planung ist grundsätzlich zwischen einer Grob- und Feinplanung zu unterscheiden. Die Grobplanung dient primär zur Festlegung von groben Eckterminen. Dies erfolgt typischerweise innerhalb eines ERP-Systems und erzeugt Planaufträge, die später in Fertigungsaufträge umgesetzt werden. Die Feinplanung findet produktionsnah statt und legt die genaue Terminierung der Fertigungsaufträge fest. Dies findet in ERP-Systemen spätestens beim Umwandeln von Planaufträgen in Fertigungsaufträge statt. Dabei werden genaue Termine für die Fertigungsaufträge festgelegt. TO-Konzepte unterscheiden zwischen einer reinen Kundeneinzelfertigung und einer Vorplanung ohne Endmontage. ei der reinen Kundeneinzelfertigung wird ohne Kundenauftrag keinerlei Produktionsschritt gestartet. Die Vorplanung ohne Endmontage sieht eine Fertigung von augruppen auf Komponentenebene vor, geht aber ohne Kundenauftrag nicht in die Endmontage. 3

4 Planung: SMT-typische Herausforderungen ERP-Planungsläufe ermitteln mengenmäßige edarfsanforderungen. Dabei werden Kundenaufträge, Planprimärbedarfe, Sekundärbedarfe, Reservierungen usw. als edarfsträger berücksichtigt. Dagegen werden Lagerbestände, feste Planaufträge und estellanforderungen sowie feste estellungen gegenübergestellt und dann eschaffungsvorschläge erzeugt. ezogen auf SMT-Spezifika wird dabei nicht berücksichtigt: enötigte Verpackungseinheiten im Hinblick auf die detaillierte ufrüstung von Rohmaterial zu den Kundenaufträgen bhängigkeiten in SMT-Prozessschritten, z.. bhängigkeit der SMT-Linie von der Kapazität des Lotpastendruckers Minimierung von Umrüstaufwänden bei Produktwechsel Losgrößenoptimierung mit erücksichtigung von Rüstzeiten und potenziellen edarfsänderungen Kapazitätsanpassung unter erücksichtigung von unerwarteten Ereignissen in der Fertigung (z.. ungeplante Stillstände) Planung: Lösungsansätze Pacemaker als taktgebender rbeitsvorgang ei dieser Methode fokussiert sich die Planung auf einen Prozess innerhalb der Fertigung. Vorgelagerte rbeitsvorgänge beliefern den Pacemaker im Pull- Verfahren. Dabei löst der Taktgeber indirekt über definierte Mindestmengen (z.. Kanban) edarfsanforderungen aus. Speziell bei kurzfristigen Änderungen in bereits eingeplanten ufträgen stellt dies eine wesentliche Vereinfachung im Vergleich zur zentralen Planung aller rbeitsvorgänge dar. Fließender Rüstwechsel Produktionsaufträge werden in der Feinplanung so gereiht, dass fließende Rüstwechsel ohne nlagenstillstände umgesetzt werden können. Noch während der Produktion eines Vorgängerproduktes wird für die Nachfolgeproduktion gerüstet. Entkopplung des Siebdruckprozesses Ein fließender Rüstwechsel ist beim Siebdrucker nicht möglich. Durch einen speziellen Offline-Druckbereich können z.. Siebdruck und estückung getrennt werden. lternativ dazu kann nach einem Inline-Siebdrucker eine Pufferzone eingerichtet werden. 4

5 3.3. Die Rüstvorbereitung Rüstvorbereitung: TO-Zielsetzungen ei der Rüstvorbereitung steht die Minimierung von Stillstandzeiten durch vorbereitende Maßnahmen außerhalb der Fertigungslinie im Fokus beispielsweise Vorbereitungen von etriebsmitteln wie Druckschablonen, auteilförderer und Wechseltische oder die Verifizierung der Materialverfügbarkeit von Druckpaste oder auteilen Rüstvorbereitung: SMT-typische Herausforderungen Hier sind zu nennen: Status von Förderern Mangelnde Transparenz über den Feeder-Pool führt zu Stillständen, weil Fertigungsaufträge fälschlicherweise mit in Reparatur oder anderweitig im Einsatz befindlichen Förderer geplant und gestartet wurden. auteileverfügbarkeit Wegen ungeplanter Mehrverbräuche melden die Planungssystemen oft eine Verfügbarkeit von auteile, die aber tatsächlich nicht gegeben ist. Ähnliche uswirkungen können abgelaufene Materialien oder aufgrund von Verpackungseinheiten an andere nlagen gebundene Mittel haben Rüstvorbereitung: Lösungsansätze Materialmanagementsystem Diese Lösung und deren Vorteile wurde weiter oben bereits ausgeführt. Ergänzend genannt werden sollen an dieser Stelle die Optimierungspotenzialer solcher Systeme durch ihre Funktionalitäten im ereich Picklisten und Wegeoptimierung, chaotische Lagerhaltung oder die Steuerung automatischer Lagersysteme. uch kann durch eine transparente Darstellung und den Zugriff der Planungssysteme auf Lagerorte innerhalb der Fertigung die Zahl der Lagerbuchungen und der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand erheblich reduziert werden. etriebsmittel-verwaltungssystem (z.. Feeder-Management) Die Verwaltung der etriebsmittel hinsichtlich Status und Verfügbarkeit kann ebenfalls über ein Materialverwaltungssystem abgedeckt werden. Mit einer entsprechend Kennzeichnung unterscheidet sich die Verwaltung und nwenderführung nicht wesentlich vom Prozess der Materialsteuerung. Rüstverifizierung Die Rüstvorbereitung bedarf einer Verifizierung der aufgerüsteten Materialien 5

6 bezüglich rtikel und Stellplatz. Diese rbeiten können offline, außerhalb der Produktionslinie bereits im Vorfeld stattfinden. Damit werden nlagenstillstände vor dem Produktionsanlauf eines Produktes vermieden. Hierbei ist auf geeignete Schnittstellen zwischen dem Vorrüstbereich und den Fertigungsanlagen zu achten Die Produktwechsel Produktwechsel: TO-Zielsetzungen Das TO-Ideal sind Produktwechsel ohne Linienstillstände. Der Produktwechsel ohne Rüstwechsel ist mit wenig ufwand verbunden, da teilweise identische Materialien verwendet werden und diese bereits an der nlage gerüstet sind. nlagenstillstände sind in diesem Fall selten. Doch auch der Produktwechsel mit Rüstwechsel kommt entsprechend vorbereitet ohne Stillstände aus Produktwechsel: SMT-typische Herausforderungen Folgende Hindernisse stellen sich stillstandfreien Umrüstungen in den Weg: Erstmusterprüfung Vor der Produktionsfreigabe eines Produktes wird die erste bestückte Leiterplatte auf Fehlbestückung oder andere Qualitätsmängel geprüft. Kein Einfahren von weiteren Leiterplatten, bevor diese Prüfung nicht erfolgreich war. Für den Zeitraum dieser Prüfung steht die Fertigungslinie in Häufigkeit und Wirkung auf die gesamte Linie ein relevanter Kostenblock. Rüstaufwände direkt an der Produktionsanlage Ohne Offline-Rüstvorbereitung sind die ufwände für die Rüstung mit Stillstandzeiten verbunden. Prozessbedingte Wartezeiten Ein Wechsel der Temperaturprofile im Lötofen beispielsweise blockiert die Linie völlig. Rüstverifizierung direkt an der Linie Erfolgt die Rüstverifizierung erst an der Linie, führt auch dies zu Wartezeiten. Prozessverriegelung Es muss geprüft werden, ob für eine ankommende erste Leiterplatte eines Produktes das richtige Maschinenprogramm geladen ist, die vorhergehenden Prozessschritte erfolgreich durchlaufen sind und keine Qualitätsmängel aus in vorhergehenden rbeitsschritten festgestellt wurden. uch dies kostet Zeit. 6

7 Produktwechsel: Lösungsansätze Mögliche Lösungsansätze zur Vermeidung dieser nlagenstillstände können sein: Erstmusterprüfung in Doppelspuranlagen Der Einsatz von Doppelspuranlagen kann hier eine sehr praktikable Lösung sein. Die Fertigungslinie kann an einer Spur weiterhin ein Produkt produzieren, während an der anderen Spur die erste Leiterplatte eines neuen Produktes gefertigt und verifiziert wird. Offline-Vorrüstbereich Die ufrüstung für ein Produkt kann vorbereitend außerhalb der Fertigungslinie erfolgen. Dabei muss der zusätzliche Invest für etriebsmittel (z.. zusätzliche Wechseltische und Förderer) berücksichtigt und dem Verlust durch Fertigungsunterbrechungen beim Rüsten an der Linie gegenüber gestellt werden. ei der auftragsbezogenen Fertigung mit kleinen Losgrößen und häufigen Rüstwechseln liegen die Vorteile auf der Hand. Gruppierung/Reihung von Produkten nach Lötprofilen In entsprechenden Planungstools lassen sich Produktwechsel mit lick auf möglichst identische Lötprofile reihen. Variation der Transportgeschwindigkeit lternativ kann für die die Einstellung eines geänderten Temperaturprofils auch die Transportgeschwindigkeit variiert werden allerdings nur in engen Grenzen. Lötofen mit zwei Profilen In Ergänzung zu Doppelspurkonzepten der estückautomaten haben erste nbieter auch Reflow-Öfen entwickelt, die auf beiden Spuren unterschiedliche Lötprofile fahren können. utomatisierte Prozessverriegelung Die Prozessverriegelung kann automatisiert durch ein übergeordnetes Manufacturing Execution System erfolgen. esondere ufmerksamkeit im Rahmen von TO-Konzepten verdienen die Rüststrategien. Ihre intelligente Kombination kann zu erheblichen Verbesserungen führen. 7

8 Wechsel von kompletten Rüstwagen ei der Definition von Produktfamilien mit gemeinsamen Rüstungen kann in einigen Software-Programmen noch beachtet werden, dass auch übergreifend für bestimmte Familien gemeinsame Rüstanteile definiert sind. In diesem Falle können beispielsweise auteile auf sogenannten Constant Feeder Table gruppiert werden diese müssen beim Produktfamilienwechsel nicht umgerüstet werden. Const. Const. Const. bb. 11 Produktwechsel Mögliche Lösungsansätze Wechsel von einzelnen Förderern Ist ein fließender Produktwechsel mit ustausch einzelner Förderer angestrebt muss im Vorfeld die Reihenfolge der Produktion entsprechend geplant werden. Es muss freie Stellplatzkapazität an der Linie zur Verfügung stehen, damit die Vorbereitungen für ein Nachfolgeprodukt getroffen werden können. 8

9 3.5. Die Produktion Produktion: TO-Zielsetzungen Im Hinblick auf eine auftragsbezogene Fertigung ist die Definition von Messgrößen und Zielen erforderlich. Sinnvolle Kenngrößen können sein: Produktivität - gemessen in bestückten auteilen pro Zeitraum Die Prozessqualität - defects per million opportunities (DPMO) Der Materialschwund durch Verwurf und Mehrverbrauch - gemessen in auteile pro Zeiteinheit oder auteilwert pro Zeiteinheit Durchlaufzeiten vom uftragseingang bis nlieferung beim Kunden Lagerbestände wertmäßig oder über Mengen Produktion: SMT-typische Herausforderungen Sollen Kennzahlen/KPIs eine Wirkung entfalten, müssen sie ebenso eindeutig wie transparent definiert und systematisch erhoben werden. Hier ist es insbesondere wichtig, die Möglichkeiten aufzuzeigen, mit denen Mitarbeiter diese Kennziffern durch ihre Tätigkeiten am rbeitsplatz beeinflussen können Produktion: Lösungsansätze KPI-Monitoring Die Darstellung von Ist und Soll kann mit Monitoringsystemen erfolgen, die eine Schnittstelle zum Produktionsequipment haben. Die Sollwerte sind in diese Systeme ebenfalls einzugeben oder aus übergreifenden Systemen zu importieren. Status-Monitoring an der Linie Zur Vermeidung von Stillständen ist speziell bei der automatischen estückung auf den Nachschub mit Materialien zu achten. Status-Monitore können edienern an der Linie durch entsprechende Visualisierung den nstoß zur Materialnachfüllung geben und so die direkte Verbindung von KPI und eigener Tätigkeit betonen. 9