Industrie 4.0 "VERTRAULICH" Weber Johann VV & V SGF - Elektronik Fa. Zollner Elektronik AG

Transkript

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3 Agenda Industrie 4.0 Herausforderungen und Chancen in der Elektronikproduktion Tägliche Herausforderungen & Chancen Industrielle Revolution Detailbeispiele Industrie 4.0 in der Elektronikproduktion Effizienzsteigerung & Risikominimierung durch Gesamtheitliche Traceability Digitale Fabrik

4 Um Spuren zu hinterlassen, muss man eigene Wege gehen. Industrie 4.0

5 Industrie 4.0 "VERTRAULICH" Weber Johann VV & V SGF - Elektronik Fa. Zollner Elektronik AG

6 Warum Industrie 4.0

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8 Tägliche Herausforderungen Steigerung der Flexibilität Reduzierung von Stückzahlen auf Grund zunehmender Produktindividualisierung (Variantenvielfalt) Preisrückgang und Kostendruck Verkürzte Produktlebenszyklen, dadurch ein schnellerer Return on Investment nötig Knapper werdende Ressourcen und hohe Energiekosten

9 Tägliche Chancen Erfüllung der Marktforderungen Erfüllung der Kundenforderungen Zufriedene & begeisterte Kunden und Partner Langfristige und nachhaltige Partnerschaft Neue Aufträge Unternehmenswertsteigerung

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11 Industrielle Revolutionen Mechanischer Webstuhl 1784 Fließband 1870 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) Industrielle Revolution Einsatz von Elektronik und IT 2. Industrielle Revolution Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion 4. Industrielle Revolution Basis Cyber Physical Systems 1. Industrielle Revolution Einführung mechanischer Produktionsanlagen mithilfe von Wasser und Dampf Steigerung der Komplexität

12 Industrie 4.0 eine Vision! Industrie 4.0 ist ein Zukunftsbild der industriellen Produktion aus der Perspektive des Jahres 2025 Das Internet der Dinge verbindet die physische und digitale Welt Anlagen, Maschinen und einzelne Werkstücke tauschen kontinuierlich digitale Informationen aus. Sämtliche Produktions- und Logistikprozesse werden digital vernetzt und integriert. Virtuelle und reale Welt verschmelzen. Prozesse werden über große Entfernungen in Echtzeit koordiniert. Aus den gigantischen Datenmengen werden neue Geschäftsmodelle abgeleitet ( big data ).

13 Industrie 4.0 Produktion! Das zu fertigende Produkt besitzt alle erforderlichen Informationen über seine Produktionsanforderungen, entscheidend ist Unikats Kennzeichnung Vernetzte Produktionseinrichtungen organisieren sich unter Berücksichtigung aller Ressourcen entlang der gesamten Wertschöpfungskette selbst. Produktionsablauf wird auf Basis der aktuellen Situation flexibel entschieden. Individuelle Produkte werden so zum Preis der Massenproduktion gefertigt.

14 Industrie 4.0 Gemeinschaftsprojekt der Verbände Start: April 2013 auf der Hannover Messe

15 Industrie 4.0 ROADMAP Seiten/Industrie40.aspx

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17 Industrie 4.0 Kommunikation P l a n u n g ERP (Enterprise Resource Planning) Unternehmensebene MES (Manufacturing Execution System) Betriebsleitebene Prozessund Steuer Ungsleitebene Trace, EDI Pool 4 Tool Cloud? Anbindung von weiteren Unternehmensbereichen (Controlling, Vertrieb, Einkauf, FiBu, etc.) Produktionsprogrammplanung, Kundenaufträge Maschinenbelegung, Personaleinsatzplan, Berichte, Kennzahlen: Produktion, Auftragsstatus, Material, Qualität, Prozess, etc. Steuerungsparameter, Bedienen & Beobachtung, Qualitäts & Prozessdaten R ü c k m e l d u n g

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19 Industrie 4.0 Kennzeichnung Eindeutige Kennzeichnung (RFID, Barcode, DMC;) von Material & Hilfsstoffen sowie Produkten

20 Industrie 4.0 Ein- und Auslagerung Das vollautomatische SMT- Lager kann nun ein durchgängig transparentes und effizientes Materialhandling für alle SMT- Bauelemente gewährleisten. Das vollautomatische Lager übernimmt die optimierten Rüstungen und stellt das SMT- Material in sehr kurzer Zeit zur Verfügung, z.b. tischweise und in der vorgegebenen Reihenfolge.

21 Industrie 4.0 C-Teile Management Jeder Behälter steht auf einer Waage, wo die Menge über den täglichen Wiegeprozess (IT-Vernetzung) festgestellt wird und die Nachlieferungen durch den Lieferanten selbst gesteuert wird. Der Verbrauch erfolgt über eine Sammelrechnung. Lieferantenselbststeuerung

22 ERP MES EDI Pool 4 Tool Industrie 4.0 Kommunikation Prozess & Steuerungsleitebne Die Definition der Schnittstellen für die Maschinen Anlagen Etc. wurden im ZVEI Leitfaden Traceability festgelegt.

23 Industrie 4.0 Kennzeichnung der Leiterplatte ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Kennzeichnung: Strich Code Data Matrix Code RFID

24 Industrie 4.0 Kennzeichnung der Leiterplatte ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Kennzeichnung: Strich Code Data Matrix Code RFID

25 Industrie 4.0 Kennzeichnung der Leiterplatte ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne

26 Industrie 4.0 Lotpastendruck & Closed loop ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Der Lotpastendruck ist die Basis für gute Qualität. Überprüfung vom Lotpastendruck

27 Industrie 4.0 Lotpastendruck & Closed loop ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Der Lotpastendruck ist die Basis für gute Qualität. Überprüfung vom Lotpastendruck

28 Industrie 4.0 Closed loop Definition: Das Regeln, die Regelung ist ein Vorgang, bei dem eine Größe, die zu Regelnde Größe (Regelgröße), fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und, abhängig vom Ergebnis dieses Vergleichs, im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Der sich dabei ergebende Wirkungsablauf findet in einem geschlossenen Kreis, dem Regelkreis, statt. (Quelle: DIN 19226)

29 Industrie 4.0 Closed loop Positionierung Vorteile: Schnelles und genaues Einrichten der Schablonenposition am Drucker Ständige Korrektur der Schablonenposition unabhängig von Chargen und anderen Einflüssen Versatz am Schablonendrucker und somit Stillstandzeiten am Lotpasteninspektionssystem sinken

30 Industrie 4.0 Closed loop Reinigung Vorteile: Überwachen der Verschmutzung der Schablone Reinigen nach Bedarf Einsparung von Produktionshilfsmitteln (Reinigungsflüssigkeit und papier) Erhöhung des Durchsatzes

31 Industrie 4.0 Bestückungsprozess ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Bestückung der Bauelemente

32 Industrie 4.0 Bestückungsprozess ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Bestückung der Bauelemente

33 Industrie 4.0 Reflow - Lötprozess ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Lötung der Bauelemente

34 Industrie 4.0 Reflow - Lötprozess ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Lötung der Bauelemente

35 Industrie 4.0 AOI - AXI ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Autom. Optischer Test Röntgeninspektionstest

36 Industrie 4.0 AOI - AXI ERP MES Prozess & Steuerungsleitebne Autom. Optischer Test Röntgeninspektionstest

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38 Warum Gesamtheitliche Traceability

39 Warum Gesamtheitliche Traceability

40 Warum Gesamtheitliche Traceability

41 Gesamtheitliche Traceability

42 Voraussetzungen für Gesamtheitliche Traceability Gemeinsame Herausforderungen Lückenlose Rückverfolgung Eindeutige Kennzeichnung Informationsprozess Lieferant Hersteller Distributor Produktion EMS OEM Kunde / Kunde vom Kunden Produktentstehungsprozess

43 Voraussetzungen für Gesamtheitliche Traceability Material Hilfs- & Betriebsstoffe Reparaturdaten Traceability System Produktionsanlagen Testsysteme Handarbeitsplätze Raumtemperatur / Luftfeuchte

44 Voraussetzungen für Gesamtheitliche Traceability Eindeutige Kennzeichnung (RFID, Barcode, DMC;) von Material & Hilfsstoffen sowie Produkten

45 Gesamtheitliche Traceability

46 Risikominimierung durch Gesamtheitliche Traceability Einfluss von Traceability Systemen auf Rückversicherungen.

47 Risikominimierung durch Gesamtheitliche Traceability

48 Gesamtheitliche Traceability

49 Effizienzsteigerung / Qualitätssteigerung Transparente Prozesse und fundierte Ursachenforschung Materialqualität Prozessqualität / Prozessfähigkeit Prozessverriegelung Steigerung OEE (Overall Equipment Effectivness) GAE (Gesamt Anlagen Effektivität) Steigerung der Robustheit / Synergien DFM, DFT, DTC, DFx, Lotpastendruck: Lotpastenbedeckung 2D und 3D Rakelgeschwindigkeit SMD Bestückung: Anzahl verworfener Bauteile Maschine, Modul, Bucht und Abholposition Reflowlöten: Temperaturen der einzelnen Zonen Bandgeschwindigkeit Atmosphäre (Restsauerstoffgehalt) Bezogen auf jede einzelne Leiterplatte (Seriennummer)

50 Gesamtheitliche Traceability

51 Differenzierung durch Traceability Gesamtheitliche Traceability ein Differenzierungsfaktor Der ZVEI Leitfaden Identifikation und Traceability in der Elektro- und Elektronikindustrie als Wegweiser Transparente Prozesse (kpl. SCM) Material- und Prozessdatenspeicherung Gezielte Maßnahmen, Analysen, Ursachenforschung Risikominimierung Steigerung der Effizienz Steigerung der Produktqualität Steigerung der Prozessfähigkeit KVP bezugnehmend auf DFM, DFT, DTC, DFx Prozesse beherrschen / Produkt- & Prozessfähigkeit steigern Vertrauen schaffen

52 Gesamtheitliche Traceability

53 Industrie 4.0 & Traceability Eine Herausforderung & Chance für die EMS - Industrie Bedarfsorientierte Produktion Webfähige / Kommunikationsfähige IT-Systeme Hohe Flexibilität, Effizienz und Qualität in der kpl. SCM Mengen- sowie Produkt- und Variantenvielfalt Der Markt ist der Taktgeber Werkzeuge z.b. Digitale Fabrik / Simulationen Vernetzung der gesamten Prozesskette Gesamtheitliche Traceability sowie Transparente Prozesse (MES Manufactoring Execution Systeme) RFID, Barcode, DMC, für jedes Material, Hilfs- und Betriebsstoffe, Produkte Webfähige Kommunikationstechnologien Schnittstellen zu den Anlagen / Maschinen Flexible Steuerungsmöglichkeiten (Prozesse, Produktion, Anlagen, Maschinen, Umrüstkonzepte,)

54 Gesamtheitliche Traceability

55 Normenforderung (Gesamtheitliche Traceability) Bei welchen Normen / Zertifizierungen ist die Rückverfolgbarkeit gefordert? DIN EN ISO 9001 [Branchen unabhängig] ISO / TS [Automotiv] EN 9100 [Luftfahrt] EN ISO [Medizin] QSR 21 CFR Part 820 [FDA] - [Medizin] IRIS [Bahn]

56 Gesamtheitliche Traceability

57 Wichtigkeit des Leitfadens Traceability

58 Wichtigkeit des Leitfadens Traceability Nutzen und Vorteile des ZVEI Traceability Konzepts im Überblick: Transparenz über Kosten und Prozesse Prozessoptimierung im Unternehmen Steigerung der Gesamteffektivität Einheitlicher Datenstandard Prozessübergreifende standardisierte XML Schnittstelle Kostenreduzierung Risikominimierung Qualitätsoptimierung Vermeidung von Imageschäden Erschließung neuer Kunden und Märkte Aktuelle Informationen: traceability.de

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60 Digitale Fabrik Prozess Designer Produktdaten Visualisierung Prozess Schritte definieren Prozess Schritte strukturieren Prozess Zeiten analysieren MTM Prozesse Austakten Simulation Arbeitsplatzgestaltung Layout (Linien / Produktionsinseln / etc.) Fabrikplanung / Werksplanung Prozess Simulation 3 D Einbau Arbeitsplatzergonomie Plant Simulation Dynamischer Materialfluss Wertstromdesign

61 Digitale Fabrik Herausforderungen der Märkte unterstützt lösen Verbesserung Planungsaufgaben Vorteile des Kunden der! Kostendruck Kundentaktberechnung! Verkürzung des Produktlebenszyklus Prozessplanung! Variantenvielfalt MTM-Zeitermittlung! Verkürzte Zeit bis zum Produktionsstart Linienaustaktung! Flexibilisierung! Individualisierung Materialflusssimulation 3D-Layoutplanung Wirtschaftlichkeit Verbesserung der Planungsqualität Verkürzung der Zeit bis zur Produkteinführung Transparenz der Kommunikation Kompetenz des Wissensmanagement Alternative Planungskonzepte bewerten Stabiler Produktionsanlauf durch validierte Planungsergebnisse

62 Digitale Fabrik P l a n u n g s q u a l i t ä t CAD / BOM Konstruktion Stücklisten FEM Planungswerkzeuge der Digitalen Fabrik Prozessplanung MTM Ressourcenplanung Standardbibliotheken Änderungsmanagement 3D-Layout Linienaustaktung Ergomomie Arbeitsplatzgestaltung Dynamische Materialflusssimulation Überprüfung der stat. Planung LEGENDE: Planungsqualität der Produktion Aufgaben in der Planungsphase Szenarienbetrachtung Thermosimulation Informationsrückfluss Produktplanung s t a t i s c h d y n a m i s c h P r o d u k t i o n s p r o z e s s P l a n u n g Produktion

63 Digitale Fabrik Prozessplanung MTM Digital Mock Up Linienaustaktung 3D-Layoutplanung Digitale Fabrik Tools Simulation Ergonomie Behälterplanung Logistikplanung

64 Digitale Fabrik - Prozessplanung Produktdaten stehen in der Digitalen Fabrik zur Verfügung Definition der nötigen Prozessschritte anhand der vorhandenen Konstruktionsdaten Erstellung eines softwareunterstützten Montagevorranggraphen

65 Digitale Fabrik - Prozessplanung Produktdaten stehen in der Digitalen Fabrik zur Verfügung Definition der nötigen Prozessschritte anhand der vorhandenen Konstruktionsdaten Erstellung eines softwareunterstützten Montagevorranggraphen

66 Digitale Fabrik - Prozessplanung Prozessplanung Mittels MTM-Analysen kann der nötige manuelle Arbeitsinhalt, abhängig von der gewählten Ausführungsmethode, ermittelt werden. Die ermittelten Zeiten können mit den Prozessschritten, den Produktdaten, sowie den benötigten Ressourcen, die zum Ausführen der Tätigkeit nötig sind, verknüpft werden. Produkt Prozess was Verbindung Ressource Vorteile wie womit Standardisierter Planungsprozess Aufbau und Einsatz von Prozessbausteinbibliotheken Überblick über benötigte Ressourcen und deren Auslastungen

67 Digitale Fabrik - Prozessplanung Prozessplanung Linienplanung Prozessverbesserung Beschreibung der nötigen Tätigkeiten Ermittlung der Montagezeiten mit MTM Erarbeiten von verschiedenen Fertigungsszenarien Arbeitsverteilung Ermittlung von Ressourcen (Personal) Ermittlung von Schwachstellen der geplanten Produktionssysteme Anwendung verschiedener Leanwerkzeuge wie KVP, 6- Sigma und Wertstromanalyse

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71 Digitale Fabrik Pick to light

72 Digitale Fabrik Pick to light

73 Digitale Fabrik - Ergonomiebetrachtung Bei der Ergonomieuntersuchung verschiedener Arbeitsplätze können verschiedene Methoden ausgewählt werden. Leitmerkmalmethode EAWS (MTM). OWAS-Methode Ergonomische Schwachstellen am Fertigungsequipment kann bereits vor dem Aufbau des Produktionssystems erkannt und beseitigt werden.

74 Digitale Fabrik - Simulation

75 Digitale Fabrik 3 D - Planung Erstellung des Produktionslayouts mit allen nötigen Ressourcen. Ermittlung des Flächenbedarfes, sowie der nötigen Versorgungsmedien innerhalb der Produktion nach Abschluss der Prozessplanung möglich.

76 Digitale Fabrik 3 D - Planung Die Layouts aus der Digitalen Fabrik können über eine Schnittstelle direkt in AutoCAD überspielt werden und sind so für die Gebäudeinstandhaltung von großem Vorteil. Überführung des Layout von 3D auf 2D

77 Digitale Fabrik 3 D - Planung In den 2D-Layouts sind alle wichtigen Anschlusswerte und deren Position eingezeichnet. Der Gesamtenergiebedarf, sowie alle Versorgungsmedien können für das Planungsobjekt auf Knopfdruck ermittelt werden. Umbauarbeiten können so besser, kostengünstiger und effizienter geplant werden.

78 Digitale Fabrik 3 D - Planung

79 Digitale Fabrik 3 D - Planung

80 Digitale Fabrik 3 D - Planung

81 Digitale Fabrik Fabrikplanung Produktion im Sauberraum Logistikanbau Versand EOL Endmontage Modulmontage Personalschleuse Materialschleuse Puffer Vormontage THT Screenshot Digitale Fabrik Produktion Gesamtlayout Produktionsfläche ca m 2 Logistikfläche ca. 800 m 2

82 Externe Einflussfaktoren Globalisierung der Entwicklungsressourcen eines OEM bzgl. Kommunikation und Datenaustausch Erhöhter Kostendruck bei immer kürzeren Produktlebenszyklen Fehlendes Fertigungs-Know-How beim OEM

83 Agenda Industrie 4.0 Herausforderungen und Chancen in der Elektronikproduktion Tägliche Herausforderungen & Chancen Industrielle Revolution Detailbeispiele Industrie 4.0 in der Elektronikproduktion Effizienzsteigerung & Risikominimierung durch Gesamtheitliche Traceability Digitale Fabrik

84 Industrie 4.0

85 Industrie 4.0 Intelligente Prozesse Intelligente Produkte Wer kein Ziel hat, für den ist jeder Weg der Richtige. Nur wer sein Ziel kennt, findet den Weg.

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