IT-Forum Cham. Digitale Fabrik. und. Traceability (MES) Alois Mahr Leiter Elektronik Process Engineering Zollner Elektronik AG

Transkript

1 Digitale Fabrik und Traceability (MES) Alois Mahr Leiter Elektronik Process Engineering Zollner Elektronik AG IT-Forum Cham Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

2 Agenda Digitale Fabrik bei Zollner Beispielprojekte Werksplanungen Produktionsplanung Leistungselektronik MES/Traceability bei Zollner Was bedeutet Traceability? Systemlandschaft Von BIG DATA bis SMART DATA Fazit und Ausblick Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

4 Digital Manufacturing im PLM-Kontext Vereinfachte Darstellung des Produktlebenszyklus Konstruktion / / Entwicklung Planung / Industrialisierung Produktion Service Schwerpunkt Digitale Fabrik Verschiedenste Methoden und Werkzeuge finden ihre Anwendung über den gesamten Produktlebenszyklus Diese reichen von der Konstruktion/Entwicklung über die Planung/Industrialisierung bis hin zur Produktion und in den After Sales Service. Das Ziel ist es, eine verschwendungsfreie, effiziente und den Anforderungen (Kunde, Qualität, Gesetz, Normen) entsprechende Produktion sicherzustellen. Darüber hinaus soll der Kunde mit Flexibilität, Innovationen und ständigen Verbesserungen begeistert werden Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

5 Engineering Systemlandschaft Digitale Fabrik Siemens PLM Tecnomatix Zeitwirtschaft MTM- Softwarehaus TiCon-SAP SAP CAD/CAM Mentor Manufacturing MES MES Kratzer Automation Intra intrafactory + + Eigenentwicklungen Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

6 Digitale Fabrik - Einsatzgebiet Softwaretool für die Produktionsplanung Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

7 Werkzeuge im Digital Manufacturing Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

8 Prozessplanung Produktdaten stehen in der Digitalen Fabrik zur Verfügung Definition der nötigen Prozessschritte anhand der vorhandenen Konstruktionsdaten Erstellung eines Montagevorranggraphen Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

9 Digital Mock-Up Digital Mock-Up (DMU) beschreibt ein computergeneriertes Versuchs-modell um die Montagefähigkeit von Geräte digital und ohne physikalischen Prototypen testen zu können. Es kann zu beginn der Planung auf Rapid Prototyps, wie Stereolithografie (SLC) oder Laminated Object Modelling (LOM) verzichtet werden und die nötigen Montagevorgänge können am Computer simuliert werden. Vorteile: Der Gedanke des Simultaneous Engineering kann bereits ab Konstruktionsbeginn gelebt werden Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

10 Design for Manufacturing Design for Manufacturing (DFM) ist die Kunst, Produkte, Teile oder Baugruppen in einer Art und Weise zu konstruieren, dass diese relativ einfach zu montieren sind. Folgende Aspekte können hier betrachtet werden Teilereduzierung Teilevereinheitlichung Anschläge Zugänglichkeit Vorteile: Bereits bei der Produktentwicklung, kann auf die Konstruktion in Hinsicht auf die Fertigbarkeit positiv eingewirkt werden. Hier steht nicht nur der zeitliche Aspekt im Vordergrund, sondern auch die Produktqualität (z.b. Poka Yoke) Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

11 Line Balancing Taktung der Linie Verteilung der Arbeitspakete in Abhängigkeit von Zwangsfolgen auf die einzelnen Arbeitsplätze innerhalb der Linie Nutzen: Ermittlung der benötigten Ressourcen, Werker für eine vorgegebene Stückzahl Erleichterte Reaktion auf variierende Stückzahlen validierter Planungsprozess Geplante Taktzeit Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

12 Behälterplanung Entwicklung von Verpackungskonzepten für Zukaufteile Ermittlung von Packdichten Definition der Materialbereitstellung am Arbeitsplatz Abbildung von Logistikketten Abb.: Gewünschtes Gebinde seitens Zollner Abb.: Konstruktion der gewünschten Verpackung durch den Lieferanten. Vorteile Eliminieren von Umpackvorgängen im Lager (schlanke Logistik) Kostenbewertung der jeweiligen Verpackung zeigen Einsparungspotenziale auf Standardisierung Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

13 Logistikplanung In Zusammenarbeit mit der Behälterplanung erfolgt die Prozess- und Ressourcenplanung Flächenbedarf Personalbedarf Werkzeuge MTM-Logistik Sankey-Diagramme Digitale Fabrik Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

14 Ergonomie Bei der Ergonomieuntersuchung verschiedener Arbeitsplätze können verschiedene Methoden ausgewählt werden Leitmerkmalmethode (statische Methode) EAWS (MTM) OWAS-Methode (dynamische Simulation) Ergonomische Schwachstellen am Fertigungsequipment können bereits vor dem Bau des Produktionssystems erkannt und beseitigt werden Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

15 Ressourcenplanung Alle gängigen Ressourcen sind in der Standardbibliothek enthalten und tragen folgende Informationen: Anschlussleistung Verbrauch [W] Druckluftverbrauch Stickstoffverbrauch Absaugung Listenpreis Informationen sind beliebig erweiterbar Verwaltung der Bibliothek obliegt dem Zentralbereich Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

16 3D-Layoutplanung Erstellung des Produktionslayouts mit allen nötigen Ressourcen. Ermittlung des Flächenbedarfes, sowie der nötigen Versorgungsmedien innerhalb der Produktion nach Abschluss der Prozessplanung möglich Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

17 3D-Layoutplanung Die Layouts aus der Digitalen Fabrik können über eine Schnittstelle direkt in AutoCAD überspielt werden und sind so unmittelbar für die Baumaßnahmen nutzbar. Legende und 2D-Informationen wurden als Standard definiert Überführung des Layout von 3D auf 2D Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

19 Deutschland Umstrukturierung E1 Zandt Aufgabe Umstrukturierung des bestehenden Werks; Vergleich verschiedener Varianten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

20 Ausland Planung Standort Schweiz (E7), Integration Kundenprojekte Aufgabe Integration zweier Projekte in einem Standort; Ausarbeitung von tragfähigen Zukunftsszenarien Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

22 Agenda Derivate von Leistungselektroniken LE 125 i01 LE 125 i01 REX LE 125 i12 Jahresstückzahl SOP 2013 LE 125 F18 Jahresstückzahl SOP 2014 LE 125 F15 Jahresstückzahl SOP Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

23 Produktanforderungen - allgemein Höhere Spannungen Geringere Abstände / Feinere Strukturen Höhere Frequenzen Steigende Komplexität Erhöhte Sauberkeitsanforderungen Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

24 Produktionsprozess Versand Rohmaterial Fertigerzeugnis Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

25 Produktionsprozess Logistikanbau Versand EOL Endmontage Modulmontage Personalschleuse Vormontage THT-Produktion Screenshot Digitale Fabrik Puffer Gesamtlayout Materialschleuse Produktionsfläche ca m 2 Logistikfläche ca. 800 m Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

26 Produktionsprozess Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

27 Umsetzung bei Zollner Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

28 Umsetzung bei Zollner Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

29 Logistik Theoretischer Ansatz Behälter / Gebinde Auspacken Behälter Lieferant Material schleuse Produktion Lieferbehälter Umpacken Produktionsbehälter Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

30 Logistik Umsetzung bei Zollner Wareneingangspuffer Sauberraumpuffer Anbindung der Lieferanten VMI Kanban Konsignationslager Materialschleuse Screenshot Digitale Fabrik Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

31 Logistik Umsetzung bei Zollner Auspacken Umpacken Screenshot Digitale Fabrik Screenshot Digitale Fabrik Externe Pendelbehälter Müssen bei jedem Umlauf gewaschen werden Interne Pendelbehälter Müssen zyklisch gewaschen werden Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

32 Digital Fabrik im Engineering 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 Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

34 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Traceability gewährleistet lückenlose Rückverfolgbarkeit von Kompletten Systemen Geräten Modulen Flachbaugruppen hinsichtlich der Produktion von Kompletten Auftrag Einzelnen Auftragslos Einzelnen Flachbaugruppe Einbauortebene Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

35 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Eindeutige Kennzeichnung (RFID, Barcode, DMC;) von Material & Hilfsstoffen sowie Produkten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

36 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Nachverfolgbarkeit von: Prozess TRACE- ABILITY Material PRODUKTIONSAUFTRAG Fertigungsauftragsnummer Liefertermin Auftragsmenge Stückliste Arbeitsplan Revisionsstand Produktionsauftrag Qualitätsdaten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

37 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Nachverfolgbarkeit von: Prozess TRACE- ABILITY Material MATERIAL Hersteller Lieferant Chargennummer Herstelldatum Lieferschein-Nr. Produktionsauftrag Qualitätsdaten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

38 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Nachverfolgbarkeit von: Qualitätsdaten Prüfdaten Reparaturdaten Prozess TRACE- ABILITY Material Produktionsauftrag Qualitätsdaten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

39 Was bedeutet gesamtheitliche Traceability? Nachverfolgbarkeit von: Prozess TRACE- ABILITY Material Prozess Linie (SMD-Linie 1, 2, 3, ) Maschine (HS60, SX, ) Elektrischer Test (ICT, ) Raumtemperatur Luftfeuchte Produktionsauftrag Qualitätsdaten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

40 IT-Prozesse Archivierung der Daten Datenmenge Wachstum % pro Jahr IT- PROZESSE Verfügbarkeit des Systems (24/7) Support bzw. Hotline Schnelligkeit beim Verarbeiten der Daten (Taktzeiten in Produktion) Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

41 Traceability Heute und Morgen gestern heute morgen RISIKOMINIMIERUNG Rückverfolgung von Materialchargen Test- und Reparaturdaten Prozessdaten RISIKOVERBESSERUNG Verriegelung von Prozessen (Null Fehler) Transparenz in Prozessen fundierte Ursachenforschung von Traceability hin zu MES Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

42 Das Zollner 5-Stufenmodell STUFE 5 STUFE 4 STUFE 3 STUFE 2 STUFE 1 Prozessverbesserung Prozessverriegelung Prozess - Traceability Prozessdaten: Siebdrucker, Kleber, Bestückungsmodul, Reflow-Lötung, Wellen-Lötung, Selektiv-Lötung, Montage, Versand, Umgebungsbedingungen Test - Traceability Prüfdaten Optische (AOI, X-Ray, Man. Opt. Inspektionen, ) Elektrische (ICT, FAT, HV-Test, Flying Probe, Boundary Scan Test, Run in Test, Burn in Test) Material - Traceability Bauelemente Hilfs- und Betriebsstoffe Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

43 Reporting Erarbeitung, Weiterleitung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen über den Betrieb und seine Umwelt in Form von Berichten Definieren von einheitlichen Reports (Kennzahlen) Interpretation der Zahlen Reports als Werkzeug nutzen Online-Monitoring Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

44 Reporting Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

45 Reporting Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

46 Datenweitergabe an Kunden bisher Kunde A künftig Gezielte Informationen an Kunde in Form von angepassten Reports Kunde B Zukünftige Kundenanforderungen Der Kunde will täglich (fast) ALLE Daten, die bei Traceability entstehen, als Reports aufbereitet! Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

47 Welche Daten wollen unsere Kunden zukünftig? Test Records z.t. alle 4 Stunden während Produktion für ALLE Tests auf jeder Unit: Testschritt Teststation Test-Slot Test-Zeitraum Test Status Fehler, TTF Ausführender GLÄSERNE FIRMA Traceability Daten mindestens einmal täglich oder nach Produktionsplan Debug Records mindestens einmal täglich für jeden Test der als FAIL markiert: Fehler- Beschreibung fehlerhaftes Teil was wurde wann und von wem dagegen unternommen? Info zu Ersatzteil Header File Component File Attribute File Hersteller Serien- & Teile-Nr. Standort Produktfamilie Business Group Date Code Lot Code Quantity Typ Commodity Code Unterscheidung Baugruppe oder Modul z.b. Beispiel: MAC-Adresse (e0:cb:4e:9f:fc:d3) Sämtliche Berichte müssen zukünftig automatisiert erstellt und weitergereicht werden! Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

49 Stammdaten / Auftragsdaten Produktionsrückmeldungen Systemlandschaft SAP SHOP-FLOOR Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

50 Traceabilty Systemschema Traceability Server Traceability Datenbank Marking AOXI Siplace Test Insel Repair Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

51 Traceabilty Systemschema MASTER Reporting Server WWW USA DE HU RO China MFT/SFTP Costa Rica Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

52 MES / Traceabilitysystem Eckdaten 8 Datenbanken Produktiv 23 Datenbanken in 3 Testsystemen ca User-Accounts ca LOCATIONS (Maschinen, Lager, Wechseltische, ) ca gekennzeichnete UNITS (Baugruppen, Module, Geräte, ) ca Baugruppenbewegungen Kein MES keine Fertigung Hotline Bereitschaft 7x24h ca Chargen- Verbrauchsbuchungen Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

53 Schaubild Datenfluss Lieferung, Technische Daten Bestellung, Forecast Lieferant Lager Kunde Auftrag Lieferschein Seriennummern Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

55 Die Bedeutung von Big Data Der Begriff "Big Data wird für jegliche Art der Datenverarbeitung verwendet, selbst wenn die Daten weder groß, noch komplex sind oder sich schnell ändern; und mit herkömmlichen Techniken problemlos verarbeitet werden können bezeichnet Datenmengen, die zu groß oder zu komplex sind oder sich zu schnell ändern, um sie mit händischen und klassischen Methoden der Datenverarbeitung auszuwerten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

56 Warum Big Data? Die Menge an Daten, die die Menschheit von ihrer Entstehung bis 2002 insgesamt geschaffen hat, entsteht 2014 innerhalb von 10 Minuten Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

57 Herausforderungen bei Big Data Verarbeitung vieler Datensätze Verarbeitung vieler Spalten innerhalb eines Datensatzes Schneller Import großer Datenmengen Sofortige Abfrage importierter Daten (Realtime Processing) Kurze Antwortzeiten auch bei komplexen Abfragen Möglichkeit zur Verarbeitung vieler gleichzeitiger Abfragen Analyse verschiedenartiger Informationstypen (Zahlen, Texte, Bilder,...) Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

58 Anwendungsbeispiel für Big Data Bessere, schnellere Marktforschung der Wunsch der Industrie aus den vorhandenen Daten einen Wettbewerbsvorteil erlangen zu können die Automatisierung von Produktionsprozessen (Industrie 4.0, Internet der Dinge) die intransparente Automatisierung von Entscheidungsprozessen in Software Werbung, basierend auf Daten über die Internet- und Handynutzung Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

59 Facetten von Big Data Yotabytes Zettabytes Extabytes Petabytes Terrabytes Datenmenge Datenvielfalt Kommunikation zwischen Maschinen Unstrukturierte, semistrukturierte, strukturierte Daten Blogs, Twitter, Bilder, Videos, Texte, Präsentationen Datengenerierung in hoher Geschwindigkeit Übertragung konstant erzeugter Daten Echtzeit Millisekunden, Sekunden, Minuten, Stunden Geschwindig keit Analytics Erkennen von Zusammenhängen, Bedeutung von Mustern Vorhersagemodelle Data Mining Text Mining Bildanalytic Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

60 Daten sind das Öl des 21. Jahrhunderts Smart ( schnell, gewitzt oder schlau ) Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

61 Wettbewerbsvorteile Access & Reporting Analysen Smarter Analytics Reifegradmodell reagieren vorschreiben vorausschauen erkennen Vorhersagen/Bestimmen was das Beste ist das passieren kann? Optimierung Ansichten von Was wird als nächstes passieren? Was wenn dieser Trend anhält? Warum ist es passiert? Statistische Analysen Prognose Vorhersagende Analysen Alarme Welche Aktionen sind notwendig? Ad Hoc Reports Drill down Abfragen Hauptursache und ID des Problems? Wie viele, wie oft, wer & wo? Dash/KPI Was ist eben passiert und warum? Smarter Analytics Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

62 Was ist Predictive Analysis? Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

63 Einsatzbereiche von Predictive Analysis im Produktlebenszyklus Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

65 Digital Fabrik als Schlüssel zum Erfolg Herausforderungen der Märkte Planungsaufgaben unterstützt lösen Vorteile des Kunden Verbesserung der! Kostendruck! Verkürzung des Kundentaktberechnung Wirtschaftlichkeit Verbesserung der Planungsqualität Produktlebenszyklus! Variantenvielfalt Prozessplanung MTM-Zeitermittlung Verkürzung der Zeit bis zur Produkteinführung Transparenz der Kommunikation! Verkürzte Zeit bis zum Produktions- Linienaustaktung Kompetenz des Wissensmanagement Alternative start Planungskonzepte! Flexibilisierung! Individualisierung Materialflusssimulation 3D-Layoutplanung bewerten Stabiler Produktionsanlauf durch validierte Planungsergebnisse Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

66 P l a n u n g s q u a l i t ä t Digitale Fabrik Warum? CAD / BOM Konstruktion Stücklisten FEM Produktplanung Planungswerkzeuge der Digitalen Fabrik Prozessplanung MTM Ressourcenplanung Standardbibliotheken Änderungsmanagement Dynamische Materialflusssimulation 3D-Layout Linienaustaktung Ergonomie Arbeitsplatzgestaltung s t a t i s c h Szenarienbetrachtung Überprüfung der stat. Planung 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 LEGENDE: Produktion Thermosimulation Planungsqualität der Produktion Aufgaben in der Planungsphase Informationsrückfluss Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

67 Von der Anforderung zur Realität Lieferanten befähigung Produktions Prozesse DIGITALE FABRIK Interne Logistik prozesse Gebäude Infrastruktur S C M Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

68 Vision der digitalen Vernetzung Forecast Bestellung Reparaturdaten Inspektionsdaten Qualitätsdaten Liefertermin Testdaten Produkt Materialdaten Liefermenge Kunden-SNr Baugruppen-SNr Prozessdaten Bestückdaten Auftrag Lieferschein Distributor Kunde Lieferant Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability

69 Industrie 4.0 und 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) Alois Mahr - Vertraulich - Digitale Fabrik und Traceability