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Effizienter Rohstoffeinsatz

Elektronisches Schichtbuch in der Wafer-Produktion

Effizienter Rohstoffeinsatz

Die Solarwafer der Sovello AG sind 0,2 Millimeter dünne Scheiben aus Silizium. Weil der Rohstoff sehr teuer ist, werden die Wafer so hauchfein wie möglich produziert. Doch je dünner die Scheiben, desto leichter brechen sie bei der Weiterverarbeitung zu Solarzellen. Um bei größtmöglicher Wafer-Stabilität so wenig Silizium wie möglich zu verbrauchen, erfasst das Unternehmen seine Prozessdaten in einem elektronischen Schichtbuch.

Bild: Sovello

Im so genannten Solar Valley Thalheim produziert die Sovello AG. Der Ortsteil von Bitterfeld-Wolfen in Sachsen-Anhalt hat sich durch die Ansiedlung von zahlreichen Herstellern der Photovoltaikbranche zu einem der weltweit größten Zentren der Solarbranche entwickelt, am Standort Thalheim arbeiten mehr als 3.000 Menschen. Sovello nahm hier im Jahr 2006 die erste Produktionsstätte in Betrieb, mittlerweile beschäftigen drei Werke insgesamt 1.250 Mitarbeiter.

Die Solarindustrie gehört zu den am schnellsten wachsenden Technologiebranchen. Auch wenn der Trend durch die Finanzmarktkrise unterbrochen wurde, stehen die Zeichen langfristig auf Wachstum, vor allem seit der sich abzeichnenden ‚Energie-Wende‘ nach den Störfällen in Japan, die die Nachfrage nach der Nutzung regenerativer Energien gesteigert hat. „Allerdings ist der Konkurrenzdruck enorm“, schildert Frank Fensch, Teamleiter der Stabsstelle Manufacutring Execution System (MES) bei dem Photovoltaik-Unternehmen, das Solarwafer, Solarzellen und Solarmodule fertigt. „Das liegt zum einen an der Unberechenbarkeit von Förderprogrammen für Solaranlagen und zum anderen an chinesischen Mitbewerbern, die durch eine umfangreiche staatliche Unterstützung bessere Rahmenbedingungen haben“, sagt Fensch.

Datenmenge per Software beherrschen

Um effizienter und damit kostengünstiger zu produzieren, setzt das Unternehmen seit dem Jahr 2009 unter anderem ein elektronisches Schichtbuch ein. „Aktuell ist das Schichtbuch ein Pilotprojekt bei der Solarzellen-Herstellung in der Cell Fab im Werk 3“, sagt Christian Nordhausen, der als Schichtleiter der Fertigungseinheit arbeitet. Hier werden Solarwafer chemisch behandelt und mit elektrischen Kontakten versehen, so dass daraus Solarzellen entstehen, die später zu Modulen zusammengefügt werden. Laufen die hauchdünnen Wafer beispielsweise durch die so genannte Druckerlinie, werden sie mit Metallpasten bedruckt und mit Lötpunkten versehen. Störungen und Stillstände bei diesem Prozess wurden bislang auf Papiervordrucken eingetragen, jetzt werden die Fertigungsdaten in einem elektronischen Schichtbuch digital erfasst. „Dabei arbeitet das Schichtbuch derzeit noch offline, ist also noch nicht direkt in die Anlage integriert, weil für diesen Schritt noch Änderungen seitens des Anlagenherstellers notwendig sind.

Doch auch wenn die Operatoren an den Anlagen die Eingaben in die Software noch manuell vornehmen, ist die digitale Variante schon ein bedeutender Fortschritt gegenüber der alten Papier-Variante“, erläutert Schichtleiter Nordhausen und rechnet vor: „Allein an den vier am Pilotprojekt beteiligten Anlagen entstanden früher acht Zettel pro Schicht, das waren 24 pro Tag und 168 pro Woche. Schon diese Zettel summieren sich auf über 8.700 Blatt Papier im Jahr – Checklisten, Kontrollkarten und Erfassungsbögen nicht mitgerechnet. Insgesamt stellen aber in allen drei Sovello-Werken Hunderte von Öfen Wafer her. Da ist die entstehende Datenmenge nur mit einer Software-Lösung beherrschbar. Jetzt fließt alles in eine zentrale Datenbank ein – aus dem Datenwust auf Papier werden so transparente Informationen.“


Solarzellenfertigung in Bitterfeld-Wolfen: Die Prozessdaten aus der Produktion würden in Papierform mehr als 8.700 Blatt füllen. Bild: Sovello

Elektronisches Schichtbuch als Entscheidungshilfe

Im Rahmen des Pilotprojektes kommt das System Enviso Shiftbook der CCC Software GmbH aus Markkleeberg zum Einsatz. „Die MES-Lösung ermöglicht es, Daten aus dem Produktionsprozess zu sammeln und sie transparent und analysierbar zu machen“, sagt René Grabowski, Vertriebsleiter des Softwarehauses aus der Nähe von Leipzig. „Auf Basis dieser Datensammlung kann eine solide und belastbare Informationsgrundlage generiert werden, um die richtigen Entscheidungen für eine Optimierung des Herstellungsprozesses zu treffen.“

Dieses Vorgehen zeige merkliche Vorteile gegenüber der Listenpflege auf Papier oder mit Tabellenkalkulationsprogrammen, die hohen Personalaufwand mit sich bringen. Sovello-MES-Teamleiter Fensch, der auch die Implementierung des elektronischen Schichtbuchs verantwortet, schätzt: „Dazu müsste man eine extra Kraft beschäftigen.“ Ulrich Wesser, Manager Production Systems bei Sovello, erläutert: „Mit der CCC Software GmbH haben wir einen Partner gefunden, der in der Lage war, uns genau das zu liefern, was wir an den Druckerlinien in unserer Zellfertigung derzeit brauchen: Eine Lösung, mit der direkt an der Maschine Produktionsdaten eingepflegt und daraus anschließend Berichte generiert werden können, die uns eine lückenlose Information zum Betriebszustand liefern. Das Tool arbeitet zuverlässig, sorgt für direkten Nutzen bei den Anwendern und ermöglicht uns durch den Überblick, den es bietet, die richtigen Stellschrauben für eine Erhöhung der Effizienz anzufassen.“

Die zehn wichtigsten Fehlerquellen dingfest machen

Derzeit sammelt das elektronische Schichtbuch Prozessdaten zu Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Chargen und Störungen aus der Produktion, registriert den Verschleiß von Achsen, Werkzeugen und Sieben und erfasst Bruchdaten. „Letztlich geht es darum herauszufinden, bei welchen Bedingungen die Wafer am sichersten durch die Anlage kommen, den Produktionsprozess dahingehend zu optimieren und später zu prüfen, ob die Maßnahmen greifen“, sagt Nordhausen. So soll eine ‚Top-Ten-Liste‘ möglicher Fehlerquellen entstehen, die gezielt minimiert werden können. Später soll das Schichtbuch dazu direkt an die Anlage angebunden werden und wie ein ‚Supervisor‘ auf Knopfdruck die relevanten Daten liefern. Nordhausen erläutert: „Dann liegen zur Morgenbesprechung fertige Standard-Reports vor und es können sofort Optimierungen für die nächste Schicht vorgenommen werden. Auf lange Sicht wird dadurch die Qualitätsrate steigen, die Produktionskosten werden sinken, der Materialeinsatz verringert sich und die Anlagenverfügbarkeit wird erhöht. Wir erzielen also genau die Effekte, die wir brauchen, um auch künftig im Wettbewerb zu bestehen.“