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Globales Änderungsmanagement

Digitale Automatisierung

Seit Jahrzehnten träumt die Industrie von Durchgängigkeit zwischen Entwicklung und Fertigung. Doch vielfach beschränken sich Digitalisierung und Automatisierung auf einzelne Bereiche, die Abstimmung zwischen den Systemen bleibt herausfordernd. In seinem mehrfach ausgezeichneten Elektronikwerk in Amberg setzt die Siemens AG auf ein enges Zusammenspiel von produktionsnaher IT und Produktlebenszyklus-Management. Doch die Integration fordert Fachbereichen und Management erhebliche Anstrengungen ab.

Bild: Siemens AG

Während der Entwicklungsphase ist ein konsistentes, weltweites Änderungsmanagement ein immens wichtiger Prozess. Wird das Produkt aber erst einmal in Großserie gefertigt, dann sind die Daten hoffentlich für das erste Teil exakt dieselben wie für das dreimillionste. In Entwicklung und Produktion eingesetzte IT-Systeme haben folglich andere Schwerpunkte. Im Entwicklungsbereich muss die Kreativität der Ingenieure unterstützt und gleichzeitig sichergestellt werden, dass die Daten zu einem produzierbaren Produktmodell zusammenfließen.

In der Produktion müssen sich diese Daten nutzen lassen, um schnell und fehlerfrei hochwertige Ergebnisse zu erzielen. Dazu haben sich IT-seitig die großen Themenfelder Produktlebenszyklus-Management (PLM) und Manufacturing Execution Systems (MES) entwickelt. Beide Welten sind bei Siemens unter dem Dach der Division Industry Automation vereint, die auch die Automatisierungstechnik und industrielle Schalttechnik für Prozess- und Fertigungsindustrie verantwortet. Aber um diese IT-Welten miteinander zu verzahnen, bedarf es erheblicher Anstrengungen.

Das zeigt das Beispiel des Elektronikwerks Amberg (EWA). Das Unternehmen wurde mehrfach ausgezeichnet, unter anderem als ‚Fabrik des Jahres‘ im Jahr 1997 sowie als beste Fabrik Europas im Jahr 2007. Die hohe Qualität von Fertigung und damit Produkten steht dabei stets im Mittelpunkt. Bagher Feiz-Marzoughi hat als Programmleiter MES in den vergangenen Jahren zur Optimierung der Fertigung die Umstellung auf das Siemens-MES Simatic IT, vorangetrieben: „Unser Leitspruch in Amberg lautet: Wer aufhört, besser zu werden, hat aufgehört, gut zu sein. Und wenn wir besser sein wollen, müssen wir die neuesten Technologien und Methoden nutzen. Die IT ist das Nervensystem der Produktion. Mit der Umstellung auf Simatic IT haben wir dieses Nervensystem stabilisiert und im gesamten Kreislauf des Werkes für eine bessere Durchblutung gesorgt.“

Regelbasierte Steuerung der Produktion

Als eine Folge der Umstellung auf das neue System werden nun die Komponenten, die für eine Simatic-Automatisierung erforderlich sind, in Amberg mit Hilfe der konzerneigenen Software hergestellt werden. Dazu werden zahlreiche manuelle Arbeitsschritte – insbesondere Prüfvorgänge und Tests – nach und nach durch softwaregesteuerte Abläufe abgelöst. So werden im Werk Amberg in ‚Linie 6‘ Leiterplatten bestückt, in Geräten montiert und verpackt.

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Zwei Fertigungsverfahren kommen dabei zum Einsatz: die Surface Mounted Device (SMD) Technik, bei der Bauteile auf die Oberfläche gelötet werden; und die Through Hole Technology (THT), die sogenannte Durchsteckmontage verdrahteter Elemente. Von der Inkjet-Beschriftung mit Fertigungs-Seriennummern – dem ‚Verheiraten‘ einzelner Leiterplatten mit einem sogenannten ‚Nutzen‘ von beispielsweise 12 Leiterplatten – über die SMD-Bestückung und die Montage der verdrahteten Bauteile bis hin zum Verpacken und Beschriften der fertigen Geräte sind heute nicht nur Fertigungsschritte und Transport automatisiert:

Die Software und eine als ‚Order Manager‘ bezeichnete Bildschirmmaske zur Auftragsbearbeitung hilft den Mitarbeitern, am Arbeitsplatz schnell zwischen einem guten und einem schlechten Teil zu unterscheiden. Dabei merkt sich die Software jeden Fehler und sorgt für die nötigen Korrekturen am Reparaturplatz. Dazu ist keine zusätzliche Programmierung nötig, da das MES regelbasiert arbeitet – und diese Regeln werden in einer Bibliothek standardisiert verfügbar gemacht. Zum Beispiel sorgt das ‚Interlocking‘ dafür, dass beim Vorfinden genau definierter Bedingungen der Fertigungsprozess kontrolliert angehalten wird, etwa um einen Fehler zu beheben oder eine Markierung anzubringen. Und die Erfahrungen aus dem Einsatz im Werk wiederum fließen teilweise auch in die Standardbibliothek der Software ein.

Gemeinsamer Nenner für Entwicklung und Produktion

Gleichzeitig treibt der Konzern in Amberg seit Januar 2010 mit der schrittweisen Umstellung auf die hauseigene Software die zunehmend tiefere Prozessintegration zwischen Entwicklung und Fertigung voran. Dazu wird anhand von zwei ‚Use cases‘ untersucht, wie eine Integration aussehen muss, die beiden Seiten unmittelbaren Nutzen verspricht. Anhand dieser Fälle identifiziert das Projektteam die Daten, die sowohl für PLM als auch für MES relevant sind, um einen Informationsabgleich zwischen den bislang getrennten Systemen zu gestatten. Diese Daten werden dann im gemeinsamen Backbone Teamcenter für beide Systeme bereitgestellt.

Das CAD-Modell am Werkerplatz

Eines dieser Szenarien untersucht, welche Daten aus den PLM- und MES-Welten benötigt werden, wenn beispielsweise ein Redesign einer Leiterplatte erforderlich wird. Dazu werden in erster Linie CAD-Daten aus dem NX-System und die Ergebnisse von digitalen Prüf- und Simulationsvorgängen sowie die realen Prüf- und Fertigungsschritte abgeglichen. Als Ergebnis stehen den Mitarbeitern der Linie 6 als Begleitung der realen Leiterplatten auf den ‚Nutzen‘ ein exaktes Bildschirm-Abbild in Form der Original-CAD-Daten zur Verfügung. Im Gegenzug können die Produktionsverantwortlichen Fertigungsprobleme oder Designfehler unmittelbar an die Entwicklung zurückmelden, indem sie die Fehlerbeschreibung direkt an die Originaldaten ‚heften‘. Die benötigten Daten begleiten jedes Bauteil durch alle Instanzen.

Liniensimulation auf Basis von Fertigungsdaten

Das zweite Szenario zielt auf die Informationen, die für die Einrichtung und Gestaltung einer neuen Produktionslinie im Vordergrund stehen. Hier dienen vor allem Daten aus digitaler Fabrikplanung und -simulation mit der Lösung Tecnomatix als Bindeglied – einschließlich der Menschmodelle in Verbindung mit den Informationen zu Montage- und Prüfvorgängen aus dem MES. So fällt bereits in der Simulation anhand der Produktionsdaten auf, was am Produkt geändert werden muss, damit die Fertigung fehlerfrei und ergonomisch sinnvoll zum gewünschten Produkt führt. Die Pilotprojekte waren so erfolgreich, dass bereits andere Standorte planen, ihre Prozesse entsprechend umzugestalten. Doch in jedem Einzelfall müssen die Schnittmengen zwischen PLM- und MES untersucht und beschrieben werden, da sich der Standard in einem Werk nicht vollständig auf ein anderes übertragen lässt. Ein Kern von Schritten hingegen lässt sich als allgemein geeignet teils auch branchenübergreifend einsetzen.

Vom Pilotprojekt zur Standard-Software

Die Ergebnisse der Pilotprojekte führen natürlich nicht geradewegs zu einer integrierten Standardlösung. Doch solche konkreten Beispiele gestatten Industriebetrieben, Schlüsse für die eigenen Prozesse und den Einsatz von Software zu ziehen. Der Softwareanbieter wiederum kann aus Pilotprojekten die nächsten Schritte auf dem Weg zur weiteren Integration von MES und PLM in der Standardsoftware ableiten. Dass sich diese Integration lohnt, zeigt nicht zuletzt die Fehlerquote, die in Amberg inzwischen für die Produktion genannt wird: Wurden im Jahr 2007 noch 24 Fehler auf eine Million Teile entdeckt, so sank der Wert 2011 auf 15 ‚defects per million‘ (dpm). Die Tendenz: weiter fallend.


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