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Das Erfassen von Produktionsdaten auf die nächste Ebene heben

IT-gestützte Leiterplattenfertigung

Das Erfassen von Produktionsdaten auf die nächste Ebene heben

Die IT-gestützte Verbesserung von Fertigungspraktiken in der Leiterplattenfertigung krankt vielfach an Mängeln in der Datenerfassung. Als Quelle für qualifizierte Daten bietet Mentor Graphics eine Softwareplattform, die sich für Reporting-Zwecke auch mit Manufacturing- und Unternehmenssystemen verbinden lässt.

Bild: iStock

Seit dem Start der Massenproduktion dient die Datenerfassung von Produktionsprozessen Sichtbarkeits- und Verbesserungszwecken. Aber auch mehr als 50 Jahre später liegt ein zentraler Grund für Probleme bei der Einführung von Enterprise Resource Planning- (ERP) und Manufacturing Execution-Systemen (MES), welche zur Verbesserung von Fertigungspraktiken verwendet werden, an Mängeln in der Datenerfassung. Integrierte Informationskonzepte sollen nun im Kontext von Industrie 4.0 auch digitale Fertigungsprozesse vorantreiben, um dieses Problem zu beheben. Der Ansatz soll zugleich einen Entwicklungssprung zur Verbesserung der Performance, der Kapazität und des Gewinns ermöglichen.

Automatisierte Datenerfassung ist kein Allheilmittel

Die manuelle Datenerfassung begann damit, dass Fertigungsbetriebe schriftliche Aufzeichnungen von Ereignissen und Themen erstellten. Mit dieser Methode entwickelten sich aber schließlich drei Hauptprobleme:

Hohe Kosten und der begrenzte Nutzen bedeuten, dass manuelle Datenerfassung keine nachhaltige Lösung darstellt. Die automatisierte Erfassung von Maschinendaten bietet die Chance, die Kosten für die manuelle Aufbewahrung zu beseitigen. Jedoch birgt die automatische Datenerfassung auch Probleme: Zum Einen können Datenstruktur und – übertragung auf Grund des hohen Wettbewerbsdrucks, vor allem zwischen Anbietern von Oberflächenmontage oder ’surface mounting technology‘ (SMT), nicht standardisiert werden. Deshalb ist es sehr schwer, Informationen und Statistiken zwischen verschiedenen IT-Plattformen zu vergleichen. Das zweite Problem ist, dass Maschinen nur ‚berichten‘, was sie intern ’sehen‘, ohne Qualifizierung.

Wenn etwa ein SMT-Teil nicht zur Abholung bereit steht, geht die Maschine davon aus, dass das Material verbraucht ist. Es könnte aber auch sein, dass der Feeder aufgrund von Problemen beim Materialhandling verstopft ist. Berichte von Maschinendaten alleine würden darauf hinweisen, dass es Probleme bei der Materialversorgung gibt, während in Wirklichkeit die Handhabung das Problem ist. Externe Einflüsse in der Linie, vor- und nachgelagerte Aktivitäten, die Umwelt und der Produktionsplan müssen alle bei der Interpretation von Maschinendaten berücksichtigt werden. Dazu stellt Mentor Graphics seine Valor Leiterplattenfertigungssoftware als Plattform für qualifizierte Fertigungsinformationen zur Verfügung.

Die Produktionsleistung rational bewerten

Ungeachtet der Infrastruktur gilt: Datenintegrität und Zeitpläne müssen ernst genommen werden, um für den fertigenden Betrieb nützlich zu sein. In vielen Fällen führen schlecht erfasste Daten zu Problemen. Ein Beispiel dafür ist ein Betrieb, in dem seit vielen Jahren Daten gesammelt wurden, welche die ‚Ebbe und Flut‘-Zyklen der Leistungsveränderung zeigten: Fortschritt war durch fokussierte Projekte geprägt, gefolgt von einer allmählichen Verschlechterung der Leistung zurück zum vorherigen Status Quo. Die Einführung einer Lösung, die aktive und qualifizierte Daten erzeugt, deckte Probleme auf, die ignoriert oder falsch aufgeklärt wurden. So betrug die tatsächliche Leistung der Operation die Hälfte dessen, was vorher berichtet worden war. Ungeachtet dieses Fehlergrades wurden keine weiteren Maßnahmen ergriffen. Innerhalb von zwei Jahren wurde die Fertigung geschlossen, das Unternehmen gab an, dass es ’nicht mehr konkurrenzfähig‘ sei.

Mentor Graphics stellt Fertigungsbetrieben mit der Valor Leiterplattenfertigungssoftware eine Informationsplattform zur Verfügung, um Zugriff auf qualifizierte Maschinendaten zu erhalten. Über die Anbindung etwa an Unternehmens- oder Manufacturing-Systeme soll die Datenbasis des Systems die Gestaltung schlanker Produktionsabläufe unterstützen. Bild: Mentor Graphics.

Volatile Märkte erfordern eine aufgeschlossenere Fertigung

Industrie 4.0 wird nun als Gegenentwurf als Revolution in der Fertigung positioniert. Der Ansatz soll als Vorbild dienen, wie die Massenfertigung auf die Forderungen eines modernen, internetgeprägten Marktes reagiert. Diese Marktentwicklungen verändern Produktnachfrage und Versandmechanismen über das hinaus, was einzelne IT-Systeme effektiv leisten können. Es wird erwartet, dass sich Betriebe anpassen, um viel schneller auf Nachfrageschwankungen reagieren zu können, während sie gleichzeitig eine hohe Produktivität erreichen. Dieser Wechsel kann bereits bei der Veränderung von der Großserie hin zu einer hohen Variantenvielfalt beobachtet werden: Erfolgreiche Produktionen mit hoher Variantenvielfalt beruhen auf der Sichtbarkeit von operativer Leistung, Ressourcenmanagement, der Optimierung von Produkten zusammen mit den Materialgemeinsamkeiten und der Wahl verschiedener Planungsabläufe, um die beste Entscheidung zu treffen. All das ist von der Verfügbarkeit genauer Produktionsdaten abhängig. Um auf eine ’nächste Stufe‘, wie sie die Vision von Industrie 4.0 aufzeigt, zu gelangen, müssen die grundlegenden Probleme hinter der Datenerfassung angegangen werden.

Informationen normalisieren und qualifizieren

Das erste Element eines qualifizierte Datenerfassungssystems ist der Produktionsplan. Alle aufgenommenen Ereignisse müssen im Zusammenhang mit dem Fertigungsprozess verstanden werden: Zum Beispiel soll die Platzierung und Anzahl von Leiterplatten im Wechsel- oder Wartungsmodus nicht interpretiert werden. Routine-Ereignis und Abschlussinformationen können dann von den Maschinen-Schnittstellen abgeleitet werden, von denen es drei Grundtypen gibt. Der erste ist eine Software-Schnittstelle, die Daten von Maschinen und Modulen erfasst. Der zweite ist eine Hardware-Schnittstelle, wie RS-232 oder Ethernet, die Daten direkt von der Maschine sammelt. Der dritte Typ ist eine ‚dumme‘ Schnittstelle, die keine Echtzeit-Information liefert und zusätzliche Hardware benötigt. Diese Schnittstelle kommt noch immer an vielen Stellen in den Produktionen vor, meist bei älteren Maschinen, Maschinen im Niedrigpreissegment und manuellen Prozessen. Verschiedene Strategien zur Datenerfassung sowie Hard- und Software-Komponenten sind erforderlich, damit diese Schnittstellen effektiv arbeiten.

Unterschiedliche Interpretationen sind nötig, um die Maschinendaten zu normalisieren und einen qualifizierten Vorgang zu erhalten. Dazu kann eine Standard-Sprache und -Infrastruktur zwischen allen Arten von Prozessen aufgebaut werden, um Produktionsereignisse genauso wie Materialverbrauch, Bedienhandlungen und Prozesse aufzuzeichnen. Anschließend müssen die Beziehungen zwischen den Prozessen hergestellt werden: Wenn etwa eine Maschine innerhalb einer Linie aufgrund eines Materialerkennungsfehlers stoppt, müssen die anderen Maschinen auch anhalten. Die Ausfallzeit für die ganze Linie sollte als Materialfehler qualifiziert werden, auch wenn die Maschinen nur erkennen, dass die Versorgung der Leiterplatte gestoppt oder die Ausgabe blockiert wurde. Genauso ist die Qualifizierung von manuellen Eingaben erforderlich, am besten innerhalb des Produktionsprozesses.

Positive Effekte für Produktion und Planung

Auf dieser Datenbasis kann die Infrastruktur dann Informationen aus der Produktion für den Einsatz in vielen wertschöpfenden Anwendungen zur Verfügung stellen. So lassen sich etwa die Kosten für Materialinvestitionen und Logistik durch die Einführung von Just-in-time-Materiallieferungen (JIT) reduzieren. Auf Grund erhöhter Bestandsgenauigkeit lässt sich auch die Bestellung im Rahmen des ‚Material Requirement Planning‘ (MRP) verbessern. Die Kenntnis der genauen Produktionsabläufe wiederum erleichtert die Planung, etwa um Engpässe zu beseitigen. Auch die Nachverfolgung von Materialien, Produkten und Prozessen wird so unterstützt. Des Weiteren kann ein Qualitätsmanagement auf Basis von Feedback aus Test- und Reparaturprozessen gefördert werden.

Insgesamt kann so der Fokus bei Prozessgestaltung und Verbesserungsinitiativen über Produktion, Lieferkette, Qualität, Konstruktion und Planung hinweg auf den Nutzen für das Unternehmen gelenkt werden. Das wesentlichse Hindernis auf dem Weg dorthin bleibt aber die Bereitschaft, die Wirklichkeit der Produktion zu behandeln, um Probleme aufzudecken. Nur so können Verbesserungen nachhaltig – und ohne Schuldzuweisungen für vergangene Entscheidungen – nachhaltig etabliert werden. Und damit kann gleichzeitig eine Grundlage für die Einführung von Industrie 4.0-Elementen im Produktions- und Geschäftsprozessen entstehen.