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MES in der Elektroindustrie

Die Cloud-basierte Fertigungslinie

In der Elektronikfertigung von MID-Tronic in Wiesau steht eine SMT-Linie, die über bidirektionale Anlagenschnittstellen mit einer Public-Cloud-MES-Infrastruktur kommuniziert und gesteuert wird. Gefertigt wird hier eine Sensorapplikation für eine automobile Vierfach-Gangstellereinheit eines deutschen Premium-PKW-Herstellers. Neben der Produktionssteuerung mit dem MES sind die Einhaltung strengster OEM-seitiger Compliance-Anforderungen wie durchgängiges Prozess-Interlocking und lückenlose Traceability elementare Kernfunktionen der Implementierung. MID-Tronic und iTac haben dieses Industrie 4.0-Projekt im MES-Markt realisiert.



Bild: iTac Software AG

Die bei MID-Tronic eingesetzte Cloud Service-basierte MES-Lösung ist ein Industrie 4.0-Anwendungsszenario, das es so bis dato nicht gab. Der initiale Probebetrieb wurde auf Basis einer Public-Cloud-IT-Infrastruktur Ende Februar 2015 begonnen und im Oktober durch den Endkunden von MID-Tronic erfolgreich auditiert. Somit hält die Praxis, was die Ergebnisse des Proof of Concept (POC) zuvor bereits versprochen hatten. Zielsetzung ist die Serienfertigung der Sensor-Applikation mit über eine Millionen Elektronik-Baugruppen pro Jahr. Auf Grund der hohen Anforderungen für sicherheitsrelevante Baugruppen, basierend unter anderem auf dem Produkthaftungsgesetz, ist eine lückenlose Traceability inklusive Prozessver­riegelung zwingend erforderlich. Die Cloud-basierte IT-Infrastruktur zur Abbildung der Industrie 4.0-Anwendungsszenarien basiert auf der in Großkonzernen eingesetzten iTac.MES.Suite. Der technologische Unterbau ist die Java-Enterprise-Technologie. Somit ist die MES-Suite auch auf einer Public-Cloud-Infrastruktur lauffähig. Dieser Sach­verhalt eröffnet auch KMUs wie MID-Tronic den Zugang zu Industrie 4.0-tauglichen IT-Lösungen. Neben der Umsetzung der Cloud-Struktur inklusive der Sicherheitskriterien galt das Augenmerk auch den bidirektionalen Schnittstellen zu den SMT-Maschinen aus dem Hause ASM. ASM bietet dazu mit Siplace OIB (Operations Information Broker) eine Industrie 4.0-taugliche Schnittstelle.

Traceability im Fokus

Das Einsatzgebiet der Sensorapplikation für die Vierfach-Gangstellereinheit liegt unter der Motorhaube. Präzision und Robustheit des Systems hinsichtlich hoher Wärme- und Medienbeständigkeit gegenüber aggressiven Ölen sind unabdingbar. Das Produkt stellt dabei ganz besondere Anforderungen an das Handling und die Fertigungsprozesse: Es wird serialisiert gefertigt und die Sensorapplikation durchläuft drei voll automatisierte Fertigungsstufen. Das anlagenübergreifende MES sorgt mit der Traceability-Funktion dafür, dass alle produkt- und prozessrelevanten Daten über einen aufgebrachten Data-Matrix-Code lückenlos auf das Unikat zurückführbar sind. Die technologische Basis für die Rückverfolgbarkeit bildet die iTac.MES.Suite Release 8.50. Bei der Entwicklung dieser Version standen die Herausforderungen der Industrie 4.0 wie M2M und Big Data im Vordergrund. Die auf der Java-Technologieplattform basierende Infrastruktur ist prädestiniert für eine werkübergreifende und horizontale Integration des MES im Kontext der Industrie 4.0. Zudem ist hierdurch eine hohe Sicherheit gewährleistet.

Der Weg zur Industrie 4.0

Die Abbildung von Automotive-OEM-konformen Fertigungsprozessen auf Basis eines Cloud-basierten MES war eine wesentliche Anforderung. Die Integration des ME-Systems in die SMT-Linie, insbesondere hinsichtlich der Bestückmaschinen, war dabei für iTAC und ASM ein Routineeingriff. Denn die zu übertragenden Daten waren bekannt, die erforderlichen Interaktionen zwischen MES und SMT-Linie sind spezifiziert und die Fertigungsabläufe sind definiert. Jedoch gab es darüber hinaus weitere Stellschrauben, die für eine derartige MES-Integration justiert werden mussten. Hierzu zählte der Aufbau der erforderlichen LAN-/WAN-Infrastruktur mit einer sicheren Internet-basierten Kommunikationsstrecke zur Serverinfrastruktur im Cloud-Rechenzentrum. Auch die Verarbeitung der anfallenden Datenströme in ‘Realtime’ (Kommunikation im Millisekunden-Bereich) über schmalbandige Internetstrecken und proprietäre Schnittstellen galt es zu realisieren. Dabei mussten die Verantwortlichen nicht nur die proprietären Schnittstellen, sondern auch deren Veränderung von Software-Version zu Software-Version in den Griff bekommen. Denn in einer solchen heterogenen Software- und Produktions­landschaft stellt jedes Einspielen von Updates eine große Herausforderung hinsichtlich der Verfügbarkeit der Gesamtlösung dar und birgt somit Kosten- und Produktionsaus­fallrisiken. Aufgrund der versionsabhängigen unterschied­lichen Anlagen-Schnittstellen muss in einem solchen Szenario das MES immer abgestimmt mit der Anlagen-Software betrieben werden.

Diese Schnittstellenproblematik konnte mit Unterstützung der Firma ASM Assembly Systems für die Bestücklinie herstellerspezifisch gelöst werden. Die Besonderheit lag jedoch in der Cloud-basierten Umsetzung, denn bisher wurden das MES und die Software zur Steuerung der SMT-Fertigung immer gemeinsam in der lokalen IT-Infrastruktur eines Fertigungsbetriebs betrieben. Im Rahmen des Industrie 4.0-Kon­zeptes liegen die Daten und MES-Applikationen in der Cloud. Der Vorteil: Insbesondere der Aufbau und laufende Betrieb einer Cloud-IT-Server-Infrastruktur stellt für KMUs einen erheblichen Kostenvorteil dar. Daher liegt es nahe, diese IT-Infrastruktur in der Cloud und nach dem SaaS-Prinzip zu betreiben. Der Hauptvorteil besteht darin, dass keine Investitionskosten für die Infrastruktur anfallen und kombiniert mit geringen laufenden Kosten ein positiver Einfluss auf den TCO erzielt werden kann. Ein weiteres zentrales Kriterium war darüber hinaus die Gewährleistung der Daten­sicherheit. Bezüglich der Sicherheitsaspekte gehen die Unternehmen einen möglichst risikofreien Weg. Die Daten stehen in der Cloud, basierend auf integrierten Konzepten zur Datensicherheit und zur Rechteverwaltung, nur im Zugriff der zuständigen Mitarbeiter von MID-Tronic. Die Cloud selbst wird durch iTac in Zusammenarbeit mit einem regionalen Rechenzentrumbetreiber gehostet.

SMT-Fertigung mit Cloud

Für jede gefertigte Sensorapplikation werden heute in der Praxis folgende Parameter aufgenommen und in der Cloud gespeichert:

  • Die Lötparameter des Reflow-Ofens
  • Das Selektivlötergebnis
  • Das Inspektionsergebnis des AOI
  • Das Testergebnis von ICT- und Funktionstest
  • Die Chargennummern der verbauten Bauteile
  • Die Chargen der Verbrauchsmaterialien wie Lot, Lotpaste, Kleber

Der Datentransfer läuft dabei ohne Probleme.

Praxistests bestanden

Im Vorfeld wurde von Experten vermutet, dass eine bidirektionale und synchrone Anlagenkommunikation über Internetstrecken aufgrund zu hoher Latenz- und Antwortzeiten für Produktionsbetriebe nicht ohne Produktionsbehinderungen und Verluste nutzbar ist. Mit diesem Projekt konnten die beteiligten Unternehmen jedoch zeigen, dass dies in der Praxis auf Basis einer modernen MES-Technologie und passender Middleware realisierbar ist. Eine MES-Integration in der Cloud als SaaS-Lösung ist schon heute sicher, performant und kostengünstig möglich. Es sind zwar noch nicht durchgängig über alle Fertigungsbereiche der diskreten Fertigung die Schnittstellen und Datenformate zwischen Produktionssystemen und ME-System endgültig festgelegt und normiert. Dennoch ist es heute schon realisierbar, auf Basis vorhandener Schnittstellen eine Integration durchzuführen und erste Erfahrungen hinsichtlich Industrie 4.0-Konzepten und deren Umsetzung in der Praxis zu sammeln. Mit der Umsetzung des Cloud-Projektes und der neuen Generation des Manufacturing Execution Systems hat MID-Tronic einen wichtigen Schritt im Industrie 4.0-Zeitalter unternommen. Perspektivisch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten und Handlungsspielräume zur Steuerung von Maschinen sowie für die gesamte SMT-Fertigung.

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