Für den fundierten Leistungsvergleich unterschiedlicher Rüstkonzepte bedarf es vielfach Detailwissen und professioneller Tools. Umso interessanter ist das Angebot des Teams, sich der spezifischen Herausforderungen der Elektronikfertiger anzunehmen und diese bei der Entwicklung des optimalen Rüstkonzeptes zu unterstützen. Am Praxisbeispiel lässt sich der Wert dieses Angebots zeigen.

Ohne moderne Rüstkonzepte keine flexible Elektronikfertigung. Die Entwicklung der letzten Jahre zeigt, dass sich das Spektrum im Fertigungsbereich in Richtung häufigerer Produktwechsel, höherer Variantenzahl und kleinerer Losgrößen verschiebt. Damit entwickeln die Rüstwechsel und die Rüstkonzepte, die den Zeit- und Kostenaufwand bei den Umrüstungen reduzieren sollen, einen wachsenden Hebel auf die Betriebskosten.

An Möglichkeiten und Vorschlägen zur Optimierung mangelt es nicht: Fest- oder Familienrüstungen, Offline-Vorrüstungen, Wechseltische oder Wechsel einzelner Förderer, fließende Rüstwechsel, Teilung von Fest- und Flex-Rüstungen, dedizierte Linien für Rennerprodukte und kleine Losgrößen und viele Varianten mehr lassen sich heute realisieren und kombinieren. Daraus entsteht eine enorme Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten mit weit reichenden Auswirkungen, die oftmals nur mit tiefer gehendem Know-how und speziellen Analysetools in Relation gesetzt werden können. Die Folgen sind fatal. Oft werden die bekannten Prozesse und Konzepte fortgeführt und damit Effizienzpotenziale verschenkt oder die neuen Rüstkonzepte und die technischen Möglichkeiten von Software und Hardware fallen auseinander und die Rüstprozesse werden mangels Unterstützung unzuverlässig. In beiden Fällen leidet die Wettbewerbsfähigkeit des betroffenen Elektronikfertigers.

Startpunkt ist Anforderungsanalyse

Doch es geht auch anders, wie sich am Praxisbeispiel eines deutschen Elektronikfertigers zeigen lässt. Das Unternehmen fertigt aktuell etwa 20 verschiedene Baugruppen für die Fabrikautomation. Neben wenigen Standardprodukten mit relativ hohen Stückzahlen beherrschen viele Varianten und unterschiedlichste Baugruppen in kleinen Mengen das Fertigungsspektrum. Steigende Nachfrage und die immer häufigeren Produktwechsel brachten die bestehende SMT-Linie an die Kapazitätsgrenze. Das Unternehmen stand vor der Entscheidung zusätzliche Schichten zu fahren – statt der bisherigen 5 Wochentage mit jeweils 2 Schichten – oder in eine neue Linie zu investieren. Letztere sollte dann auch neue Technologien und einige Effizienzreserven bieten.

Die SMT-Verantwortlichen wandten sich mit dieser Anfrage auch an das Siplace Team und definierten dabei zunächst eine umfassende Festrüstung für alle bestehenden Produkte und die aktuellen Mengengerüste als Anforderung. Das Ziel: Mit dem bekannten Konzept der Festrüstung sollte jede Umrüstung vermieden und das bestehende Schichtmodell beibehalten werden. Entsprechend war die Linie bezüglich Stellplatzkapazität und Bestückleistung auszulegen. Dazu erfasste das Support Team die historischen Auftragsdaten der letzten Monate und die zugehörigen Bestückprogramme.

Auf Basis der genannten Vorgaben ermittelte diese Analyse eine Linie mit vier einportaligen SX1 als optimale Konfiguration. Deren Stellplatzkapazität würde mit 450 8 mm Spuren inkl. Siplace WPC6 ausreichen, um das recht umfassende Bauteilespektrum der aktuellen Produkte und Varianten zu fassen. Drei der Bestückautomaten desselben sollten mit dem Multistar-Bestückkopf ausgerüstet werden, die vierte Maschine wäre als End-of-Line-Lösung mit dem Pick&Place-Bestückkopf TwinHead ausgestattet. Weil der Multistar-Bestückkopf ein sehr großes Bauteilespektrum, von 01005 bis 50 mm x 40 mm, abdeckt und zusätzlich je nach Anforderung automatisch zwischen schnellen Collect&Place für Standardbauteile, Pick&Place für größere Bauteile und Sonderformen und einem Mixed Mode umschaltet, wäre so das gesamte Produktspektrum ohne Umrüstung, ohne jeden Kopfwechsel und nur durch die Wechsel von Bestückprogrammen und Spurbreiten zu bewältigen.

Ausgetretene Pfade verlassen

Damit wären alle Anforderungen des Kunden vereint und erfüllt gewesen, ein eigentlich optimales Ergebnis also. Doch das Siplace Team ging noch weiter und ermittelte alternative Szenarien. Anlass dafür: Die Analyse-Ergebnisse der Techniker zeigten, dass die vorgeschlagene 4-Maschinen-Linie alle aktuellen Anforderungen erfüllen und bei der Bestückleistung noch einige Leistungsreserven bieten würde. Aber die Ergebnisse offenbarten auch, dass insbesondere mögliche Änderungen am Bauteilespektrum und bereits eine begrenzte Ausweitung der Variantenvielfalt das gewählte Festrüstungskonzept in bestimmten Szenarien an seine Grenzen bringen könnte. Ein vertiefender Blick in die Daten und das Durchrechnen alternativer Szenarien visualisierte den Verantwortlichen im Unternehmen schnell, wie häufig solche Veränderungen bereits in der Vergangenheit vorgekommen waren, und dass es vor dem Hintergrund eher sehr wahrscheinlich war, dass es mit einer Festrüstung bereits kurzfristig zu Engpässen kommen würde.

Um hier eine adäquate, zukunftssichere Lösung zu finden, ließ man die ursprünglichen Vorfestlegungen hinsichtlich der Festrüstung fallen und gab den Experten freie Hand bei der Entwicklung einer optimalen Linienkonfiguration und der Definition begleitender Rüstkonzepte. Man unternahm eine ABC-Analyse der Produkte und nutzte für das weitere Konzept den Umstand, dass innerhalb des aktuellen Produktspektrums zwei Rennerprodukte fast 70 Prozent des zu fertigenden Volumens ausmachten. Mit dem Tool SiCluster Professional – das übrigens auch den Kunden des Unternehmens zur Verfügung steht – ermittelten die Techniker auf dieser Basis ein deutlich offeneres, zukunftsorientiertes Konzept.

Weniger ist manchmal mehr

Der neue Vorschlag sah jetzt eine SMT-Linie mit nur noch drei SX Bestückautomaten vor, die aus zwei SX2 und einer SX1 bestand. Statt mit einer umfassenden Festrüstung für alle Produkte zu arbeiten, sollten künftig nur noch die Rennerprodukte fest gerüstet werden. Um dies effizient zu ermöglichen, wurden im Rüstkonzept und in der Software die Bauteiltische virtuell geteilt (Split Table Mode): Ein definierter Bereich jedes Bauteiltisches wird für die Rennerprodukte fest aufgerüstet, die andere Hälfte wird je nach Bedarf mit den noch fehlenden Bauteilen für die zur Fertigung anstehenden Produkte gerüstet. Dieses Konzept wirkt auf zwei Ebenen. Es verringert nicht nur die erforderliche Zahl der Rüstwechsel, sondern erlaubt es zugleich Produktwechsel und Umrüstungen zeitneutral durchzuführen. Während eines der beiden Rennerprodukte gefertigt wird, können die intelligenten X-Feeder mit den Bauteilen für den kommenden Auftrag bei laufender Maschine aufgerüstet werden. Das vorbereitende Kitting der X-Feeder, also das Verheiraten von Bauteilen und Förderermodulen, sowie dessen Verifizierung findet unterstützt über die Software Setup Center abseits der Linie statt. Wird der Feeder dann an der Linie aufgerüstet, meldet er sich automatisch an der Maschine an und steht unmittelbar für die kommende Bestückung bereit.

Ein weiterer Vorteil: Es werden also fliegende Rüstwechsel durch den Austausch einzelner Feeder vorgenommen und die Bauteilewagen verbleiben an der Linie. Damit kommt dieses Konzept ohne den üblichen Mehrbestand an Wechseltischen aus, eine nicht unerhebliche Größe in der Investitionsrechnung.

Prototypen und Eilaufträge im Random Setup

Im Normalfall wird rüstoptimiert gefertigt, die Stellplatzposition jedes einzelnen Förderers und seines Bauteils werden also vom Programm vorgegeben. Dieses Verfahren erhöht die Bestückleistung der Maschine. Im Gegenzug allerdings macht es den Rüstprozess etwas komplizierter und fehleranfälliger, weil das Bedienpersonal jeden Feeder exakt am vorgegebenen Platz rüsten muss. Bei sehr kleinen Losen oder Kleinstaufträgen für Prototypen kommt die höhere Bestückleistung daher nicht zum Tragen, weil der Effizienzgewinn um ein Mehrfaches durch den höheren Rüstaufwand „ aufgefressen" wird. Diesen Effekt nutzten die Techniker und schlugen in ihrem Rüstkonzept eine weitere, innovative Kombination vor: die wahlfreie Rüstung (Random Setup). Der Clou beim Random Setup ist, dass hier nicht das Bestückprogramm die Feeder-Position, sondern umgekehrt die frei gewählte Feeder-Position das Bestückprogramm bestimmt. Anders gesagt: Das Bedienpersonal kann Feeder an einen beliebigen freien Stellplatz aufrüsten und das Bestückprogramm stellt sich nach der automatischen Anmeldung des Feeders an der Maschine entsprechend um. Dank der Fähigkeiten des Multistar-Bestückkopfes muss dabei nicht einmal groß auf den Bestückkopf der Maschine geachtet werden. Dadurch erreicht die Linie zwar nicht ihre optimale Bestückleistung, aber das ist bei kleinen Losgrößen auch nicht entscheidend: Der Zeitgewinn beim wahlfreien und ebenso einfachen wie schnellen Random Setup ist um ein Vielfaches höher. Damit verfügt das Unternehmen zusätzlich über ein Rüstkonzept, mit dem kleine Eilaufträge oder Prototypen-Fertigungen problemlos in die laufende Produktion einzu-phasen sind.

Rüstkonzept für schnellen Return-on-Investment

Im letzten Schritt wurden dann die beiden Linienkonfigurationen – 4-Maschinen-Linie mit Festrüstung und 3-Maschinen-Linie mit fließenden Rüstwechseln – umfassend bewertet. Dabei zeigte sich, dass die Linienkonfiguration mit drei SX2-Maschinen weniger Platz einnehmen würde, aber dabei trotz der geringeren Stellplatzkapazität deutlich anpassungsfähiger gegenüber Veränderungen im Produkt- oder Mengenspektrum sein würde. Zur Überraschung der Verantwortlichen musste dieses Plus an Flexibilität nicht über einen höheren Investitionsaufwand bezahlt werden. Vielmehr zeigte sich, dass der Verzicht auf die vierte Maschine und den durch die kleinere Stellfläche verringerten Bedarf an X-Feedern die Investitionskosten deutlich senken würde. Die Mehrkosten für die zusätzlichen SX-Wechselportale sowie für die Investitionen in rüstprozessstützende Software-Optionen wie SiCluster Professional mit Split Table Mode und Random Setup sowie das Setup Center für die Planung und Verifizierung der Offline-Vorrüstung (Kitting) wurden so mehr als ausgeglichen. Die Beratung durch die Experten und die Analysen zum optimalen Rüstkonzept bewahrten das Unternehmen vor einer Investition in ein zwar bekanntes, aber relativ starres Rüstkonzept. Die zunächst angedachte Linie hätte ihre Effizienzvorteile durch die Festrüstung möglicherweise schon in den nächsten Monaten über Änderungen im Produkt- oder Bauteilespektrum verloren. Statt in eine „Sackgasse" zu investieren, eröffneten die Techniker mit ihrer fundierten Rüstkonzeptoptimierung neue Möglichkeiten für die flexible Fertigung, beispielsweise durch das Random Setup für Prototypen und Eilaufträge.

www.siplace.com

Thomas Hüttl, ASM Assembly Systems, München