Build-to-Order in der SMT-Fertigung Teil 2

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1 Build-to-Order in der SMT-Fertigung Teil 2 Autoren: Sebastian Weckel, Siemens Electronics Assembly GmbH & Co. KG, Slawomir Czaja, Werner Turck GmbH & Co. KG, Hubert Egger, Siemens Electronics Assembly GmbH & Co. KG BTO in der Praxis: Optimierte Parallelbestückung von Leiterplatten mit SIPLACE X-Doppelspurlinie Die Fertigung von Aufträgen mit kleinen Losgrößen auf einspurigen Linien führt häufig zu kostenintensiven Stillstandzeiten. Häufige Gründe dafür sind: Freigabeprozedur für die erste bestückte Leiterplatte eines Loses Anwesenheit und Lage der Bauelemente werden mit originären CAD-Daten überprüft. Die Freigabeprozedur dauert 10 bis 15 Minuten das summiert sich bei häufigen Rüstwechseln schnell zu vielen Stunden kostenträchtiger Stillstandzeiten. Profilwechsel beim Reflowlöten Das Aufheizen oder Abkühlen des Ofens benötigt jeweils 30 bis 60 Minuten, oft mehrmals am Tag. Unterschiedliche Taktzeiten bei Lotpastendruck und Bestückung Hier wird die Bestückleistung beeinträchtigt, wenn bei Leiterplatten mit wenig Bauelementen die Bestückung schneller abläuft als der Lotpastendruck. Einsatz von AOI-Systemen Beim Einsatz von AOI zur Kontrolle des Bestück- und/oder Lötergebnisses können fehlende/unvollständige Programme zu Stillständen führen. Der Hintergrund: Solche Anlagen sind ohne fertig bedruckte/bestückte/gefertigte Leiterplatte nicht vollständig zu programmieren. Das Vervollständigen der Programme nimmt 5 bis 15 Minuten pro Produkt in Anspruch. Engpass in der End-of-Line-Bestückung Bei ungünstigen Kombinationen von Bauelementen kann es zu einem Ausbremsen der Linie, weil die EoL-Bestückung von Sonderbauteilen einen Kapazitätsengpass darstellt.

2 2.1. Anforderungen und Linienlayout Die Produktionssituation am Turck-Standort in Halver stellt sich wie folgt dar: Auftragshorizont: ca. 3 Tage Leiterplatten: o Breite bei ca. 90 Prozent aller Produkte gleich o In der Regel Mehrfachnutzen aus 2-90 Einzelschaltungen o Zahl der bestückten Bauelemente variiert stark o In der SIPLACE Pro Datenbank sind ca Bestückprogramme hinterlegt Rüstungen: o Ca. 180 Rüstungen pro Jahr und Linie o Gesamtlaufzeit einer Rüstung durchschnittlich ca. 6-8 Stunden o Kleine Losgrößen bei 5 bis 30 Nutzenleiterplatten im Mix mit Dauerläufern und Keramiksubstraten o Pro Woche ca. 100 unterschiedliche Produkte, meist doppelseitig Durchlaufzeiten: o Bei Standardprodukte maximal 3 Tage o Eilaufträge werden wo möglich der laufenden Bestückung zugerüstet Aufbau der Doppelspurlinie Die SIPLACE X Doppelspurlinie besteht aus zwei X-2 Modulen mit folgender Kopfkonfiguration: Modul 1, Portal 1 = CP 20 Kopf Modul 1, Portal 3 = CP 20 Kopf Modul 2, Portal 1 = CP 12 Kopf Modul 2, Portal 3 = Twinhead

3 Abb. 7 Linienkonfiguration SIPLACE X Auf Basis dieser Linie mit Doppeltransport sollten Stillstandzeiten reduziert werden. Natürlich setzt dies eine Linien-Software voraus, die flexible Anpassungen im Linienablauf ermöglicht, um sich auf die jeweilige Herausforderungen optimal einzustellen und dabei einen maximalen Nutzungsgrad zu erreichen. Über den Doppeltransport der SIPLACE-X-Linie sind zur Reduzierung von Stillstandzeiten folgende Lösungsansätze umgesetzt: Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb, wobei eine der Leiterplatten ein Dauerläufer ist Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb unter Verwendung einer Festrüstung Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb, wenn Engpässe bei der EoL-Bestückung die Linie limitieren

4 2.2. Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb In diesem Beispiel müssen zwei verschiedene Produkte gleichzeitig bestückt werden. Auf Spur eins läuft ein 4 Zoll X 4 Zoll Keramiksubstrat (Produkt A) Auf Spur zwei läuft eine Nutzenleiterplatte 250mm X 170mm (Produkt B) Die Maschine bestückt im Asynchronmodus abwechselnd die beiden Produkte, ohne dass die Bestückköpfe beim Produktwechsel einen Pipettenwechsel durchführen müssen. Die Konfiguration der Pipetten muss dazu jeweils passend zur Kombination beider Leiterplatten optimiert werden. Bild 2 Abb. 8 Unterschiedliche LPs im Asynchronbetrieb 2.3. Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb, wobei eine der Leiterplatten ein Dauerläufer ist Im zweiten Beispiel werden in der Rüstung Aufträge von Dauerläufern und Kleinmengen kombiniert. Da die Dauerläufer eine Spur der Linie deutlich länger beanspruchen als die Kleinmengen, schaffen sie Freiräume für die anderen Produkte auf der zweiten Spur, vermeiden Maschinenstillstände und Unruhe in der Fertigung. Gestartet wird mit dem Dauerläufer, dem Produkt A, in unserem Beispiel auf der zweiten Spur. Die Pipetten werden an allen Bestückköpfen für dieses Produkt optimiert und die Linie arbeitet mit maximaler Leistung. Jetzt können die Produkte B, C und D für die erste Spur vorbereitet werden. Bei der Vorgabe der Leiterplattenaufträge auf der ersten Spur werden dann die Pipetten für diese Produktkombination neu optimiert und beide Spuren laufen mit maximaler Leistung.

5 Abb. 9 Asynchron Betrieb mit Dauerläufer 2.4. Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb unter Verwendung einer Festrüstung Im dritten Beispiel werden so viele Dauerläufer wie möglich aus einer Festrüstung, die eine Linienseite ausmacht, bedient. Umgerüstet wird nur auf der anderen Linienseite. Dabei kann jeweils zielorientiert zwischen Komplettrüstung, flexiblen Rüsten, Familienrüstungen oder Rüsten von Einzelaufträgen gewählt werden. Die Software zeigt an, wo sich bereits vorhandene Bauelemente der Festrüstung mit verwenden lassen. Die Festrüstung verringert den Rüstaufwand und ermöglicht den schnellen Start von Aufträgen. Dauerläufer können direkt ohne Rüstung gestartet werden, die Stillstandzeiten der Linie werden erfolgreich verringert. Festrüstung Abb. 10 Festrüstung auf einer Seite der Linie

6 2.5. Bestückung zweier unterschiedlicher Leiterplatten im Asynchronbetrieb, wenn Engpässe bei der EoL-Bestückung die Linie limitieren Das vierte Beispiel beleuchtet die Situation, in der bei einer Doppelspurlinie ein Portal, z.b. der Twinhead, als EoL-Engpass die restlichen Portale limitiert. Konkret: Eine Nutzenleiterplatte mit 90 Einzelplatinen wird mit wenigen SMD Bauelementen und einer Stiftleiste bestückt. Die Taktzeit dieser Nutzenleiterplatte liegt bei ca. zwei Minuten, die Auslastung der Linie bei nur ca. 30 Prozent und die Gesamtleistung ist auf 8000 Bauelementen pro Stunde begrenzt. Die meiste Zeit benötigt der Twinhead zum Setzen der Stiftleiste. Die anderen Portale warten, bis dieser mit der Bestückung fertig ist. Wenn ein solches Produkt in großen Stückzahlen läuft, wird viel Maschinenkapazität verschenkt. Die Lösung: Die Doppelspurlinie bietet hier eine Lösung für Produkte, die den Twinhead nicht benötigen. Sie können durch das Twinheadmodul hindurch, am Dauerläufer mit Stiftleiste vorbei fließen Fazit: Intelligenter Einsatz von Doppelspurlinien reduziert Stillstandzeiten Auch Stillstandzeiten bei Freigabeprozeduren lassen sich verhindern: Vorbereiten und bestücken des Produktes A auf Spur 1 der Linie. Während der Freigabeprozedur des Produktes A wird das Produkt B auf Spur 2 vorbereitet und bestückt. Während der Freigabeprozedur B wird Produkt A auf Spur 1 produziert. Nach der Freigabe des Produktes B wird auf Spur 1 und 2 produziert. Nach Auslauf eines Auftrags kann auf der freigewordenen Spur das Nächste Produkt C vorbereitet und bestückt werden. Durch ähnliche Abfolgen lassen sich auch die Herausforderungen bei Programmen von AOI Systemen über die zweite Spur lösen. Wenn der Lotpastendruck länger benötigt, als die Bestückung, besteht bei der Doppelspurlinie die Möglichkeit zwei unterschiedliche Produkte so zu kombinieren, dass Wartezeiten vermieden werden. Viele Probleme, die BTO-Konzepte mit ihren Kleinserien auf einspurigen Linien verursachen, lassen sich also bereits heute durch den Einsatz einer Doppelspurlinie entschärfen.