Industrie 4.0 in der EMS-Fertigung Auf dem Weg zur smarten Produktion

Blick in die Fertigung von cms electronics.  Pro SMT-Linie ist ein Trace Server erforderlich.
Blick in die Fertigung von cms electronics. Pro SMT-Linie ist ein Trace Server erforderlich.

Auch wenn Industrie 4.0 in vielen Elektronik-Fertigungen noch in den Kinderschuhen steckt: Einige EMS-Firmen im deutschsprachigen Raum haben den Weg in Richtung smarte Produktion bereits eingeschlagen. Drei Praxisbeispiele.

Der mittelständische Elektronik-Dienstleister cms electronics startete vor über zwei Jahren sein Integrated Traceability Excellence Program (iTEP). Ausgangspunkt für das Projekt war die Notwendigkeit einer durch alle Prozesse durchgängigen Traceability. Dass damit auch gleich der Grundstein für eine Industrie-4.0-Fertigung gelegt wird, ist ein »schöner Nebeneffekt«.  

Mittelständische Fertigungsbetriebe arbeiten oft mit langjährig gewachsenen Strukturen und proprietären, oft selbst entwickelten Einzellösungen. Auch die Maschinen sind teils schon lange im Einsatz und verfügen nicht über Schnittstellen, wie bei cms electronics ein Axial- und Radial-Bestücker. »Und wenn die Maschinen doch eine Schnittstelle haben, dann ist sie nicht standardisiert, also herstellerspezifisch«, gibt Raimund Antonitsch zu bedenken, Projektleiter iTEP von cms electronics. Die Proprietät zieht sich durch: Auch die Datenanalysetools sind herstellerabhängig. »Für unsere AOIs beispielsweise haben wir sehr gute Auswertungstools, aber die sind dann nur für diese eine Maschine einsetzbar. Prozesschritte bzw. Maschinen kommunizieren also nicht eigenständig miteinander. Man braucht deshalb selbstgestrickte Tools und muss noch sehr viel manuell eingreifen.«

So war bei cms electronics die Produktion vom ERP bisher entkoppelt. Sämtliche Umlagerungen bei der Materialvorgabe mussten manuell erfolgen. Was also sollte die smarte Elektronikfertigung nach Ansicht von Antonitsch in Zukunft können? Echtzeitprozesse abbilden, Maschinen sollen herstellerunabhängig miteinander kommunizieren können, alle IT-Systeme, etwa ERP und MES, müssen über geeignete Schnittstellen miteinander sprechen und sowohl intern als auch extern kommunizieren können. Die Produktionsschritte sollen autonom erfolgen, und Prozessverschränkung sowie ganzheitlich durchgängige Traceability müssen über mehrere Standorte hinweg möglich sein. Als Projektziel in etwa drei Jahren will cms electronics sämtliche Materialdaten auf Auftragsbasis für alle Produkte rückverfolgen können: angefangen beim Wareneingang, über die Materialvorgabe, bis hin zur Integration aller Maschinen im Shopfloor. Das gilt sowohl für den Hauptstandort in Klagenfurt als auch für den Produktionsstandort in Ungarn.

»Data First«

Antonitsch und seine Kollegen haben definiert, wie sie den Weg in Richtung smarte EMS-Fertigung möglichst mithilfe von Standards meistern wollen: »Der erste Schritt lautet Data First, das heißt wir brauchen zuerst die Daten, bevor wir automatisieren oder Prozesse verriegeln. Die Datensammlung und Auswertung übernimmt das MES der IBS AG, das wir für dieses Projekt neu angeschafft haben. Wir wollten die Insellösungen, die wir jetzt haben, in einem System vereinheitlichen. Dazu zählen auch Methoden aus dem Qualitätsmanagement wie FMEA, Controlplan, SPC etc.«

Schritt 2 und 3 sind Prozessverschränkung, gefolgt von einer intelligenten Automatisierung. Das MES wird künftig der Dreh- und Angelpunkt sein, an dem alle Material-, Prozess- und Qualitätsdaten bei cms electronics zusammenlaufen. Die MES-Module haben eine gemeinsame Datenbasis und sind alle miteinander verknüpft. Man muss also nicht in jedem Modul die Daten erneut erfassen. Das ERP-System hat eine Schnittstelle zum MES. Aus dem ERP-System wandern Stammdaten wie Stücklisten, Aufträge etc. ins MES. Der Master ist das ERP-System, und die Daten werden alle ins MES-System übertragen. Dieser Vorgang ist nicht nur unidirektional, sondern bidirektional. Und als Folge davon gibt das MES die Fertigungsparameter vor, womit cms electronics dann beim ersten Schritt der smarten Fabrik angekommen wäre. »Wir wollen nicht nur Daten erfassen, sondern auch Prozesse optimieren. So werden der manuelle Wareneingang und dessen Buchungsschritte sukzessive automatisiert.«

Als Beispiel für einen automatisierten Prozess vom Bestellvorgang über den Wareneingang bis zur Fertigung zieht Antonitsch ein Automotive-Sound-Modul heran. Dieses fertigt cms electronics für einen Kunden in unterschiedlichen Ausprägungen und spielt darauf jeweils unterschiedliche Firmware auf. Ein solcher Bestell- und Fertigungsprozess könnte nach dem Prinzip der Industrie 4.0 komplett automatisiert werden: Der Kunde löst eine Bestellung im ERP-System beim Händler aus und beeinflusst direkt die Produktionsschritte: Materialberechnung, automatisierte Bestellung des Materials, Fertigung, Aufspielen der Software, Auslieferung zur Weiterverarbeitung. Gleichzeitig können dem Kunden, der das Modul weiterverarbeitet, über ein Web-Portal alle Daten zur Verfügung gestellt werden.