Entwurf von Leiterplattenlayouts Industrie 4.0 erfordert neue Strategien

Der Begriff Industrie 4.0 wurde von der deutschen Regierung für die vierte Phase der industriellen Revolution geprägt.
Der Begriff Industrie 4.0 wurde von der deutschen Regierung für die vierte Phase der industriellen Revolution geprägt.

Der steigende Druck, den Bedarf an Computerisierung des Shop-Floors in Einklang mit den Prinzipien von Industrie 4.0 zu bringen, verändert die Leiterplattenfertigung nachhaltig. Doch welche Anforderungen und Möglichkeiten werden diese Änderungen im PCB-Layout und Produktdesign mit sich bringen?

Die erste industrielle Revolution basierte auf dampfgetriebenen mechanischen Technologien. Bei der Zweiten ersetzte Strom den Dampf und bei der Dritten erfolgte die Automatisierung der elektrisch betriebenen Prozesse. Die vierte industrielle Revolution führt die Prozesskommunikation und Konnektivität ein, zum Beispiel mit dem Internet of Manufacturing und dem computergestützten Management aller Aspekte der verschiedenen automatisierten Prozesse.

Industrie 4.0 soll die Fertigung flexibler machen, so dass mehr Produkte in kleineren Stückzahlen produziert werden können. Das bedeutet, dass die Produktionsprozesse viel häufiger von der Fertigung des einen Produkts zur Herstellung des anderen wechseln. Nebeneffekte sind die sich verringernde Ausführungszeit der Prozesse und die steigende Anzahl der erforderlichen Setups.

Die Automatisierung funktioniert am besten, wenn sie kontinuierlich abläuft. Das Paradoxon, das von Industrie 4.0 adressiert wird ist es, in einer Produktionsumgebung mit hohem Mix für eine effiziente Automatisierung zu sorgen. Selbst heute, wo die Produktionseffizienz einer Reihe von automatisierten SMT-Prozessen mit über 80 Prozent angegeben wird, liegen die realen absoluten Produktivitätszahlen unter Berücksichtigung der Kernkompetenz der Maschinen bei etwa 40 Prozent. Das Ausmaß der heute erforderlichen Änderungen beeinträchtigt bereits die Bestückungsleistung.

Hinter der scheinbaren Akzeptanz der halbierten Produktionskapazität, die tatsächlich einer Verdoppelung der Herstellungskosten entspricht, steht jedoch etwas Anderes. Die Ursache der Probleme liegt in den Kosten der Vertriebskette. Damit ist der Zeitraum von der Fertigstellung eines Produkts bis zum Einsatz beim Kunden gemeint. Während dieses Zeitraums bleiben die Investitionskosten für das Produkt bei dem produzierenden Unternehmen. Durch die steigende Anzahl der Elektronikprodukte, Varianten und Optionen multipliziert sich auch die Anzahl der Produkte, die während der Vertriebskette gelagert werden müssen. Neben den anfallenden Investitions-, Logistik- und Lagerkosten besteht während dieser Zeit auch das Risiko, dass sich der Warenwert verringert.

Die Vertriebskette erlebte durch Online-Bestellungen und Direktversand ihre eigene Revolution. Der Lagerbedarf in der Vertriebskette verringert sich dadurch auf einen Bruchteil dessen, der er einmal war, als Produkte in einem Ladengeschäft gekauft wurden. Die Nachfrage schwankt jedoch. Dies wurde früher durch Erhöhen und Reduzieren des Lagerbestands angepasst, wird nun aber als direkte Nachfrageschwankung in der Produktion wahrgenommen. Neben dem reduzierten Lagerbestand in der Vertriebskette und den verringerten Routinebestellungen im Werk führen plötzlich auftretende Veränderungen zu einer kurzfristigen Anpassung der Produktionspläne. Die schlechte Nachricht für die Leiterplattenfertigung ist, dass die Kostenersparnisse in der Vertriebskette in der Regel die Fertigungskosten in den Schatten stellen. Deshalb gibt es bei dieser Entwicklung keinen Vergleich, keine Chance für die Produktionsstätte, diese zurückzudrängen.

Die gute Nachricht ist, dass diese Änderungen der lokalen Fertigung deutliche Vorteile bringen. Die Auslieferung von China nach Deutschland ist zum Beispiel ein wesentlicher Bestandteil der Vertriebskette, die die dort ansässigen Produktionsbetriebe nicht vermeiden können. Im Gesamtkontext betrachtet, sind bei einer flexiblen, anpassungsfähigen Fertigung in Deutschland die geringeren Produktionskosten im Vergleich zur entsprechenden Fabrik in China wichtiger, als die unterschiedlichen Arbeitskosten. Die Einführung der Automatisierung, die manuelle Funktionen innerhalb der Produktion ersetzt, stärkt die Wettbewerbsfähigkeit in Ländern wie Deutschland erheblich. Um Automatisierung und Flexibilität effizient zu Managen, ist eine Computerisierung erforderlich. Diese ermöglicht Industrie 4.0 und schafft damit die Voraussetzungen für die Rückkehr zur lokalen Fertigung.