Automatische Identifikation optimiert die variantenreiche Fertigung

Der Standort Amberg gilt als eine Perle des Siemens-Konzerns: Seit vielen Jahren produzieren über 1000 Mitarbeiter die zahlreichen Module der Steuerungsfamilie Simatic S7. Das Hauptziel der Fertigungsingenieure: die Qualität der Erzeugnisse. Schließlich werden die Simatic-Komponenten weltweit von Siemens-Kunden in zahllosen Fabriken zur Steuerung von Fertigungsabläufen eingesetzt – Geräteausfälle würden dabei zum Produktions-Stopp und somit zu erheblichen Kosten führen.

Wirtschaftliche Fertigung trotz Variantenvielfalt

Daneben muss das Amberger Werk natürlich sehr effizient arbeiten, um im internationalen Wettbewerb konkurrenzfähig zu bleiben. Dies ist umso schwieriger, als die Simatic-Familie inzwischen eine große Produktvielfalt für unterschiedlichste Anwendungen bietet. Die Aufgabe lautet: Die Fertigungsabläufe so zu organisieren, dass trotz Variantenvielfalt eine wirtschaftliche Fertigung möglich ist.

Möglich wird dies durch ein flexibles Produktionskonzept, bei dem jede Maschine und jeder Arbeitsplatz möglichst viele unterschiedliche Produkte bearbeiten kann. Dies beginnt bei flexiblen Bestückautomaten zur Herstellung der Leiterplatten und endet bei Verpackungsarbeitsplätzen, bei denen individuell für jedes Einzelprodukt die erforderlichen Beipackartikel wie Kabel, Dokumentation oder Software-CD auf dem Bildschirm erscheinen und deren Entnahme aus den Vorratsbehältern überprüft wird.

Optische Codes als Schlüsseltechnologie für die automatische Identifikation

Um dieses komplexe System zu steuern, ist eine Identifikation jedes Erzeugnisses bei jedem Arbeitsschritt erforderlich. Das kann aus Effizienzgründen nur automatisch erfolgen. Dabei setzt das Elektronikwerk vor allem auf optische Codes. In den Codierungen wird die Unikatsnummer jedes Bauteils, Zwischenerzeugnisses und Endprodukts gespeichert.

Eine leistungsfähige Oracle-Datenbank stellt per Web-Service dann in Echtzeit alle benötigten Informationen für die einzelnen Arbeitsstationen zur Verfügung. Außer den eigentlichen Produktionsinformationen, zum Beispiel der Stückliste für ein Produkt, umfassen diese Daten auch umfangreiche Prüfvorschriften und Referenzwerte für die Qualitätssicherung. Die Codes werden mit Inkjet aufgedruckt, mit Etiketten aufgeklebt oder direkt gelasert.

Zulieferteile erhalten eigenen Code beim Wareneingang

Sogar die Zulieferteile erhalten alle eine werksinterne Unikatsnummer am Wareneingang. Dies ist einfacher und zielführender, als sich mit den wechselnden, weltweit angesiedelten Lieferanten des Werks auf einen Nummernstandard zu einigen.

Während früher der einfache Strichcode (Barcode) vorherrschte, hat diese Rolle heute der 2D-Code (Data Matrix) übernommen. Diese Codierungsform besticht durch die vergleichsweise hohe Informationsdichte, Robustheit gegen Fehler und geringen Platzbedarf. So ist es beispielsweise möglich, selbst kleinste Module wie Stecker oder Leiterplatten eindeutig zu kennzeichnen.

Ein weiterer Vorteil: Da der 2D-Code erheblich kleiner als ein Barcode ist, kann er auch erheblich schneller per Laser aufgebracht werden. Dadurch konnten die Taktzeit um 2,5 s pro Erzeugnis gesenkt werden – in der Elektronikfertigung eine erhebliche Produktivitätssteigerung.

Außer der eigentlichen Produktionssteuerung werden über die kleinen Codes auch umfangreiche Qualitätsdaten für jedes Erzeugnis gesammelt. So können die Amberger für jedes Gerät, das die Fabrik verlässt, genau die eingebauten Zulieferteile, die Produktionszeit, die Messergebnisse und vieles mehr abrufen.

Optimierte Leseergebnisse vermeiden Fertigungs-Stopp

Diese Nachweise sind vor allem bei sicherheitskritischen Komponenten wichtig, um im Zweifel die einwandfreie Produktion zu belegen. Daneben hilft die Datensammlung aber auch zur Optimierung der Qualität, weil bestimmte Fehlermuster frühzeitig erkannt werden können.

Zum Einlesen der Codierungen benutzt das Elektronikwerk vor allem Kamerasysteme aus dem eigenen Haus: Die Simatic VS130-2 ist so etwas wie das Arbeitspferd im Werk. Durch den getrennten Aufbau von Sensorkopf und Auswerteeinheit lässt sich das Kamerasystem auch in den engen Maschinen dicht an der Fördereinrichtung einbauen. Die nahtlose Integration in die Simatic-Steuerungen macht das Engineering besonders schnell und einfach.

Kamerasysteme mit hoher Qualität lesen Codierungen ein

Wichtigster Vorteil ist aber die hohe Lesequalität der Simatic VS130-2, denn jeder Ausfall würde zu einem Fertigungs-Stopp führen. Die guten Ergebnisse sind auch auf die Zusammenarbeit des Amberger Werkes mit den Kamera-Entwicklern zurückzuführen. Die Kameras wurden bereits vor der Produkteinführung getestet und dem Systemtest reale Code-Bilder zur Verfügung gestellt. Insgesamt setzt das Elektronikwerk über 50 Kameras des Typs Simatic VS130-2 in der Fertigung ein.

Zusätzlich zu den optischen Codes findet auch die Identifikation per Funk eine immer stärkere Anwendung im Elektronikwerk Amberg. Radio-Frequency Identification (RFID) wird überall dort eingesetzt, wo bestimmte Umlaufgüter wie Werkstückträger oder Lötrahmen erfasst werden müssen. Der Vorteil: Weil die Datenspeicher (Transponder) beliebig oft beschrieben werden können, ist eine praktisch unbegrenzte Wiederverwendung der Funkchips möglich.

RFID mit Vorsprung vor anderen Techniken

So wird zum Beispiel bei der Endmontage von Baugruppen die Teileliste auf einen am Werkstückträger befestigten RFID-Transponder geschrieben und an jeder Montagestation ausgelesen. Erst nach dem Auflasern der Gerätenummer aufs Gehäuse gilt dann ein 2D-Code zur Identifikation.

Auch bei den Maschinen zum Selektivlöten von Baugruppen kommt RFID zum Einsatz. Jeder Lötrahmen und zusätzlich auch der zum Produkt erforderliche Niederhalter ist mit einem Simatic-RF300-Transponder bestückt. Beim Einfahren in die Maschine werden der Lötrahmen und der Niederhalter über ein Lesegerät identifiziert; ein Vergleich mit dem Fertigungsprogramm deckt falsch eingebrachte Lötrahmen oder Niederhalter sofort auf.

RFID hat dabei einen Vorsprung vor anderen Techniken, weil die Transponder eine hohe Robustheit gegen Temperatur und Waschlösungen bieten. Die Rüstkontrolle ist natürlich nur eine kleine RFID-Anwendung, aber auch solche Applikationen sind wichtige Bausteine für die umfassende Qualitätssicherung der Produkte.

RFID-Einsatz in der Lieferkette hat vielfältiges Potenzial

Nach Einschätzung von Streber ist aber das Potenzial für RFID-Anwendungen im Werk noch nicht ausgeschöpft. Insbesondere die Automatisierung der Lieferlogistik bildet ein vielversprechendes Anwendungsfeld. So gibt es Überlegungen, künftig auch die produzierten Einzelgeräte dauerhaft mit RFID zu kennzeichen, um so eine eindeutige Verfolgung auch in der Distributionslogistik sicherzustellen – eine Einsatzmöglichkeit, welche die Kollegen des Siemens-Telefonwerks in Leipzig bereits realisiert haben. Dort wird heute jedes Gerät der „Open-Stage“-Linie mit einem RFID-Funkchip versehen.

Das Problem in Amberg: Die Simatic-Komponenten sind sehr kompakt gebaut, so dass verschiedene Gerätekomponenten zur Abschirmung der RFID-Transponder führen können. Doch den Ingenieuren des Amberger Werks wird sicher noch ein Trick einfallen, um der Vision einer automatischen Identifikation der Produkte über den gesamten Lebenszyklus einen Schritt näher zu kommen.

Markus Weinländer (B.A.) ist Mitarbeiter im Competence Center RFID der Siemens AG, Industry Automation in 90327 Nürnberg.