SMI Layer

Die richtige Anbindung als Basis für den Erfolg

Die zunehmende Globalisierung der Absatzmärkte führt zu einem stetig wachsenden Wettbewerbsdruck. Die Ausrichtung der eigenen Produktionsstrukturen und –abläufe an die Bedürfnisse des Kunden ebenso wie die Qualitätssicherung gewinnen so immer mehr an Bedeutung. Um dem Kostendruck entgegen zu wirken, werden verstärkt Optimierungspotentiale durch nachhaltige Prozessverbesserungen ausgeschöpft und mögliche Fehler in der Produktion frühzeitig erkannt und beseitigt. Schlagwörter wie Traceability, Produktionsmanagement oder Qualitätsdaten sind allgegenwärtig.

Daher ist es für produzierende Unternehmen geradezu ein Muss, stärker auf prozessnah operierende Fertigungsmanagementsysteme (MES) zu setzen.

Abbildung 1: Automatisierungspyramide

Diese Systeme sind in der Softwarearchitektur unterhalb den ERP-Systemen und oberhalb der Automatisierungsebene anzusiedeln (vgl. Abbildung 1). Während das ERP-System das gesamte Unternehmen im Blickfeld hat und dabei über Standorte hinweg logistische Optimierungen ermöglicht, ist das MES-System auf einzelne Produktionslinien eines Betriebes fokussiert.

Entlang dem Materialfluss dieser Produktionslinien sammelt das MES-System im optimalen Fall kontinuierlich alle anfallende Betriebsdaten und stellt diese dem übergeordneten ERP-System zur Verfügung. Auf diese Weise kann dann eine lückenlose Rückverfolgbarkeit (Traceability) von Produkten, Bauteilen oder Chargen sichergestellt werden. Gerade im Hinblick auf das Produkthaftungsgesetz wird so die Basis für die Dokumentation der Produktentstehung gelegt. Aber auch Optimierungspotentiale und Prozessverbesserungen lassen sich nur mittels dieser Betriebsdaten erkennen und ausschöpfen. Sie sind die Grundlage aller Entscheidungen und daher so fundamental wichtig.

Auftragsdatenerfassung am Beispiel eines SPI-Systems der Firma Koh Young

Doch die Vielfalt der auf dem Markt verfügbaren Maschinen führt zu einer heterogenen Umgebung für die Maschinenintegration. Nicht nur die Schnittstelle zur Maschine selbst, sondern auch ihre Aufgabe im Produktionsprozess erfordern eine differenzierte Anbindung. Das soll am Fallbeispiel einer Solder-Paste-Inspection (SPI) Maschine der Firma Koh Young verdeutlicht werden. Der koreanische Hersteller Koh Young Technology hat sich auf dem Gebiet der 3D Lotpasteninspektion weltweit einen Namen gemacht und ist zu einem de facto-Standard avanciert. Die übliche Vorgehensweise zur Ansteuerung einer SPI-Maschine setzt zunächst die Erstellung der Leiterplatine durch ein CAD-Programm voraus. Mittels dem Extended-Gerberformat werden die Layoutdaten der Leiterplatine anschließend zwischen dem CAD-Programm und der SPIMaschine ausgetauscht. Aus diesen Daten generiert die SPI-Software dann eine Jobdatei, in der alle notwendigen Informationen zu den zu inspizierenden Lotpastenstellen (Pads) enthalten sind. Diese Jobdatei ist dann Grundlage für die eigentliche Lotpasten-Inspektion (vgl. Abbildung 2).

Abbildung 2: Informationsverlust bei der SPI-Joberstellung

Bei diesem Prozess der Jobdatei-Erstellung gehen jedoch weitgehend solche Information verloren, die für den eigentlichen SPI-Prozess ohne Belang sind. Darunter fallen insbesondere Informationen über den Hersteller der elektronischen Komponenten, der eingesetzte Gehäusetyp, die Klassifizierung in Libraries und vieles mehr. Werden solche Informationen für spätere Analysezwecke der erfassten Auftragsdaten benötigt, dann müssen diese nachträglich wieder eingebunden werden. Als fester Bestandteil einer Produktionslinie erhält die SPI aus dem Materialfluss die zu überprüfenden Leiterplatinen und führt dann mit Hilfe der zuvor erstellten Jobdatei die Lotpasten-Inspektion durch. Die Ergebnisse dieser Inspektion werden anschließend für jedes Pad einzeln in lokal gegespeicherte Datenbanken abgelegt (vgl. Abbildung 3).

Abbildung 3: Ergebnisaufbereitung im MIL

Der dabei pro Leiterplatte erzeugte Datenumfang ist direkt von der Anzahl der inspizierten Pads abhängig und in der Regel sehr umfangreich. Sollten etwaige Pads nicht den vorgegeben Grenzwerten entsprechen, so wird zusätzlich Bildmaterial für eine spätere manuelle Bewertung abgespeichert wodurch die Datenmenge erneut ansteigt. Die Aufgabe des Smart Machine Integration Layers (SMI-Layer) besteht nun darin, alle geforderten Daten aus dem Inspektionsprozess dem MES -System zur Verfügung zu stellen. Diese Daten werden dabei sowohl aus der Ergebnisdatenbank wie aus der Jobdatei gewonnen. Doch aufgrund des immensen Datenvolumens, das pro Leiterplatine anfällt, müssen bereits im SMI-Layer umfangreiche Auswertungen durchgeführt werden, um die Datenmenge für die Übergabe an die MESSoftware- Schicht auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Diese Ergebnisaufbereitung ist natürlich von den Erfordernissen der MES-Schicht abhängig. Dadurch kann es durchaus vorkommen, dass Informationen, die bei der Erstellung der SPI Jobdatei verloren gingen, nun vom MES-System in Verbindung mit den Ergebnisdaten wieder benötigt werden. Ist das der Fall, dann muss bereits im SMI-Layer das Joining der Gerber-Daten mit den Ergebnisdaten durchgeführt werden.

Der Smart Machine Integration Layer

Der Informationsverlust, der bei der Erstellung der SPI Jobdatei auftritt, und das gewaltige Datenvolumen, dass für jede inspizierte Leiterplatine anfällt, erfordern eine intelligente Schnittstelle zum übergeordneten MES-System. Diese Schnittstelle muss modular konstruiert sein, um die Anforderungen unterschiedlicher MES-Systeme erfüllen zu können (vgl. Abbildung 4 ).

Abbildung 4: Modularisierung des Maschinen Integration Layers

Da die MES-Branche eine vergleichsweise junge Softwarebranche ist, setzt der Kunden häufig noch proprietäre Systeme ein, die nicht selten aus Eigenentwicklungen hervorgegangen sind. Gerade hier ist aufgrund fehlender Schnittstellen oftErgebnisaufbereitung nach dem SPI-Prozess erforderlich. Aber auch die anfangs erwähnten Ziele wie die lückenlose Rückverfolgbarkeit von Bauteilen (Traceability) oder das Produktionsmanagement erfordern eine Spezialisierung der Anbindungssoftware an die übergeordneten Systeme. Nur durch die Vergabe einer eindeutigen Referenznummer für jede System-Komponente durch das ERP-System kann z.B. die lückenlose Dokumentation während des Herstellungsprozesse garantiert werden. Da diese Referenznummern aber für den eigentlichen CAD- oder SPI-Prozess irrelevant sind, müssen diese mit den Ergebnisdaten der SPI-Maschinen möglichst frühzeitig wieder zusammengeführt werden. Hierbei unterstützt das modulare Konzept die Zusatzdaten der verschiedenen ERP-Anbieter in die Anbindungssoftware zu integrieren.

Die Vielfalt neuerer und älterer Maschinen hat dagegen zu einer heterogen Integrationsumgebung geführt, die nicht durch einige wenige Schnittstellen abgedeckt werden kann. Vielfach sind die Schnittstellen gerätespezifisch und fernab von Industriestandards, so dass die Modularisierung zur Maschinenanbindung zwingend notwendig ist.

Ausblick

Das stetig steigende Datenvolumen, die Durchdringung der Systemebenen mit Zusatzinformationen und das heterogene Soft- und Hardwareumfeld des Kunden erfordert eine modularisierte Anbindung der Maschinen an die übergeordneten Systeme.

Eine solche modulare Anbindung ist seit geraumer Zeit verfügbar und hat sich im produktiven Einsatz bestens bewährt. Auch die exemplarisch erwähnte Anbindung an die Koh Young SPIMaschine kam zahlreich zum Einsatz und läuft im Kontext unterschiedlicher MES-Systeme. Durch das modulare Konzept ist auch eine kundenspezifische Erweiterung problemlos möglich, so dass diese Anbindung auch als stand-alone Anwendung ohne übergeordnete MES- und ERPSysteme zur Anwendung kam.

Die richtige Anbindung wird damit zur Grundlage für den Erfolg unserer Kunden.

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