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Fokustage zu Traceability und Materialmanagement

Julia Traut • 11. April 2023

SmartRep zeigt, wie step-by-step intelligenter Materialfluss
in der SMD realisiert werden kann

Wie baut man ein Traceability-Konzept auf? Wie steuert man den Materialfluss in der SMD optimal? Der Teufel steckt bei diesen Themen bekanntlich im Detail und so informierte SmartRep bei den Fokustagen zu Traceability und Materialmanagement in Hanau wie man step-by-step ein Materialflusskonzept erarbeitet und einführt

Laufwege, Schnittstellen, Skalierbarkeit der Lagerplätze – will man sich dem Thema Materialmanagement ganzheitlich widmen, wird schnell klar: Dabei geht es nicht nur ums Lager. Rüstvorgang, Warenwirtschaftssystem, Unique ID – viele angrenzende Prozesse und Themen greifen hier ineinander.


SmartReps Experte für Materialfluss in der SMD-Fertigung, Nikolai Knapp, erläuterte Ende März an zwei Konferenztagen in Hanau wie beim Thema Materialmanagement Personalkapazitäten gehoben, Prozesssicherheit geschaffen und Automatisierung gestartet werden kann: „Zu hohe Bestände, unnötige Lagerbewegungen, lange Wartezeiten – in den deutschen SMD-Lagern wird viel Potenzial verschenkt“, sagt Knapp. Für ihn ist die Digitalisierung und Automatisierung des Lagers sowie vor- und nachgelagerter Prozesse ein Kernthema für die Transformation zur SmartFactory. Von Wareneingang, bis Lagerung, Rüstung sowie Rücklagerung und Inventur reichen die zu analysierenden Prozessschritte.


„Ohne Unique ID und Anbindung aller Systeme gibt es keine absolute Rückverfolgbarkeit“, sagt der Experte. Weil diese Themen damit auch IT-lastig sind, ist die Frage nach einem intelligenten Materialflusskonzept immer auch eine sehr individuelle, die von dem Warenwirtschaftssystem und den Gegebenheiten einer Fertigung abhängt. „Es ist wichtig zu wissen, dass man kein Millionenprojekt starten muss: Man kann das Thema Materialmanagement auch step-by-step angehen“, sagt Knapp.


Kennzeichnung von Leiterplatten durch Lasermarkierung

In seiner Analyse von „7 Arten der Verschwendung“ in der SMD-Fertigung erläuterte er Ansatzpunkte und Einsparpotenziale, aber auch nötige Investitionskosten, um die Prozesse angesichts von Fachkräftemangel und steigenden Lohnkosten effizient, digital und sicher zu gestalten. Während manche Teilnehmer erst das Thema Unique ID angehen müssen und sich neben den IT-technischen Aspekten auch für die eindeutige Kennzeichnung von Leiterplatten durch Lasermarkierung interessierten, sind andere Fertiger schon damit beschäftigt, autonome Lagerorganisationen zu durchdenken. „Das ist das Spannende an diesem Thema: Jede SMD-Fertigung ist individuell und es gibt auch keinen Königsweg. Allerdings sollte man sich dem Thema ganzheitlich widmen, weshalb wir von SmartRep umfassende Beratung und Konzeptentwicklung bieten.“


Kann das Lager mitwachsen? Welche Laufwege haben die Mitarbeiter? Wird nach dem Bestücken geprüft, wie viele Bauteile noch auf einer Rolle sind und wie viele beim Ansplicen oder Rüsten verloren gingen? Derart analytische Fragen warf Nikolai Knapp in den Vorträgen auf und stellte anschließend technische Lösungen vor, wie mehr Transparenz und Sicherheit erreicht werden können.


Wie viel Material ist vorrätig und wo genau befindet es sich?

Am Anfang aller Überlegungen steht die Unique ID, eine eindeutige Seriennummer. Mit dieser werden alle Produktionsdaten, aber auch die Informationen über die verwendeten Materialien verknüpft. „Idealerweise wird die Unique ID am Beginn der SMD-Linie mit einem Laserbeschrifter auf die Leiterplatte gebracht“, sagte Sebastian Aulbach bei einer Laser-Marker Demonstration. Denn der gelaserte Code sei unverwüstlich und sichere damit die absolute Traceability.


Aber auch im Wareneingang müsse mit Unique IDs gearbeitet werden, damit keine Materialfehler entstehen können: Schon bei der Anlieferung der Bauteile komme es durch menschliche Verwechslungen – ist es eine Null oder der Buchstabe O – immer wieder zu gravierenden Fehlern. Dieses Einfallstor kann durch intelligente Systeme, wie einen Wareneingangsscanner, geschlossen werden. Viel Potenzial liegt auch im Bereich der smarten Lagerung: Wie viel Material ist vorrätig und wo genau befindet es sich? Da helfen Röntgenbauteilzählung und intelligente Lagersysteme, die über eine Schnittstelle an ein übergeordnetes System angeschlossen sind. 

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Eine nachhaltige Traceability in der Elektronikfertigung ist für jeden Produzenten wie auch für den Endkunden heute ein Muss. Gerade in unserer Branche, der Elektronikfertigung gewinnt die Traceability immer mehr an Bedeutung. Nur eine frühzeitige, effiziente und automatische Erfassung der Produktionsdaten ermöglicht eine durchgängige Fertigungsüberwachung. So schafft man wiederum Transparenz der einzelnen Prozesse und das Vertrauen in die gesamte Lieferkette. Im Falle einer Reklamation können so rückwirkend die einzelnen Prozessschritte überprüft und ggf. aufgetretene Qualitätsschwankungen aufgedeckt und abgestellt werden. In der Praxis werden dazu die Baugruppen mit einem eindeutigen Barcode gekennzeichnet, um eine Identifizierung zu ermöglichen, getreu dem Motto, „geben Sie dem Kind einen Namen“. Die wichtigsten Verfahren sind DPM und Klebeetiketten Eine der bekanntesten Möglichkeiten der Kennzeichnung von Leiterplatten ist die Verwendung von Klebeetiketten (Aufkleber oder auch Labels genannt). Verwendet wird dabei meist ein weißes Trägermaterial, welches vorab mit einer Information in Form eines 1D oder 2D Codes bedruckt wurde. Der nachweisliche Trend der Kennzeichnung geht hin zum DPM-Verfahren. DPM steht hierbei für „Direct Part Marking“. Beim DPM wird die Kennzeichnung dauerhaft auf dem jeweiligen Produkt (Leiterplatte, Baugruppe) aufgebracht. Als DPM-Verfahren hat sich dabei die Laserbeschriftung durchgesetzt. In der Regel kommt dabei ein CO2-Lasersystem zum Einsatz, welches beim Beschriftungsprozess einen Farbumschlag im Lötstoplack erzeugt. Wie wir alle wissen ist nichts wirklich perfekt, so auch hier. Beide Verfahren bringen in ihrer Anwendung und im Hinblick auf den gesamten Produktlebenszyklus entsprechende Vor- und Nachteile mit sich. Wo Licht da auch Schatten: Die Vor- und Nachteile liegen auf der Hand Schauen wir uns mal das Aufbringen von Etiketten näher an. Im ersten Moment und gerade bei kleiner Stückzahl sehen wir oft den Einsatz von Etiketten als eine kostengünstige Lösung. Werden diese von Hand aufgeklebt, müssen wir uns über die Kosten und die Fehlermöglichkeiten sicher Gedanken machen. Daher bringt man heutzutage die Etiketten überwiegend direkt mit dem Bestücker auf. Dies hat zur Folge, dass eine mögliche Datenerfassung erst ab der Mitte des Fertigungsprozesses erfolgt. Alle unsere vorgeschalteten Prozesse werden somit für die spätere wichtige gesamtheitliche Prozessvalidierung nicht erfasst. Wir setzen typisch sog. Labelfeeder ein, die der Bestückungsanlage die Aufkleber wie ein Bauteil zur Verfügung stellen. Dadurch reduzieren wir natürlich den so dringend benötigten Stellplatz auf der Bestückungsanlage um teilweise bis zu sieben Spuren. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Rüstungen und könnte im Einzelfall sogar dazu führen, dass wir ein Produkt nicht komplett mit einer Rüstung produzieren können. Zudem erhöhen sich durch das Setzen eines oder mehrerer Etiketten mittels Bestückungsmaschine auch die Taktzeiten, da Etiketten langsamer bestückt werden müssen. Final hat dies Auswirkungen auf unseren gesamten Fertigungsprozess. Die meist vorgedruckten Etiketten müssen bei einem Produktwechsel auch oft umgerüstet werden, da es produktabhängig verschiedene Anforderungen und Einschränkungen gibt. Oftmals ist der Platz auf der jeweiligen Leiterplatte nicht ausreichend vorhanden und so wird lediglich nur ein Barcode auf den Nutzenrand aufgebracht und nicht jeweils auf alle Einzelschaltungen, was nach dem Vereinzelungsprozess zu einer unvollständigen und nicht mehr nachvollziehbaren Prozesskette führt. Eine solche vereinfachte Kennzeichnung deckt zwar manchmal den reinen internen Prozess zur Datenerfassung ab, am Ende müssen wir uns aber alle überlegen, ob dies unserem Anspruch an Qualität und Liefertransparenz gerecht wird. Immer die Konsequenz aus dem Gesamten dabei beachten. Gewisse technische Einschränkungen sind zudem zu überprüfen. Wir wissen, dass Etiketten kleiner 5x5mm nicht mehr prozesssicher platziert und gelesen werden können. Auf kleinen Etiketten ist natürlich auch weniger Inhalt möglich. Um einen Code muss mindestens ein umlaufender Rand von gut 1mm freigehalten werden um ihn später sauber lesen zu können. Besteht der Wunsch oder die Idee die Etiketten bereits vor der SMT Linie auf die Leiterplatte aufzubringen, müssen wir ein paar weitere Faktoren beachten. Einer davon ist der Druckprozess. Man stelle sich vor, dass ein ca. 100µm dickes Etikett auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Eine klassische Druckschablone ist i.d.R. ca. 100-130µm dick. Nun trifft die Schablone auf das 100µm dicke Etikett und verursacht so an und um diese Stelle einen erhöhten Absprung. Dieser führt zu einer ungewollt höheren Aufbringung von Lotpaste, was gerade bei FinePitch zu Fehlern führt. Am Ende ist es auch eine Kostenfrage. Die Kosten für Etiketten steigen mit zunehmender Menge und Varianten. Zudem bedarf es hitzebeständiger und teurer Etiketten (sog. Kapton-Material) für einen prozesssicheren Einsatz im Lötprozess. Nur diese halten einen teilweise zweimaligen Durchlauf durch den Lötofen aus. Eine langfristige Berechnung über die Stückzahlen sollte hier immer vorgenommen werden, um so andere Verfahren wie die Laserbeschriftung auch in Betracht zu ziehen. Ein klarer Vorteil von Aufklebern ist dabei das sehr gute Kontrastverhältnis. Auf ein weißes Etikett wird ein schwarzer Inhalt gedruckt. Auch bei einem späteren Beschichtungsverfahren (Bsp. Schutzlackierung) der Baugruppe kann meist der Inhalt noch sehr gut gelesen werden. Der wichtigste Faktor aber ist, Etiketten können abfallen und somit verlieren Sie alle Informationen. Kommen wir zum DPM-Verfahren und schauen uns dabei die Laserbeschriftung genauer an. Die Laserbeschriftung kommt am Anfang einer SMT Fertigung zum Einsatz. Meist als inlinefähige Anlage direkt in der SMT Linie vor dem Drucker oder als autarke automatisierte „Beschriftungsinsel“ vor der Linie oder bereits im Wareneingang. Die Taktzeiten pro Beschriftung sind sehr kurz. Die Qualität der Beschriftung wird im System gleich nach dem Aufbringen überprüft. Neben dem hohen Durchsatz steht auch die Flexibilität der Kennzeichnung im Fokus einer modernen Laserbeschriftungsanlage. Der Inhalt kann frei definiert und zur Kennzeichnung entsprechend produktspezifisch ausgeführt werden. In der Größe der Kennzeichnung und dem Inhalt sind Sie praktisch frei und so ist eine individuelle Kennzeichnung je nach verfügbarem Platz auf der Leiterplatte umsetzbar. Definitiv verbleibt die Kennzeichnung dauerhaft auf der Leiterplatte und kann nur mechanisch zerstört werden. So sind Sie für alle Fälle auf der sicheren Seite.
von Stefanie Marszalkowski 13. Januar 2021
Die LPKF Laser & Electronics AG blickt zurück auf ein Jahr erfolgreicher Zusammenarbeit mit der SmartRep GmbH: Seit 2019 ist SmartRep exklusiver Partner für die LPKF-Lasernutzentrennsysteme in der D-A-CH Region. SmartRep konnte bereits zahlreiche Anfragen generieren und mehrere Projekte erfolgreich abschließen. Vor allem der Schweizer EMS-Markt zeigte großes Interesse an der Lasernutzentrenntechnologie. „SmartRep hat sich mit seiner langjährigen Erfahrung und guter Branchenkenntnis als die richtige Wahl für einen Vertriebspartner erwiesen“, sagt Thorne Lietz, Senior Sales Manager bei LPKF.
Smarte SMD-Lagerlösungen bei Deltec
von Dr. Julia Traut 17. November 2020
Keine Suchzeiten für Bauteilrollen, geringer Platzaufwand, einfache Bedienung – so lassen sich die Vorteile kurz zusammenfassen, die DELTEC Automotive durch die Umstellung des Lagers für Highrunner-Produkte auf die smarten Regale von INOVAXE erreichte.
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