In dieser Geschichte geht es um uns! Rockwell Automation, Inc. ist ein weltweit führender Anbieter für industrielle Automatisierung und digitale Transformation. Wir verbinden die Kreativität von Menschen mit der Leistungsfähigkeit der Technik, um die Grenzen des menschlich Möglichen zu erweitern.
- Die Verschlechterung der Prozessleistung durch abgenutzte Werkzeuge erkennen, bevor sie zu Produktionsunterbrechungen führt
- Frühere Erkennung eines abgenutzten Teils um bis zu 30 bis 60 Tage
- Fehlerrate um bis zu 22 % reduziert
- Einsparungen von 45 000 USD durch reduzierte Arbeitskosten
- Umsatz von 9 Mio. USD wurde früher realisiert
Was sind die Vorteile eines platten Reifens? In der Regel werden Sie sofort auf das Problem aufmerksam gemacht. Eine Warnleuchte wird auf Ihrem Dashboard angezeigt, oder Sie bemerken beim Fahren eine Veränderung. Sie reparieren oder ersetzen den Reifen und fahren anschließend ohne Probleme weiter. Das Problem bleibt auf den Reifen beschränkt.
Das ist bei vielen Fertigungsprozessen nicht der Fall. Oft bemerken Bediener nicht, dass ein Eingreifen erforderlich ist, wenn ein Werkzeugteil zu verschleißen beginnt, erst wenn es zu einer größeren Unterbrechung im Prozess kommt. Dies könnte bedeuten, dass weitere Teile der Produktionslinie von Störungen betroffen sind. Das Produkt in der Produktionslinie kann beschädigt werden. Die Produktion könnte zum Stillstand kommen.
Hätten die Bediener das einzelne Problem früher erkannt, hätten sie entsprechend handeln können. Stattdessen kommt es beim Hersteller zu Ausfallzeiten, Materialverschwendung und Produktionsausfällen.
Rockwell Automation, insbesondere Softwarearchitekt Kai Lin sowie die PBCA-Prozessingenieure Miki Cvijetinovic und Gregory Vance, erkannten, dass dies ein Problem für unsere Kunden darstellt, und beschlossen, etwas dagegen zu unternehmen. Sie testeten eine Lösung im Rockwell Automation-Werk in Twinsburg, Ohio.
Herausforderung
Hier ein Überblick darüber, was unsere Elektronikmontage in den Rockwell Automation-Werken umfasst:
- 4 000 einzigartige Leiterplattendesigns pro Jahr
- 9 Mio. platzierte Komponenten pro Tag
- 23 Mio. Lötverbindungen pro Tag
- 14 000 hergestellte Schaltschränke pro Tag
Unser Standort in Twinsburg verfügt über 8 Fertigungsstraßen. Twinsburg ist eine große Produktionsanlage, und wie in allen Anlagen gibt es viele Prozesse, die die Produktion beeinflussen können. Für unser Pilotprojekt entschieden wir uns, den Fokus auf den Schablonendruckprozess zu legen.
Verstehen des Prozesses
Eine Schablonenfolie verfügt über lasergravierte Öffnungen, unter denen eine Leiterplatte platziert wird. Anschließend drückt eine Rakel die Lötpaste von der Vorder- zur Rückseite der Schablone, wodurch die Öffnungen mit Lötpaste gefüllt werden, die auf der Leiterplatte haften bleibt. Am Ende des Vorgangs wird die Leiterplatte weitertransportiert und anschließend überprüft. Die nächste Leiterplatte wird in die entgegengesetzte Richtung gedruckt, wobei eine andere Rakelklinge verwendet wird. Bei jedem Teil dieses Prozesses werden Leistungsdaten generiert.
Komplexer als es auf den ersten Blick scheint
Hinter jedem einfach wirkenden Fertigungsprozess stecken häufig komplexe Zusammenhänge. Der Schablonendruck ist ein komplexer Prozess, bei dem viele unabhängige Variablen eine Rolle spielen. Dies erschwert es dem Supportpersonal, Abnutzung oder nachlassende Leistung der Schablonen und Rakel zu erkennen, besonders dann, wenn die Abnutzung mit bloßem Auge schwer zu erkennen ist. Außerdem beeinflussen der Beginn des Prozesses und längere Pausen während des Ablaufs die Effektivität der Lötpastenübertragung, wodurch es schwierig wird, die langfristige Abnutzung der Werkzeuge zu analysieren.
Darüber hinaus weisen Schablonen, die dünner sind oder spezielle Beschichtungen aufweisen, unterschiedliche Lebensdauern auf, was die Vorhersagbarkeit der entstehenden Abnutzung weiter erschwert. Und obwohl bei jedem Schritt des Prozesses Leistungsdaten erzeugt werden, können die Mitarbeiter im Support – aus IT, OT und Engineering – diese enorme Datenmenge nicht in Echtzeit erfassen und auswerten.
Die Supportmitarbeiter benötigten eine bessere Möglichkeit, die Leistungsdaten ihrer Geräte in Echtzeit zu erfassen und auszuwerten sowie sofort über Anomalien oder Schäden an der Ausrüstung informiert zu werden. Dies war der perfekte Anwendungsfall für unseren Anomalieerkennungsalgorithmus, dessen Berechnungen Sekunden nach der Druckinspektion über FactoryTalk® DataMosaix™ berechnet und angezeigt werden konnten.
Lösung
Unser Projektingenieur und die Softwareteams gingen dieses Problem mit einem algorithmischen Ansatz an. Sie entwickelten einen patentierten Anomalieerkennungsalgorithmus, der Rockwell Automation gehört, der die Werkzeuge im Schablonendruckprozess überwacht und Leistungsdaten an die Supportmitarbeiter sendet. Anschließend wurden Benachrichtigungen zu diesem Algorithmus implementiert, damit das Anlagenpersonal sofort über Anomalien informiert werden konnte, ohne mühsame nachträgliche Analysen durchführen zu müssen.
Benötigte Tags und Sensoren
Zunächst fügte das Engineering-Team RFID-Tags zu jeder unserer Schablonen und jeder Rakelklinge RFID-Tags hinzu, sowie einen Sensor, der die Bewegungsrichtung des Portals erfasst. Das Team sammelte die Daten und verknüpfte sie mit den Seriennummern der Leiterplatten, die in die Maschinen gelangten und von einer bestehenden speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) erfasst wurden. Außerdem verknüpften sie die Daten mit der jeweiligen Schablone und Rakelklinge, um Leistungsdaten zu Anomalien, Fehlern und der Überprüfung der Lötpaste zu erhalten.
Elegante Datenerfassung und -kontextualisierung
Anschließend wandten wir uns FactoryTalk® DataMosaix zu. FactoryTalk® DataMosaix ist eine SaaS-Anwendung, die große Mengen an Ursprungsdaten aus verschiedenen Quellen zusammenführt, diese in einer Plattform kontextualisiert und für Anwendungen nutzbar macht, die von den Betriebsleitungsteams verwendet werden.
Warum wurde FactoryTalk DataMosaix für dieses Projekt ausgewählt? Typische BI-Tools boten weder ausreichend Möglichkeiten zur Modellierung von Datenbeziehungen noch die Fähigkeit, diese Kontextualisierung in Echtzeit durchzuführen. Power BI beispielsweise erforderte, dass die Analyse manuell durchgeführt wurde.
Für die Anlage in Twinsburg wurde diese Analyse monatlich durchgeführt. Mit FactoryTalk® DataMosaix konnte die Analyse in Echtzeit erfolgen – eine Voraussetzung dafür, dass das Anlagenpersonal sofort über Leistungsanomalien informiert wird.
Darüber hinaus verfolgt FactoryTalk® DataMosaix den gesamten Lebenszyklus der Rakelklingen und Schablonen, während sie sich im Fertigungsbereich bewegen. Typischerweise wird die Schablone nur dann verfolgt, wenn sie in einer Linie verwendet wird. Wird sie später zurückgebracht und in einer anderen Linie eingesetzt, werden die Daten über ihre bisherige Laufzeit und Leistung nicht berücksichtigt, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Mitarbeiter mögliche Leistungsprobleme übersehen.
Mit FactoryTalk® DataMosaix haben wir die Daten in einem Diagramm dargestellt, das das Risiko eines Geräteausfalls aufzeigt. Diese Analysemethode ist eine „wirklich elegante Möglichkeit, die Leistung der Linie zu betrachten“, sagt Kai Lin, Softwarearchitekt bei Rockwell Automation. „Es geht wirklich darum, ob sich die Linie verbessert oder verschlechtert.“
Echtzeitwarnungen in Teams
Schließlich richtete das Team einen Kanal in Microsoft Teams ein, dem jeder in der Anlage folgen konnte, um Echtzeitbenachrichtigungen über Gerätestörungen oder Defekte zu erhalten. Benachrichtigungen hätten auf verschiedene Weise erzeugt werden können. Unser Team entschied sich für Microsoft Teams, weil es das Unternehmenssystem ist, das das Team bereits verwendete.
So funktionierte der Prozess früher. Wenn die Lötpasten-Inspektionsmaschine ein Problem mit einer Leiterplatte feststellte, musste der Bediener dies manuell überprüfen oder reinigen, was zu Verzögerungen oder möglichen Fehleinschätzungen führen konnte. Heute löst der Algorithmus durch die Überwachung der Leistung der Werkzeuge – Rakel und Schablonen – Warnmeldungen bei ungewöhnlich hohen Ausfallraten der Leiterplatten aus, sodass die Bediener die Produktion pausieren und das Problem umgehend untersuchen können.
Dank der implementierten Lösung können Bediener nun schnell das Werkzeug identifizieren, das die Ausfälle verursacht. Zuvor erschwerte die Art der Produktionsumgebung die Ermittlung der Ursache erheblich.
Jetzt war es an der Zeit zu sehen, ob die Lösung funktionierte. Die Anlage wurde Ende 2023 mit dem Algorithmus FactoryTalk DataMosaix und dem Microsoft Teams-Projekt in Betrieb genommen und sammelte etwa 70 Tage lang Daten.
Ergebnis
Weniger fehlerhafte Inspektionen
Es gab mehrere Fälle, in denen das Engineering-Team und das Anlagenpersonal eine Benachrichtigung über eine Schablonenanomalie oder einen Schablonenfehler erhielten und entsprechend reagieren konnten. Anstatt auf Ausfälle zu warten (oder Schablonen ohne echten Bedarf nach einem festen Kalenderdatum auszutauschen), gab der Algorithmus den Bedienern eine 30–60-tägige Vorwarnung vor einem Schablonenversagen. Und nach dem Austausch oder der Reparatur der beschädigten Schablone verbesserte sich die Ausfallrate jeweils um 22 %.
Höhere Bedienerproduktivität
Darüber hinaus wurden die Maschinenbediener produktiver. Da das Supportpersonal nun frühzeitig über Schablonenprobleme informiert wird, bevor diese den Rest der Produktionslinie beeinträchtigen, und über aussagekräftige Daten verfügt, haben die Bediener weniger Ablenkungen und können effizienter arbeiten.
Kapitalrendite für Twinsburg und darüber hinaus
Nach einer viermonatigen Auswertung in unserer Anlage in Twinsburg stellten wir fest, dass die jährlichen Einsparungen bei den Arbeitskosten die Aufwendungen deutlich überstiegen – mit einer Kapitalrendite (ROI) von rund 200 %. Da zusätzliche Anwendungsfälle geplant sind, sind wir zuversichtlich, dass die Kapitalrendite von FactoryTalk DataMosaix weiter steigen wird, was diese jährlichen Ausgaben rechtfertigt.
Umsatzunterbrechung
Schließlich führten die verbesserte Ausfallrate und die gesteigerte Produktivität zu deutlichen Umsatzgewinnen. So konnte die Anlage aufgrund weniger Unterbrechungen schneller Umsätze im Wert von 9 Millionen USD erzielen.
Die Zukunft ist rosig...und produktiv
Was bringt die Zukunft für die Integration des Algorithmus mit FactoryTalk DataMosaix? Die Engineering- und Softwareteams arbeiten daran, die Lösung in Twinsburg in großem Maßstab sowie in unseren Anlagen in Mequon, Monterrey und Singapur einzusetzen. Wir prüfen außerdem weitere Einsatzmöglichkeiten dieser Lösung innerhalb unserer eigenen Betriebsabläufe.
Da Rockwell Automation den Algorithmus besitzt, sind die Anwendungsfälle für unsere Kunden nahezu unbegrenzt. Wie Kai Lin sagt: „Wenn man bedenkt, was der Algorithmus ermöglicht … und das mit der Überwachung der Leistung von Werkzeugen im Prozess verknüpft, sehe ich eine sehr breite Anwendungsmöglichkeiten in der diskreten Fertigung.“
Veröffentlicht 26. Juni 2024