Wenn Daten handeln lernen

Moderne SMT-Linien sind schon heute hochgradig automatisiert. Drucker, Bestückautomaten und Inspektionssysteme führen viele Prozessschritte selbstständig aus und erzeugen dabei kontinuierlich Daten zu Prozessen, Materialflüssen und Qualität. Leistungsfähige Software erkennt Abweichungen, berechnet Optimierungsvorschläge und meldet Materialbedarf. Trotzdem bleibt ein entscheidender Schritt oft noch dem Menschen überlassen: die Bewertung dieser Informationen sowie die darauf basierenden Entscheidungen und ihre Umsetzung. Bernhard Fritz, Head of Global Marketing, ASMPT SMT Solutions

Erstmals greifen drei Entwicklungen ineinander:

Bislang fehlte für eine weitgehend autonome Fertigung meist mindestens ein Baustein. Mal war die Datenbasis lückenhaft, mal konnten Softwarelösungen komplexe Zusammenhänge noch nicht zuverlässig bewerten. Und Robotersysteme waren für viele Aufgaben schlicht zu unflexibel oder zu teuer.

Heute hat sich die Ausgangslage jedoch grundlegend verändert. Moderne SMT-Linien liefern bereits einen großen Teil der für automatisierte Entscheidungen benötigten Informationen. Parallel dazu ermöglichen leistungsfähige KI-Systeme und Data Analytics die intelligente Auswertung dieser Daten, die Erkennung von Zusammenhängen und die Ableitung von Handlungsempfehlungen. Hinzu kommt eine neue Generation kollaborativer und autonomer mobiler Roboter, die flexibel genug ist, um rund um die Uhr Standardaufgaben in der Fertigung zu übernehmen. Damit wird erstmals greifbar, was lange als Zukunftsvision galt.

Der Weg zur autonomen Fertigung

Ein Blick in heutige SMT-Fertigungen zeigt: Vieles davon ist bereits Realität. ASMPT entwickelt und integriert die dafür notwendigen Technologien bereits seit Jahren.

„Die spannende Entwicklung ist aus meiner Sicht nicht, dass plötzlich völlig neue Technologien entstehen. Vielmehr erleben wir, wie bestehende Lösungen zunehmend zusammenwachsen. Viele Bausteine einer autonomen Fertigung existieren bereits – jetzt beginnt die Phase, in der sie intelligent miteinander vernetzt werden“, erklärt Thomas Bliem, Vice President R&D bei ASMPT SMT Solutions.

Ein gutes Beispiel hierfür ist der automatische Download des Produktionsprogramms bei einem Produktwechsel an der SMT-Linie durch die neue Leiterplatte, wie er von ASMPT umgesetzt wurde. Die Produktinformationen werden über die standardisierte Schnittstelle IPC-HERMES-9852 von Maschine zu Maschine entlang der gesamten SMT-Linie weitergegeben. Jede Station – vom DEK Lotpastendrucker über das Process Lens SPI-System bis hin zu den SIPLACE Bestückautomaten – erkennt selbstständig, ob ein Produktwechsel vorliegt, und lädt bei Bedarf automatisch das passende Produktionsprogramm. Selbst Familienrüstungen und rüstübergreifende Produktwechsel lassen sich so weitgehend ohne manuelle Eingriffe realisieren.

Am Linienanfang übernimmt die Druckplattform DEK TQ schon zahlreiche Aufgaben, die früher vollständig vom Bedienpersonal ausgeführt wurden. Dazu gehören die Hochgeschwindigkeits-Unterschablonenreinigung, die automatische Pastenübertragung beim Schablonenwechsel, das softwaregesteuerte Setzen der Support-Pins sowie die automatische Versatzkorrektur im Closed-Loop-Verfahren mit dem SPI-System. All dies entlastet die Mitarbeitenden und sorgt zugleich für stabilere Prozesse. Mit einer neuen, innovativen Lösung für den automatisierten Rüstwechsel vereinfacht ASMPT den Prozess nochmals deutlich. Anstatt Schablone und Rakel separat auszutauschen, ersetzt das Bedienpersonal lediglich die alte Schablone inklusive der vom Druckkopf darauf positionierten Rakel durch ein vorbereitetes Setup. In diesem sind Rakel und Pastentransfereinheit mit Hilfe eines Adapters bereits mit der Schablone verbunden. Alle weiteren Schritte erfolgen automatisch. So sinkt die Bedienzeit am Drucker von rund vier Minuten auf nur noch etwa 30 Sekunden.

In der intelligenten Fertigung verhält es sich mit dem Materialfluss ähnlich. Moderne Software von ASMPT übernimmt inzwischen viele Aufgaben, die früher vollständig manuell geplant und erledigt werden mussten. Sie erfasst kontinuierlich die Materialbestände und Lagerorte sowie den zukünftigen Bedarf an der SMT-Linie. Darauf basierend wird ein bedarfsgerechter Nachschubzeitpunkt ermittelt und die entsprechenden Transportaufträge werden selbstständig angestoßen. In Verbindung mit autonomen mobilen Robotern entsteht so ein zunehmend automatisierter Materialfluss nach dem 4R-Prinzip: das richtige Material in der richtigen Menge am richtigen Ort zur richtigen Zeit.

Mit der steigenden Nachfrage nach AI-Servern werden auch die Leiterplatten immer komplexer und die Zahl der Bauelemente wächst kontinuierlich. Dies hat zwangsläufig einen höheren Materialverbrauch, mehr Rollenwechsel und Spleißvorgänge zur Folge. Die SIPLACE Smart Feeder von ASMPT unterstützen bereits 1-mm-Pitch-Tapes. Dadurch passen deutlich mehr Bauelemente auf eine Rolle, sodass Rollen seltener gewechselt und gespleißt werden müssen. Der manuelle Aufwand sinkt damit spürbar. Den nächsten konsequenten Schritt geht ASMPT gemeinsam mit einem spezialisierten Robotikpartner: Künftig werden Spleiß-Roboter die weiterhin erforderlichen Anspleißvorgänge an den SIPLACE Bestückplattformen selbstständig übernehmen. Automatische Spleiß-Systeme haben sich im praktischen Einsatz, speziell in der High-Volume/LowMix-Fertigung, bereits bestens bewährt. Da sie zugleich aufwändige manuelle Routinearbeiten, Fehlerquellen und Linienstillstände reduzieren, haben sie sich je nach Fertigung oft schon nach ein bis zwei Jahren amortisiert.

KI verbindet, was bislang getrennt war

Die eigentliche Stärke von KI besteht nicht darin, einzelne Maschinen oder Systeme intelligenter zu machen. Erst ihr Zusammenspiel erschließt das Potenzial dieser Lösungen. Stellt das Process Lens SPI-System beispielsweise eine schleichende Verschlechterung des Druckprozesses fest, kann die WORKS Software im geschlossenen Regelkreis automatisch die Druckparameter nachregeln. Erkennt ein AOI-System wiederkehrende Fehler, lassen sich die Ursachen durch die Verknüpfung von Inspektions-, Druck- und Bestückdaten mit der Software bis zum jeweiligen Prozessschritt zurückverfolgen. Mithilfe von Data Analytics und KI kann die WORKS Software diese Informationen nicht nur auswerten, sondern auch die richtigen Maßnahmen ableiten und deren Umsetzung initiieren. So wird aus der Analyse eine weitgehend automatisierte Prozesssteuerung.

Auch auf Shopfloor-Ebene eröffnen sich dadurch neue Möglichkeiten. So analysieren beispielsweise Softwarelösungen von ASMPT Produktionsdaten unterschiedlicher Linien mit KI, vergleichen sie mit theoretisch optimalen Abläufen und machen bislang verborgene Optimierungspotenziale sichtbar. KI-gestützte Assistenzsysteme wie Virtual Assist von ASMPT unterstützen Servicetechniker zudem sprachgesteuert bei der Fehlersuche und leiten sie systematisch durch komplexe Wartungs- oder Reparaturaufgaben.

Prozesswissen wird zum entscheidenden Erfolgsfaktor

Die Voraussetzung dafür ist allerdings weit mehr als Künstliche Intelligenz. Damit eine Software eigenständig Entscheidungen treffen kann, muss sie zunächst verstehen, wie die einzelnen Prozesse einer SMT-Fertigung zusammenhängen. Lotpastendruck, Materialversorgung, Bestücken, Inspektion und Logistik beeinflussen sich gegenseitig. Eine scheinbar kleine Abweichung in einem Prozessschritt kann sich an ganz anderer Stelle bemerkbar machen.

Dieses Verständnis entsteht nicht über Nacht. Seit Jahrzehnten entwickelt ASMPT gemeinsam mit Kunden und Technologiepartnern Lösungen für nahezu alle Bereiche der SMT-Fertigung. Aus dieser engen Zusammenarbeit ist ein tiefes Prozessverständnis entstanden, das heute weit über einzelne Maschinen oder Softwarefunktionen hinausgeht.

„Prozesswissen lässt sich nicht einfach programmieren. Es entsteht über viele Jahre – gemeinsam mit unseren Kunden und aus den Erfahrungen unterschiedlichster Fertigungen. Genau deshalb wird Künstliche Intelligenz und Data Analytics auch künftig nur so gut sein, wie das Prozessverständnis, auf dem sie aufbaut“, erläutert Thomas Bliem, Vice President R&D bei ASMPT SMT Solutions. „Genau hier liegt die besondere Stärke von ASMPT. Kein anderer Hersteller ist so tief und breit im SMT-Prozess verwurzelt. Dieses Wissen aus unzähligen Projekten und Fertigungsumgebungen bildet die Basis unserer Lösungen und fließt jeden Tag in unsere Produkte ein.“

Erst das Zusammenspiel aus diesem Prozesswissen, den heute verfügbaren Fertigungsdaten sowie den Möglichkeiten moderner Data Analytics, KI und Robotik schafft die Grundlage für die nächste Stufe der Automatisierung. Dieses Verständnis komplexer Fertigungsprozesse ist entscheidend dafür, wie weit sich Automatisierung tatsächlich entwickeln lässt.

Die nächste Automatisierungswelle hat schon begonnen

Die Zukunft der SMT-Fertigung wird also nicht von einer einzelnen spektakulären Innovation geprägt sein. Viele der dafür notwendigen Technologien sind längst in der Praxis angekommen. Daten entstehen heute entlang der gesamten Fertigung. KI kann daraus Zusammenhänge ableiten und moderne Robotik übernimmt zunehmend Aufgaben, die bislang manuell ausgeführt wurden. Was bisher häufig nebeneinander existierte, wächst nach und nach zu einem durchgängigen Gesamtsystem zusammen.

Der entscheidende Fortschritt liegt deshalb nicht allein in schnelleren Maschinen oder leistungsfähigeren Softwarelösungen. Vielmehr ist entscheidend, dass Informationen unmittelbar in Aktionen umgesetzt werden. Erkennt das System eine Abweichung, kann es nicht nur deren Ursache identifizieren, sondern im nächsten Schritt auch die passende Maßnahme einleiten.

Künftig wird die KI nicht nur Entscheidungen für einzelne Maschinen oder Linien treffen, sondern Produktionskapazitäten, Materialflüsse und Ressourcen über die gesamte Fertigung hinweg koordinieren. So entwickelt sich die intelligente Fertigung von einer vernetzten Produktionsumgebung zu einem System, das immer mehr Abläufe eigenständig steuert. Routineaufgaben werden zunehmend automatisiert, sodass sich Prozessingenieure und Operator stärker auf Optimierung, Überwachung und die kontinuierliche Weiterentwicklung der Fertigung konzentrieren können.

„Für uns ist dabei klar: Die Zukunft gehört nicht der KI allein, sondern der intelligenten Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI. Der Mensch setzt die Leitplanken, definiert Entscheidungsräume und behält bei kritischen Entscheidungen stets die Kontrolle“, erläutert Thomas Bliem.

Die Grundlagen dafür sind längst gelegt. Jetzt kommt es darauf an, die vorhandenen Technologien sinnvoll miteinander zu verbinden.