Montage-Assistenzsystem bei Ziehl-Abegg

Kollege Klaus schaut über die Schulter

Ziehl-Abegg setzt bei der Elektronikfertigung auf den Schlauen Klaus. Das intelligente Assistenzsystem schaut dem Werker über die Schulter und meldet eventuelle Fehler direkt an die arbeitende Person zurück. Die Produktivität in der Linie stieg um rund 20 Prozent.

In der Elektronikfertigung bei Ziehl-Abegg ist der intelligente Arbeitstisch Schlauer Klaus an sechs Arbeitsplätzen integriert. (Bild: Helmut Müller)

Miroslawa Schneider ist ganz entspannt. Die Mitarbeiterin in der Elektronikfertigung bei Ziehl-Abegg in Künzelsau bestückt Leiterplatten für EC-Motoren und -Ventilatoren. Dank ihres Arbeitskollegen weiß sie: Sie kann nichts falsch machen. Der Schlaue Klaus – so heißt ihr Kollege – ist ein mit Industriekameras ausgestatteter mitdenkender Arbeitstisch von Optimum aus Karlsruhe. Und wenn Miroslawa Schneider alles richtiggemacht hat, dann erscheinen ein großes „O.K.“ und ein freundlicher Smiley auf dem Bildschirm.

Vor der Integration des Schlauen Klaus in den Fertigungsprozess des Ventilatorenspezialisten war die Arbeit für die Mitarbeiterinnen anspruchsvoller. „Es blieb eine ständige Ungewissheit, und wir haben bei jeder Leiterplatte nach der Bestückung noch einmal gewissenhaft drübergeschaut, ob auf der Leiterplatte auch wirklich alle Teile am richtigen Platz und in der richtigen Ausrichtung vorhanden sind“, erklärt Miroslawa Schneider. Das entfällt nun komplett. Dadurch ist die Produktivität in der Linie um rund 20 Prozent gestiegen. „Bei der Idee, in der Bestückung ein automatisiertes Inspektionssystem mit direkter Rückmeldung einzuführen, ging es vor allem um die Absicherung unseres hohen Qualitätsstandards. Dass die Mitarbeiterinnen jetzt schneller hantieren, ist ein schöner Gewinn bringender Nebeneffekt“, freut sich Produktionsleiter Hermann Mütsch.

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Blitz im Gehirn

Für den Ausbau der Leiterplattenbestückung in der Elektronikfertigung hat er nach einem System gesucht, das die manuelle Bestückung überwacht und Fehler sofort am Arbeitsplatz in Echtzeit an die arbeitende Person visualisiert zurückmeldet. „Der Schlaue Klaus war dann so etwas wie der Blitz im Gehirn“, erinnert sich Hermann Mütsch. Er hat gleich sechs der intelligenten Assistenzsysteme bestellt und in eine neue Fertigungslinie integriert. In der Linie werden 15 verschiedene Teilenummern für drei Motorbaugrößen gefahren. Die Kapazität ist für 400.000 Leiterplatten im Zweischichtbetrieb ausgelegt. Pro Schicht sind neben dem Schichtführer sechs Bestückerinnen, drei Prüfer, ein Materialbereitsteller und ein Elektroniker für die Reparatur fehlerhafter Baugruppen beschäftigt.

Das Ensemble verbindet die bisher getrennten Arbeitsbereiche Bestückung und Leiterplattentest miteinander. Zusätzlich ist der Arbeitsgang Nutzentrennung angefügt. Bei diesem werden die runden Leiterplatten aus dem eckigen Nutzen gefräst. Die Einbindung des Schlauen Klaus in das System war unkompliziert. „Trotz Sonderwünschen verlief die Installation und die Anbindung an die Steuerung der Fertigungslinie und unsere IT-Umgebung problemlos. Ein kleines, separates Programm für die Anbindung an die zentrale Steuerung war schnell geschrieben“, sagt Prozessplaner Heiko Spohn.

Ist eine Leiterplatte richtig bestückt, gibt der Schlaue Klaus visuell und akustisch sein OK und der der Mitarbeiter erhält ein digitales Lob via Smiley (Bild: Helmut Müller)

Über die Auftragsnummer erhält der Schlaue Klaus nun alle erforderlichen Daten aus der firmeninternen Datenbank für die Leiterplattenbestückung. Der intelligente Arbeitstisch leitet per Monitor den Mitarbeiter an, schaut ihm über die Schulter, verfolgt jeden Arbeitsschritt und bestätigt, wenn der Arbeitsvorgang mit null Fehlern erfüllt ist. „Es erfolgt eine Kommunikation zwischen Mensch und Computer. Der Mensch agiert, der Computer gibt grünes Licht, wenn die Aktion richtig war. Fehler werden sofort erkannt und der Mitarbeiter wird unmittelbar aufgefordert, zu korrigieren. Erst dann geht es weiter “, erläutert Diplom-Betriebswirt Wolfgang Mahanty. Der Optimum-Geschäftsführer hat das System zusammen mit einem Team entwickelt und zur Serienreife gebracht. Als Spezialist für industrielle Bildverarbeitung und intelligente Datenbanksysteme hat er das Assistenzsystem so mit Schnittstellen ausgestattet, dass es mit anderen Software-Systemen der Kunden kommunizieren kann. Diese erlauben eine schnelle Integration in den Produktionsprozess und einen einfachen Datenaustausch mit den Systemen.

Der Schlaue Klaus besteht aus einem hochauflösenden HD-Touchscreen mit 21,5 Zoll, einer oder mehreren USB-3.0-Industriekameras mit Halbzoll-Sensoren und extrem hoher Auflösung bis zu 18 Megapixel, energieeffizienten LED-Panels mit einer Lichtstärke bis zu 2.000 Lux und einem Vier-Gigahertz-Hochleistungsrechner einschließlich bis zu zwei integrierten Gigabit-Netzwerkadaptern. Das System ist modular aufgebaut. Für den Praxisalltag hat Optimum sechs Varianten vorkonfiguriert: Für Warenein- und -ausgang, Identifizierung, Kommissionierung, Endkontrolle und Montage. Ergänzend bietet das Unternehmen Add-ons zur Variantensteuerung, Versionierung, Protokollierung und für den Support. Für spezielle Anwendungen gibt es Zubehör, vom Barcodeleser über RFID-Leser bis hin zum elektrischen Messgerät oder Drehmomentschlüssel.

Herzstück ist Bildverarbeitungssoftware

Das Herz des Schlauen Klaus ist die durch eine intelligente Datenbank gestützte Bildverarbeitungssoftware. Diese zerlegt Kundenprozesse in Teilschritte, überprüft deren richtige Abfolge und schlägt sowohl akustisch als auch visuell Alarm, wenn sie unkorrekt ausgeführt werden. Die Software kommuniziert mit den Kundensystemen und ist in der Lage, jeden Schritt lückenlos zu protokollieren und zu dokumentieren. „Rückrufaktionen, teure Reklamationen oder Nachsendungen von fehlenden Teilen gehören der Vergangenheit an“, meint Wolfgang Mahanty. Die gesammelten Daten können Kunden nutzen, Abläufe weiter zu optimieren oder auf andere Abläufe zu übertragen.

Schichtführer und Programmierer Stefan Weiß von Ziehl-Abegg sieht vor allem drei Vorteile: Die Einarbeitungszeit hat sich extrem verkürzt, die Bestückungsqualität sei gestiegen und die Fehlerquote sei signifikant gesunken. Bei der Bestückung gehe sie gegen Null. Werde ein Bauteil mit falscher Polarität eingesetzt oder ein Bauteil schräg eingebaut, melde sich der wissende Kollege.

Miroslawa Schneider bestückt eine Leiterplatte, der digitale Arbeitskollege schaut ihr über die Schulter. (Bild: Helmut Müller)

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter kommen mit dem Schlauen Klaus sehr gut zurecht. Auch der Betriebsrat und die Datenschutzbeauftragte haben gegen das Assistenzsystem keine Bedenken. Derzeit fertigt eine Bestückerin rund 160 Leiterplatten am Tag. Sie werden im Uhrzeigersinn abgearbeitet. Innerhalb der Linie wird rotiert. „Wir wechseln immer nach einer Woche zum nächsten Schlauen Klaus. Bei einem Arbeitsplatz werden Leiterplatten nach immer gleichem Muster montiert, bei den anderen beiden Arbeitsplätzen wechseln die Designs. Dadurch haben wir eine gewisse Abwechslung“, sagt Sara Kiss. Das System ist nahezu wartungsfrei. Nur Kameras und Bildschirme müssen von Zeit zu Zeit nachjustiert werden. Ziehl-Abegg sammelt jetzt Erfahrungen im Alltag. „Wir wollen herausfinden, ob es noch Schwachstellen gibt. Bei der Ergonomie beispielsweise oder der Beleuchtung“, sagt Hermann Mütsch. as

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