Wie Softwareautomatisierung in der PCBA-Fertigung Innovationen beschleunigt

Die Fertigung nimmt im Elektrotechnik-Zyklus noch einen großen Teil der Zeit in Anspruch. In diesem Artikel wird erläutert, wie softwaregesteuerte Automatisierung und IIoT den Herstellungsprozess beschleunigen können.

Die verarbeitende Industrie hat sich seit den 1980er Jahren kaum verändert. Das bedeutet, dass der Engineering-Zyklus – vom Design bis zur Fertigung – immer noch Monate oder sogar Jahre in Anspruch nimmt, wie vor über 30 Jahren. Diese lange Bearbeitungszeit kann die Kreativität und Innovationsfähigkeit von Ingenieuren ersticken. Um diesen veralteten Prozess zu verbessern, suchen Designer und Hersteller nach softwaregesteuerter Automatisierung und dem Industrial Internet of Things (IIoT).

Mit Hunderten von IIoT-verbundenen Geräten, die zusammenarbeiten, um Daten zu sammeln und auszutauschen, sind Fabriken immer ausgeklügelter geworden. In Kombination mit der Softwareautomatisierung nutzen Hersteller IIoT-basierte Netzwerke, um ihren Betrieb zu optimieren, neue Effizienz zu erzielen und letztendlich zu mehr Innovation beizutragen.

Abbildung 1. In der PCBA-Produktionsstätte von Tempo.

Einer dieser Hersteller ist Tempo, der daran arbeitet, Softwareautomatisierung in seine PCBA-Fertigungsanlagen zu integrieren, um den Engpass beim Prototyping zu verringern.

Der Design-, Build- und Testzyklus

Um Prototypen herzustellen, arbeiten Hersteller und Ingenieure in einem Design-, Bau- und Testzyklus (DBT) zusammen (Abbildung 12. In diesem Prozess erstellt der Ingenieur zuerst seinen Entwurf, sendet den Entwurf an den Hersteller zum Bauen und nach Abschluss einen ersten Prototyp, schickt der Hersteller das Produkt zum Testen an den Ingenieur zurück.

Abbildung 2. Der Design-, Build-, Test-(DBT)-Zyklus ist entscheidend für den Prototyping-Prozess.

Jedes Mal, wenn ein Ingenieur einen Entwurf durch diesen Zyklus schickt, werden Ideen validiert, Fehler identifiziert und Lösungen gefunden. Im Bestreben des Ingenieurs, das beste Endprodukt zu bauen, wird diese Sequenz oft in einer Endlosschleife ablaufen, die mehrere Iterationen des Prototyps produziert und mehrere Zyklen durchläuft.

In der traditionellen Fertigung kann sich dieser Prozess über Wochen oder sogar Monate hinziehen; es ist besonders langsam, wenn es um die Herstellung von Elektronik und Leiterplattenmontage (PCBA) geht.

Anders als Softwareingenieure, die Prototypen in Sekunden erstellen oder Maschinenbauer, die sie mit 3D-Druck in Stunden erstellen können, leiden Elektroingenieure unter einer längeren Bauphase und müssen mehrere Wochen warten, bis ihre Prototypen realisiert werden.

Mögliche Ursachen für Verzögerungen

Für Elektroingenieure kann es aus vielen verschiedenen Gründen zu Verzögerungen kommen. Am häufigsten treten Fehler auf, wenn die an den Hersteller gesendeten Informationen verloren gehen, falsch interpretiert oder falsch geändert werden. Die Behebung dieser Fehler kann die Verzögerung weiter erhöhen, da die Beantwortung von Fragen und die Übermittlung von Informationen mehrere Tage in Anspruch nehmen können. Darüber hinaus tappen Ingenieure bei diesem Prozess oft im Dunkeln, da die Kommunikation zwischen Ingenieuren und Herstellern bestenfalls langsam und schlimmstenfalls nicht vorhanden ist.

Herkömmliche Elektronikfertigungsprozesse werden aufgrund fehlender Konnektivität weiter verlangsamt. Oft sind die Maschinen und Menschen, aus denen die Fabrik besteht, alle analog und getrennt, was die Fabriken zu Inseln isolierter Technologie macht. Dies verlangsamt nicht nur den Betrieb, sondern sperrt Ingenieure auch aus der Build-Phase des DBT-Zyklus; Ohne Einblick in das Ergebnis ihrer Konstruktionen ist es für Ingenieure schwieriger, ihre Konstruktion für zukünftige Iterationen schnell zu verbessern.

Um die PCBA-Herstellung zu beschleunigen und Elektroingenieuren bei der schnelleren Iteration ihrer Konstruktionen zu helfen, bietet die softwaregesteuerte Automatisierung in Fabriken eine Lösung.

Smart Factories ermöglichen schnelleres Prototyping

Mit neuen Prozessen, die IIoT-Netzwerke und Softwareautomatisierung nutzen, revolutionieren intelligente Fabriken den traditionell langsamen PCBA-Fertigungszyklus.

Beispielsweise erzeugt eine durchgängige Softwareautomatisierung einen „digitalen Faden“, der den Informationsfluss von der Konstruktion des Ingenieurs bis zu den Maschinen und den Menschen in der vernetzten Fabrikhalle automatisiert. Auf diese Weise können Elektroingenieure während des gesamten Bauprozesses direkt mit dem Hersteller kommunizieren und mit ihm zusammenarbeiten, um den DBT-Zyklus mit mehr Qualität, Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der Leiterplattenbestückung abzuschließen.

Diese Art von IIoT-Netzwerk- und Softwareautomatisierung trägt auch dazu bei, den Betrieb zu rationalisieren, indem sie das Problem mangelnder Konnektivität in Fabriken löst. Stellen Sie sich vor, eine Fabrik hat eine Gruppe von Robotern und Menschen, die auf dem Boden zusammenarbeiten. Wenn sie analog sind, ist die Kommunikation langsam und ineffizient. Wenn eine Fabrik jedoch IIoT-Geräte in ihren gesamten Betrieb integriert, kann sie alle verschiedenen Steuerungssysteme automatisch konfigurieren, betreiben und überwachen. Einige intelligente Fabriken verwenden IIoT auch, um jedes System und jede Maschine automatisch mit jeder Person zu verbinden, die in der Fabrikhalle arbeitet; Dadurch entsteht ein zirkuläres Konnektivitätsnetzwerk, das die täglichen Aufgaben effizienter macht.

Das neue Modell einer intelligenten Fabrik rationalisiert den Betrieb weiter, indem es Daten sammelt und teilt, um sich kontinuierlich zu verbessern. Beispielsweise kann eine Smart Factory mit überall angeschlossenen Sensoren Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Gerätestatus, Auftragsfortschritt und gemeldete Mängel überwachen. Alle diese Daten können dann an die Hersteller zurückgegeben werden, um den Betrieb der Fabrik zu bewerten und nach neuen Wegen zur Optimierung des Bauprozesses zu suchen.

Einsatz der Softwareautomatisierung in der PCBA-Fertigung

Viele wettbewerbsfähige Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Industrie und Automobilindustrie, verlassen sich auf PCBA. Herkömmliche PCBA-Hersteller können jedoch Prototypen nicht schnell fertigstellen, was die Produktentwicklung verengt und die Fähigkeit der Ingenieure hemmt, schneller zu iterieren und mehr Innovationen zu entwickeln. Durch die gemeinsame Nutzung von Softwareautomatisierung und IIoT-Netzwerken können neue Smart Factory-Hersteller viele Probleme der traditionellen PCBA-Herstellungsverfahren lösen, die Elektroingenieure plagen.

Beispiel einer PCBA Smart Factory bei der Arbeit

Tempo hat eine PCBA Smart Factory geschaffen, die auf einem digitalen Thread läuft, um Kundenbindung, Auftragsabwicklung, Teilebeschaffung, Fabrikbetrieb und Versand fertiger PCBAs in einem kontinuierlichen Zyklus zu verbinden. Dies ermöglicht es Tempo, hochkomplexe Leiterplattenbaugruppen in Tagen statt in den Wochen, die bei anderen Herstellern üblich sind, zu bauen und zu liefern.

Abbildung 3. In Tempos PCBA Smart Factory.

Durch die Nutzung von Software sowohl auf dem Benutzer-Frontend für Angebotserstellung und Bestellung als auch auf dem Backend für den Fabrikbetrieb kann Tempos Smart Factory einen transparenten, lückenlosen Datenfluss vom Ingenieur zum Hersteller und zurück schaffen. Dies bietet Elektroingenieuren einen besseren Einblick in den Fortschritt ihrer Prototypen und beschleunigt den DBT-Zyklus erheblich.

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