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Mit RFID zu effizienter Montage

Text: Birgit Gottsauner, Siemens
Durch den Einsatz leistungsfähiger RFID-UHF-Technik in der manuellen Montage werden Fertigungsprozesse einfacher und effizienter. Entscheidend für die Wahl eines Systems sind dessen hohe Schreib/Lesegeschwindigkeit auch über größere Distanzen, die Netzwerkfähigkeit der Lesegeräte und eine zentrale, komfortable Parametrierung und Diagnose.

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor bei der manuellen Montage von Ein- und Zweiachs-Motormodulen des modularen Antriebssystems Sinamics S120 von Siemens ist moderne RFID-Technik. Mit dem UHF-System Simatic RF600 konnte das mehrfach nötige, manuelle Scannen der Geräte-ID und nahezu alle Interaktionen der Werker an Bediengeräten eliminiert werden. Durch die automatische Erfassung und Überwachung des Arbeitsfortschritts wird die Prozesssicherheit und damit die Qualität erhöht.

Automation für Montageinseln

Die Montage von Informations- und Leistungselektronik der Produktfamilien Sinumerik, Simotion und Sinamics ist in Lean-Inseln mit mehreren Montageplätzen organisiert. Indem die Anzahl der in der Insel arbeitenden Mitarbeiter an die benötigte Kapazität angepasst wird, ist es möglich, flexibel auf schwankende Anwenderwünsche zu reagieren. Diese Arbeitsplatzsysteme erforderten neue Wege der Kommunikation zwischen Werker und Fertigungsequipment, da durch das bisher eingesetzte Verfahren des manuellen Scannens der Datamatrixcodes, der Aufwand zur Identifikation der Geräte um ein Vielfaches gestiegen wäre. Es musste ein Weg gefunden werden, die Anzahl der Scan-Vorgänge zu reduzieren. Gleichzeitig sollte das Fertigungsequipment automatisch auf die zu fertigende Variante eingestellt werden und eine Bedienung durch den Werker entfallen.

Das Planerteam löste diese Herausforderung mit einem mehrplatzfähigen SAP-basierten System, das über individuell gestaltbare Web-Oberflächen verfügt und die Ansteuerung von Fertigungsequipment, sowie eine automatisierte Identifikation der Geräte per RFID ermöglicht. Durch die Zusammenarbeit von Engineering, Produktion, IT und der Unterstützung durch RFID-Spezialisten sowie über die frühe Einbeziehung der Werker in die Umsetzung und Optimierung der Arbeitsplätze, konnte ein performantes Gesamtsystem entwickelt und in der Serienfertigung zum Einsatz gebracht werden.

Schwierige Umgebung

Das Identifikationssystem sollte trotz der schwierigen Umgebungsbedingungen für diese neue Anwendung schnell und netzwerkfähig sein. Das metallische Umfeld, das schon bei unterschiedlicher Ausstattung und Ausrichtung der Antriebsmodule zu veränderten Reflexionen und damit zu Beeinträchtigungen führen kann, erforderte umfangreiche Parametriermöglichkeiten des RFID-Readers – idealerweise zentral für alle Systemkomponenten über das Standortnetzwerk. Außerdem sollten die Schreib/Leseabstände nicht zu kurz sein, um ausreichend Flexibilität beim Produkt-Handling für den Werker zu erhalten. Das eingesetzte UHF-System kann Datenträger über kurze Entfernungen von wenigen Zentimetern, aber auch über größere Reichweiten im Meterbereich lesen und beschreiben. Die performanten Schreib/Lesegeräte Simatic RF670R mit bis zu vier Antennenanschlüssen, robusten Antennen Simatic RF620A und kompakten Schraubtranspondern Simatic RF630T, auch Screw-Tags genannt, wurden für diese Anforderungen als am besten geeignet definiert. Letztere hat das Team auch im Hinblick auf unerwünschte elektrostatische Entladungen reinen Kunststofftranspondern vorgezogen, um daraus resultierende Schäden an den elektronischen Baugruppen auszuschließen. Mit dem neuen IT-System in den Lean-Inseln konnten die netzwerkfähigen RFID-Reader, ohne zusätzliche SPS-Hardware, direkt an das Ethernet angeschlossen werden. Damit werden mit geringem Aufwand eine automatisierte, verwechslungssichere Übergabe der Geräte zwischen den Montageplätzen sowie eine kontrollierbare Abfolge unterschiedlichster Arbeitsschritte erreicht.

Schritt für Schritt effizienter

Die Arbeitsinhalte der neu geschaffenen Lean-Inseln – eine für Einachs-, eine für Zweiachs-Motormodule der 50mm-Baubreite sowie eine für 100mm-Module – sind auf jeweils fünf Montageplätze aufgeteilt, sodass die Tätigkeiten der Werker zueinander ausgetaktet sind. Das IT-System steuert am ersten Platz eine Pick-to-light-Anlage an, die dem Werker über Leuchtfelder anzeigt, welches Bauteil er nehmen und montieren soll. An den folgenden Plätzen koordiniert es mehrere Schraubsteuerungen sowie stationäre, ebenfalls über Ethernet angebundene Codeleser Simatic MV420 zur Identifizierung und Kontrolle der in den Geräten zu verbauenden Komponenten. Die Transponder sind auf Magnethalter montiert, die für die Anwendung maßgeschneidert sind. Sie werden vor dem Einsteuern an die Produkte gehängt und verbleiben dort bis zum Ende des Montageprozesses. Das IT-System, das auf ERP basiert, erhält den Montageauftrag und fordert den Werker auf, ein Gerät in die erste Montagestation einzulegen. Dort wird der Transponder mit der eindeutigen Unikatnummer beschrieben.

Ab diesem Zeitpunkt zeigt das System automatisch den dazugehörigen Prozessplan, eine detaillierte und bebilderte Arbeitsanweisung sowie Statusinformationen für den Werker an. Alle Montageschritte werden vom System vorgegeben oder selbstständig ausgeführt – Schraubprogramme laden, Scanner aktivieren, Pick-to-Light-Konfiguration übergeben und vieles mehr – und anschließend quittiert. Ineffiziente manuelle Handgriffe können entfallen. Sind die Schritte eines Montageplatzes ausgeführt, lässt sich das Modul entnehmen und an den nächsten übergeben. Dort wird der Transponder berührungslos ausgelesen und der neue Prozessplan sofort angezeigt. Manuelle und automatische Arbeitsschritte laufen chronologisch nach diesem Plan ab, sodass es unmöglich ist, Arbeitsschritte zu überspringen und fehlerhafte Baugruppen zu montieren. Die Übergabe des Produktes zum nächsten Arbeitsplatz, inklusive Abmeldung und Anmeldung am System, läuft ohne Wartezeiten für den Werker ab, sodass ein zügiger Arbeitsfluss gewährleistet ist.

Am Linienende wird schließlich ein Typenschild mit einem Matrixcode gedruckt und aufgebracht. Die fertigen Motormodule lassen sich anschließend der elektronischen Funktionsprüfung zuführen. Nun werden die Transponder abgenommen und zum Anfang der Linie gebracht, wo sie für die nächsten Produkte bereitstehen.

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