Blick von oben auf die Siemens-Elektronikfabrik in Amberg, die ihre fortschrittliche digitale Fertigungsumgebung zeigt.

Digital transformation: Mit gutem Beispiel vorangehen

Mit seiner Strategie für digitales Unternehmen treibt Siemens die industrielle digitale Transformation für Kunden und intern voran. In den Siemens Electronics Works Amberg sind optimierter Durchsatz, schnelle Zykluszeiten und starke Sicherheit bereits Realität, powered by digitale Unternehmenslösungen.

Angesichts der 350 Produktionsumstellungen pro Tag, eines Portfolios mit rund 1.200 verschiedenen Produkten und 17 Millionen produzierten Simatic-Komponenten pro Jahr müssen etwa 50 Millionen Prozess- und Produktdaten ausgewertet und zur Optimierung verwendet werden, damit die Produktion in den Siemens Electronics Works Amberg (EWA) reibungslos ablaufen kann. Darüber hinaus bahnbrechende Technologien wie künstliche Intelligenz (KI), Industrial Edge Computing und Cloud-Lösung ermöglichen bereits hochflexible und extrem effiziente und zuverlässige Produktionsabläufe.

Industrial Edge Edge-Computing und KI für erhöhten Durchsatz

„Mit Edge Computing können Daten sofort dort verarbeitet werden, wo sie entstehen, direkt in der Anlage oder Maschine“, sagt Dr. Jochen Bönig, Leiter der strategischen Digitalisierung bei Siemens Amberg. Das macht EWA zum Beispiel an der Produktionslinie, in der Leiterplatten für Komponenten der verteilten I/O hergestellt werden. Aber selbst hier ist die Produktion nicht ausreichend optimiert, und es ist weder die Anlagenverfügbarkeit noch die Prozessqualität schuld. Der Engpass befindet sich am Ende der Leiterplattenproduktion, im Bereich der automatischen Röntgeninspektion. Auf Leiterplatten in der Größe eines Fingernagels sind funktionsbezogene BUS-Stecker mit verschiedenen Anschlussstiften untergebracht. In einem nicht integrierten Test werden die Lötstellen dieser Verbindungsstifte geröntgt und auf ihre korrekte Funktion überprüft. Sollte ein weiteres Röntgengerät für etwa 500.000€ gekauft werden? (Klicken Sie hier, um einen Expertenartikel zu diesem Thema im Siemens-Blog zu lesen.) Die Alternative ist künstliche Intelligenz. Die Daten der Sensoren werden über die TIA-Umgebung (Totally Integrated Automation), die aus einer Steuerung und einem Edge-Gerät besteht, in eine Cloud übertragen. Experten trainieren einen Algorithmus, der auf KI und den Prozessparametern basiert. Der Algorithmus lernt, wie sich Prozessdaten, die die Qualität der Lötverbindungen widerspiegeln, verhalten, und steuert ein Modell, das auf einer Edge-Anwendung in der Anlage läuft. „Das Modell sagt voraus, ob die Lötstellen auf der Leiterplatte fehlerfrei sind oder nicht: mit anderen Worten, ob ein Leitungsendtest erforderlich ist oder nicht. Dank Closed-Loop-Analysen können diese Daten sofort in die Produktion einfließen „, erklärt Bönig.

PCB production in an AI controlled model.

Frühwarnsystem verhindert unangenehme Überraschungen

Closed-Loop-Analytik und Industrial Edge Edge-Technologie werden auch beim Fräsen eingesetzt. Die Frässpindel zum Trennen von Leiterplatten für Simatic-Produkte funktionierte aufgrund von Frässtaub nicht immer richtig, aber die Ursache war zunächst unklar. Wie bei der automatischen Röntgeninspektion setzten die Siemens-Experten für die vorausschauende Wartung auf eine Kombination aus Edge-Computing und KI. Das Team isolierte zwei Parameter, die eindeutig mit den ungeplanten Ausfallzeiten zusammenhängen: die Drehzahl der Frässpindel und der vom Antrieb benötigte elektrische Strom. Diese Daten wurden in ein Edge-Gerät eingespeist, wo ein vortrainierter Algorithmus Zusammenhänge zwischen Anomalien in den Prozessdaten und Ausfallzeiten identifizierte und sie wieder in die Produktion einspeise.Die Performance Insight App stellt die Ergebnisse Benutzern zur Verfügung Insights Hub (früher MindSphere). Anlagenbetreiber werden jetzt 12 bis 36 Stunden vor einem möglichen Systemausfall über die Situation informiert und können entsprechend reagieren. Aber die Daten und Anomalien werden nicht einfach in MindSphere gespeichert. Der Algorithmus muss besser trainiert werden, damit er immer präzisere Ergebnisse liefern kann. „Genau das passiert in MindSphere. Die konsistente, durchgängige Digitalisierungsumgebung bei EWA gewährleistet die notwendige nahtlose Interaktion zwischen Automatisierung, Industrial Edge und Cloud Computing „, erklärt Florian Meierhofer, IoT-Experte bei EWA.

Digitale Zwillinge und Machbarkeitsnachweis (PoC)

Der digitale Zwilling ist dafür verantwortlich, dass Simatic-Controller-Komponenten jetzt innerhalb einer Zielzykluszeit von acht Sekunden produziert werden. Die erste Simulation versprach eine Zykluszeit von elf Sekunden. Es zeigte sich auch, dass die Zykluszeit von elf Sekunden hauptsächlich auf Maschinenmodule zurückzuführen war, die für die Linie geplant waren, aber in der tatsächlichen Produktion nicht optimal funktionierten. Die Experten von Siemens ersetzten diese Module durch geeignetere Komponenten im digitalen Zwilling der Produktion. In der nächsten Simulation wurde die Zielzykluszeit nahtlos erreicht, wodurch der Machbarkeitsnachweis bestätigt wurde.

In den Siemens-Elektronikwerken Amberg sind Hardware- und Softwarelösungen, industrielle Kommunikation, Cybersicherheit und Dienstleistungen optimal aufeinander abgestimmt. Die Produktionsabläufe sind dank der konsistenten, durchgängigen horizontalen und vertikalen Integration nahtlos. Das macht EWA zu einem Paradebeispiel für ein digitales Unternehmen von Siemens, das auch in Zukunft konsequent den Weg in die digitale Transformation ebnen wird.

Siemens Electronics Works Amberg (EWA)

Das Siemens Electronics Works Amberg (EWA) wurde 1989 gegründet und stellt Produkte her, zu denen auch speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) von Simatic gehören. Jedes Jahr stellt das Werk etwa 17 Millionen Simatic-Produkte her, was bedeutet, dass jede Sekunde ein Produkt versendet wird. Über 1.000 Produktvarianten werden dort hergestellt. Sie werden verwendet, um Anlagen und Maschinen zu steuern und Produktionsanlagen zu automatisieren, was Zeit und Kosten spart und die Produktqualität verbessert. Die Produktionsprozesse in Amberg selbst werden ebenfalls von etwa 2.800 Simatic-Komponenten gesteuert. Die Produktion funktioniert weitgehend automatisiert, wobei 75 Prozent der Wertschöpfungskette unabhängig von Maschinen und Robotern abgewickelt werden. In jedem Zeitraum von 24 Stunden werden die Produkte für den Versand an etwa 60.000 Kunden weltweit vorbereitet. EWA produziert nach einem Qualitätsstandard von 99,9990 Prozent. Als Ergebnis nachhaltiger Arbeitsqualität und umfassender Datenintegration setzt diese Leistung Maßstäbe für die industrielle Produktion.

Siemens Electronics Works Amberg facility.