Blick von oben auf das Siemens-Elektronikwerk in Amberg mit seiner fortschrittlichen digitalen Fertigungsumgebung.

Digital transformation: Mit gutem Beispiel vorangehen

Mit seiner Digital Enterprise Enterprise-Strategie treibt Siemens die industrielle digitale Transformation für Kunden und intern voran. In den Siemens-Elektronikwerken Amberg sind optimierter Durchsatz, schnelle Zykluszeiten und hohe Sicherheitsvorkehrungen dank Digital Enterprise Unternehmenslösungen bereits Realität.

Angesichts der 350 Produktionsumstellungen pro Tag, eines Portfolios mit rund 1.200 verschiedenen Produkten und 17 Millionen produzierten Simatic-Komponenten pro Jahr müssen rund 50 Millionen Prozess- und Produktdaten ausgewertet und zur Optimierung genutzt werden, damit die Produktion im Siemens-Elektronikwerk Amberg (EWA) reibungslos abläuft. Darüber hinaus bieten bahnbrechende Technologien wie künstliche Intelligenz (KI), Industrial Edge Computing und Cloud-Lösung ermöglichen bereits heute hochflexible und äußerst 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 beispielsweise an der Produktionslinie, in der Leiterplatten für Komponenten der dezentralen I/O hergestellt werden. Aber auch hier ist die Produktion nicht ausreichend optimiert, und es liegt weder an der Anlagenverfügbarkeit noch an der Prozessqualität. Der Engpass befindet sich am Ende der Leiterplattenproduktion, im Bereich der automatischen Röntgeninspektion. Auf Leiterplatten in der Größe eines Fingernagels sind funktionsbedingte BUS-Stecker mit unterschiedlichen Anschlussstiften untergebracht. Bei 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 zum 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 in einer Edge-Anwendung in der Anlage ausgeführt wird. „Das Modell sagt voraus, ob die Lötstellen auf der Leiterplatte fehlerfrei sind oder nicht: mit anderen Worten, ob ein Test am Ende der Leitung 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 Insight-App stellt die Ergebnisse den Benutzern in Insights Hub (früher MindSphere). Anlagenbetreiber werden jetzt 12 bis 36 Stunden vor einem möglichen Systemausfall über die Situation informiert und können entsprechend reagieren. Die Daten und Anomalien werden jedoch nicht einfach in MindSphere gespeichert. Der Algorithmus muss besser trainiert werden, damit er immer genauere Ergebnisse liefern kann. „Genau das passiert in MindSphere. Die konsistente, durchgängige Digitalisierungsumgebung bei EWA gewährleistet das notwendige nahtlose Zusammenspiel 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 nun innerhalb einer angestrebten Zykluszeit 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 Siemens-Experten ersetzten diese Module im digitalen Zwilling der Produktion durch geeignetere Komponenten. In der nächsten Simulation wurde die angestrebte Zykluszeit nahtlos erreicht, wodurch der Machbarkeitsnachweis bestätigt wurde.

Im Siemens-Elektronikwerk Amberg sind Hard- und Softwarelösungen, industrielle Kommunikation, Cybersicherheit und Dienstleistungen optimal aufeinander abgestimmt. Die Produktionsabläufe sind dank einer konsistenten, durchgängigen horizontalen und vertikalen Integration nahtlos. Dies macht EWA zu einem Paradebeispiel für ein Siemens Digital Enterprise, das auch in Zukunft konsequent den Weg in die digitale Transformation ebnen wird.

Siemens Elektronikwerk 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 rund 17 Millionen Simatic-Produkte her, was bedeutet, dass jede Sekunde ein Produkt versendet wird. Über 1.000 Produktvarianten werden dort hergestellt. Sie werden zur Steuerung von Anlagen und Maschinen sowie zur Automatisierung von Produktionsanlagen eingesetzt, was Zeit und Kosten spart und die Produktqualität verbessert. Die Produktionsprozesse in Amberg selbst werden ebenfalls von rund 2.800 Simatic-Komponenten gesteuert. Die Produktion funktioniert weitgehend automatisiert, wobei 75 Prozent der Wertschöpfungskette unabhängig von Maschinen und Robotern abgewickelt werden. Innerhalb von 24 Stunden werden die Produkte für den Versand an rund 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.