gesponsertIntelligente Elektronikfertigung KI, Daten und Robotik treiben die SMT-Automatisierung

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ASMPT GmbH & Co. KG

SMT-Linien arbeiten weitgehend automatisiert und liefern kontinuierlich Prozess- und Qualitätsdaten. Software erkennt Abweichungen – viele Entscheidungen trifft aber weiterhin der Mensch.

Bislang fehlte für eine weitgehend autonome Fertigung meist mindestens ein Baustein. Mal war die Datenbasis lückenhaft, mal konnten Softwarelösungen komplexe Zusammenhänge noch nicht zuverlässig bewerten. Und Robotersysteme waren für viele Aufgaben schlicht zu unflexibel oder zu teuer.

Heute hat sich die Ausgangslage jedoch grundlegend verändert. Moderne SMT-Linien liefern bereits einen großen Teil der für automatisierte Entscheidungen benötigten Informationen. Parallel dazu ermöglichen leistungsfähige KI-Systeme und Data Analytics die intelligente Auswertung dieser Daten, die Erkennung von Zusammenhängen und die Ableitung von Handlungsempfehlungen. Hinzu kommt eine neue Generation kollaborativer und autonomer mobiler Roboter, die flexibel genug ist, um rund um die Uhr Standardaufgaben in der Fertigung zu übernehmen. Damit wird erstmals greifbar, was lange als Zukunftsvision galt.

Der Weg zur autonomen Fertigung

Ein Blick in heutige SMT-Fertigungen zeigt: Vieles davon ist bereits Realität. „Die spannende Entwicklung ist aus meiner Sicht nicht, dass plötzlich völlig neue Technologien entstehen. Vielmehr erleben wir, wie bestehende Lösungen zunehmend zusammenwachsen. Viele Bausteine einer autonomen Fertigung existieren bereits – jetzt beginnt die Phase, in der sie intelligent miteinander vernetzt werden“, erklärt Thomas Bliem, Vice President R&D bei ASMPT SMT Solutions.

Ein Beispiel ist der automatische Download des Produktionsprogramms bei einem durch eine neue Leiterplatte ausgelösten Produktwechsel an der SMT‑Linie. Die Produktinformationen werden über die standardisierte Schnittstelle IPC-HERMES-9852 von Maschine zu Maschine entlang der gesamten SMT-Linie weitergegeben. Jede Station – vom DEK-Lotpastendrucker über das Process-Lens-SPI-System bis hin zu den SIPLACE‑Bestückautomaten – erkennt selbstständig, ob ein Produktwechsel vorliegt, und lädt bei Bedarf automatisch das passende Produktionsprogramm. Selbst Familienrüstungen und rüstübergreifende Produktwechsel lassen sich weitgehend ohne manuelle Eingriffe realisieren.

Am Linienanfang übernimmt die Druckplattform DEK TQ schon zahlreiche Aufgaben, die früher vollständig vom Bedienpersonal ausgeführt wurden. Dazu gehören die Hochgeschwindigkeits-Unterschablonenreinigung, die automatische Pastenübertragung beim Schablonenwechsel, das softwaregesteuerte Setzen der Support-Pins sowie die automatische Versatzkorrektur im Closed-Loop-Verfahren mit dem SPI‑System. All dies entlastet die Mitarbeitenden und sorgt zugleich für stabilere Prozesse.

Beim automatisierten Rüstwechsel lässt sich der manuelle Aufwand noch weiter reduzieren. Anstatt Schablone und Rakel separat auszutauschen, ersetzt das Bedienpersonal lediglich die alte Schablone inklusive der vom Druckkopf darauf positionierten Rakel durch ein vorbereitetes Setup. In diesem sind Rakel und Pastentransfereinheit mithilfe eines Adapters bereits mit der Schablone verbunden. Alle weiteren Schritte erfolgen automatisch. So sinkt die Bedienzeit am Drucker von rund vier Minuten auf nur noch etwa 30 Sekunden.

In der intelligenten Fertigung verhält es sich mit dem Materialfluss ähnlich. Moderne Software übernimmt inzwischen viele Aufgaben, die früher vollständig manuell geplant und erledigt werden mussten. Sie erfasst kontinuierlich die Materialbestände und Lagerorte sowie den zukünftigen Bedarf an der SMT‑Linie. Darauf basierend wird ein bedarfsgerechter Nachschubzeitpunkt ermittelt und die entsprechenden Transportaufträge werden selbstständig angestoßen. In Verbindung mit autonomen mobilen Robotern entsteht so ein zunehmend automatisierter Materialfluss nach dem 4R-Prinzip: das richtige Material in der richtigen Menge am richtigen Ort zur richtigen Zeit.

Mit der steigenden Nachfrage nach KI-Servern werden Leiterplatten immer komplexer und die Zahl der Bauelemente wächst kontinuierlich. Dies hat zwangsläufig einen höheren Materialverbrauch, mehr Rollenwechsel und Spleißvorgänge zur Folge. Die Smart Feeder der SIPLACE-Plattform unterstützen bereits 1-mm-Pitch-Tapes. Dadurch passen deutlich mehr Bauelemente auf eine Rolle, sodass Rollen seltener gewechselt und gespleißt werden müssen. Der manuelle Aufwand sinkt damit spürbar.

Als nächster Schritt sollen Spleiß-Roboter die weiterhin erforderlichen Anspleißvorgänge an den SIPLACE-Bestückplattformen selbstständig übernehmen. Automatische Spleiß-Systeme haben sich im praktischen Einsatz, speziell in der High-Volume-/Low-Mix-Fertigung, bereits  bewährt. Da sie zugleich aufwendige manuelle Routinearbeiten, Fehlerquellen und Linienstillstände reduzieren, haben sie sich je nach Fertigung oft schon nach ein bis zwei Jahren amortisiert.

KI verbindet, was bislang getrennt war

Die eigentlich Stärke von KI besteht nicht darin, einzelne Maschinen oder Systeme unabhängig voneinander intelligenter zu machen. Das Zusammenspiel erschließt das Potenzial dieser Lösungen. Bleiben wir im ASMPT-Universum: Stellt sydas Process-Lens-SPI-System etwa eine schleichende Verschlechterung des Druckprozesses fest, kann die WORKS‑Software im geschlossenen Regelkreis automatisch die Druckparameter nachregeln.

Erkennt ein AOI-System wiederkehrende Fehler, lassen sich die Ursachen durch die Verknüpfung von Inspektions-, Druck- und Bestückdaten mit der Software bis zum jeweiligen Prozessschritt zurückverfolgen. Mithilfe von Data Analytics und KI kann WORKS diese Informationen nicht nur auswerten, sondern auch die geeigneten Maßnahmen ableiten und deren Umsetzung initiieren. So wird aus der Analyse eine weitgehend automatisierte Prozesssteuerung.

Auch auf Shopfloor-Ebene eröffnen sich dadurch neue Möglichkeiten. So analysieren beispielsweise Softwarelösungen Produktionsdaten unterschiedlicher Linien mit KI, vergleichen sie mit theoretisch optimalen Abläufen und machen Optimierungspotenziale sichtbar. KI-gestützte Assistenzsysteme wie Virtual Assist unterstützen Servicetechniker zudem sprachgesteuert bei der Fehlersuche und leiten sie systematisch durch komplexe Wartungs- oder Reparaturaufgaben.

Prozesswissen wird zum Erfolgsfaktor

Die Voraussetzung dafür ist weit mehr als nur künstliche Intelligenz. Damit eine Software eigenständig Entscheidungen treffen kann, muss sie zunächst verstehen, wie die einzelnen Prozesse einer SMT-Fertigung zusammenhängen. Lotpastendruck, Materialversorgung, Bestückung, Inspektion und Logistik beeinflussen sich gegenseitig. Eine scheinbar kleine Abweichung in einem Prozessschritt kann sich an anderer Stelle bemerkbar machen.

Dieses Verständnis entsteht nicht über Nacht. Es entwickelt sich über Jahre aus der Arbeit mit unterschiedlichen Fertigungsumgebungen und dem Austausch mit Anwendern und Technologiepartnern. So entsteht eine Wissensbasis, die weit über einzelne Maschinen oder Softwarefunktionen hinausgeht.

„Prozesswissen lässt sich nicht einfach programmieren. Es entsteht über viele Jahre – gemeinsam mit unseren Kunden und aus den Erfahrungen unterschiedlichster Fertigungen. Genau deshalb werden künstliche Intelligenz und Data Analytics auch künftig nur so gut sein, wie das Prozessverständnis, auf dem sie aufbaut“, erläutert Bliem. „Genau hier liegt die besondere Stärke von ASMPT. Kein anderer Hersteller ist so tief und breit im SMT-Prozess verwurzelt. Dieses Wissen aus unzähligen Projekten und Fertigungsumgebungen bildet die Basis unserer Lösungen und fließt jeden Tag in unsere Produkte ein.“

Erst das Zusammenspiel aus diesem Prozesswissen, den heute verfügbaren Fertigungsdaten sowie den Möglichkeiten moderner Data Analytics, KI und Robotik schafft die Grundlage für die nächste Stufe der Automatisierung. Dieses Verständnis komplexer Fertigungsprozesse ist entscheidend dafür, wie weit sich Automatisierung tatsächlich entwickeln lässt.

Die Automatisierungswelle läuft

Die Zukunft der SMT-Fertigung wird also nicht von einer einzelnen spektakulären Innovation geprägt sein. Viele der dafür notwendigen Technologien sind längst in der Praxis angekommen. Daten entstehen heute entlang der gesamten Fertigung. KI kann daraus Zusammenhänge ableiten und moderne Robotik übernimmt zunehmend Aufgaben, die bislang manuell ausgeführt wurden. Was bisher häufig nebeneinander existierte, wächst nach und nach zu einem durchgängigen Gesamtsystem zusammen.

Der entscheidende Fortschritt liegt deshalb nicht allein in schnelleren Maschinen oder leistungsfähigeren Softwarelösungen. Vielmehr ist entscheidend, dass Informationen unmittelbar in Aktionen umgesetzt werden. Erkennt das System eine Abweichung, kann es nicht nur deren Ursache identifizieren, sondern im nächsten Schritt auch die passende Maßnahme einleiten.

Künftig wird die KI nicht nur Entscheidungen für einzelne Maschinen oder Linien treffen, sondern Produktionskapazitäten, Materialflüsse und Ressourcen über die gesamte Fertigung hinweg koordinieren. So entwickelt sich die intelligente Fertigung von einer vernetzten Produktionsumgebung zu einem System, das immer mehr Abläufe eigenständig steuert. Routineaufgaben werden zunehmend automatisiert, sodass sich Prozessingenieure und Operator stärker auf Optimierung, Überwachung und die kontinuierliche Weiterentwicklung der Fertigung konzentrieren können.

„Für uns ist dabei klar: Die Zukunft gehört nicht der KI allein, sondern der intelligenten Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI. Der Mensch setzt die Leitplanken, definiert Entscheidungsräume und behält bei kritischen Entscheidungen stets die Kontrolle“, erläutert Thomas Bliem.

Die Grundlagen dafür sind längst gelegt. Jetzt kommt es darauf an, die vorhandenen Technologien sinnvoll miteinander zu verbinden.

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