DE102008020167A1

DE102008020167A1 - Bestimmung einer Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer Produktionslinie

Info

Publication number: DE102008020167A1
Application number: DE102008020167A
Authority: DE
Inventors: Robert Huber; Klaus Peter Dr. Wershofen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG; ASMPT SMT Singapore Pte Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt (130) zu einer ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Berechnen der jeweiligen Produktionsdauern für das Produkt (130) für jede Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115), und (b) ein Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115), basierend auf den berechneten Produktionsdauern. Dabei werden die jeweiligen Produktionsdauern unter Verwendung eines Ablaufgenerators berechnet, bei dem mehrere für die Fertigung des Produkts erforderliche Handhabungsschritte der jeweiligen Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) in eine geeignete zeitliche Abfolge gesetzt werden. Es wird ferner ein Verfahren zum Fertigen eines Produkts unter Verwendung einer mittels des genannten Verfahrens ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) sowie eine Anlage zum Fertigen eines Produkts beschrieben, welche zum Durchführung des genannten Verfahrens eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Fertigung von Produkten mittels Produktionslinien, welche in unterschiedlichen Konfigurationen in einer Anlage zur Produktfertigung verwendet werden. Dabei eignen sich unterschiedliche Produktionslinien in unterschiedlicher Weise für die Fertigung von unterschiedlichen Produkten. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Fertigen eines Produkts unter Verwendung einer mittels des genannten Verfahrens ausgewählten Produktionslinie. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Programm-Element, welche zum Steuern des genannten Verfahrens eingerichtet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zum Fertigen eines Produkts, welche zum Durchführen des genannten Verfahrens eingerichtet ist.
Im Bereich der Bestücktechnik ist es bekannt die Leistungsfähigkeit von Bestückautomaten, mit denen Bauelementeträger mit elektronischen Bauelementen bestückt werden, durch eine sog. Benchmark-Bestückleistung zu charakterisieren. Die Benchmark-Bestückleistung ist dabei die maximale Bestückleistung, die der betreffende Bestückautomat bei einer Bestückung eines speziell ausgebildeten und standardisierten Bauelementeträgers erreichen kann.
In der Praxis weichen die Bestückleistungen eines Bestückautomaten jedoch in nicht unerheblicher Weise von der Benchmark-Bestückleistung ab. Das Verhältnis zwischen (a) der bei der Bestückung eines bestimmten realen Bauelementeträgers erreichbaren Bestückleistung und (b) der Benchmark-Bestückleistung wird in diesem Zusammenhang als Leistungsherabsetzung oder als "derating" bezeichnet. Die Leistungsherabsetzung hängt dabei sehr stark von dem Design des zu bestückenden Bauelementeträgers und der Art und insbesondere der Anzahl der entsprechenden elektronischen Bauelemente ab. Außerdem hängt die Leistungsherabsetzung auch von dem Aufbau des für den Bestückvorgang verwendeten Bestückkopfes und insbesondere von der Anzahl der Bauelement-Aufnahmevorrichtungen ab, die beispielsweise als sog. Saugpipetten ausgebildet sein können.
Um die Leistungsherabsetzung von Bestückautomaten möglichst gering zu halten, ist beispielsweise aus der EP 1 448 042 A1 ein Verfahren zum Optimieren einer Bestücklinie bekannt, welche zumindest zwei hintereinander geschaltete Bestückautomaten aufweist, die eine zweistufige Bestückung von Bauelementeträgern ermöglichen. Die Optimierung besteht dabei darin, dass mittels einer Simulation der zweistufigen Bestückung mit verschiedenen Rüstungen, bei der die elektronischen Bauelemente in unterschiedlicher Weise den beiden Bestückautomaten zugeordnet sind, die resultierenden Produktionsdauern bzw. Taktzeiten für die Bestückung eines Bauelementeträgers bestimmt werden. Die Optimierung besteht dabei darin, diejenige Rüstung mit der kürzesten Produktionsdauer auszuwählen.
Bei der Fertigung von elektronischen Baugruppen hat der Betreiber einer Fertigungsanlage, welche mehrere unterschiedlich konfigurierte Bestücklinien aufweist, häufig das Problem, für einen von einem Kunden fest vorgegebenen Bauelementeträger diejenige Bestücklinie auszuwählen, welche hinsichtlich der Effizienz der Bestückung die größten Vorteile bietet. Ein Auswählen von unterschiedlichen Bestücklinien wird typischerweise zu unterschiedlichen Leistungsherabsetzungen führen. Ferner ist es möglich, dass die Fertigung bestimmter Bauelementeträger oder Produkte auch bestimmte Eigenschaften bzw. Leistungsmerkmale einer Bestücklinie erfordert, welche nicht von allen Bestücklinien erfüllt werden. Daher muss vor dem Beginn der Bestückung eines Loses von Bauelementeträgern entschieden werden, welche Bestücklinie überhaupt für die Fertigung eines bestimmten Produkts in Frage kommt und welche hinsichtlich der Effizienz bzw. der Produktivität am besten geeignet ist. Diese Aufgabe wird bei bekannten Bestückanlagen, welche mehrere Bestücklinien aufweisen, üblicherweise von einer erfahrenen Bedienperson gelöst. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die resultierende Produktivität sehr stark von der Erfahrung und den geistigen Anstrengungen der Bedienperson abhängt. Insbesondere ist es häufig der Fall, das von der Bedienperson eine hinsichtlich der Produktivität einer gesamten Bestückanlage suboptimale Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer Produktionslinie vorgenommen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Produktivität einer Anlage mit mehreren Produktionslinien zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Berechnen der jeweiligen Produktionsdauern für das Produkt für jede Produktionslinie, und (b) ein Auswählen der ausgewählten Produktionslinie basierend auf den berechneten Produktionsdauern. Erfindungsgemäß werden die jeweiligen Produktionsdauern unter Verwendung eines Ablaufgenerators berechnet, bei dem mehrere für die Fertigung des Produkts erforderliche Handhabungsschritte der jeweiligen Produktionslinie in eine geeignete zeitliche Abfolge gesetzt werden.
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine zweistufige Optimierung aus einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien eine für die Fertigung des Produkts besonders geeignete Produktionslinie ausgewählt werden kann.
Erfindungsgemäß wird in einer ersten bekannten Optimierungsstufe für eine fest vorgegebene Produktionslinie eine Zeitdauer berechnet, welche benötigt wird, um das Produkt mittels der festen Produktionslinie zu fertigen. Diese erste Optimierungsstufe wird durch einen sog. Ablaufgenerator für all diejenigen Produktionslinien durchgeführt, welche für die Fertigung des Produkts in Betracht kommen. Mit dem Ablaufgenerator werden in bekannter Weise Handhabungsschritte, welche für die Fertigung des Produkts erforderlich sind, in eine geeignete Abfolge gebracht. Unter dem Begriff geeignete Abfolge kann dabei diejenige Sequenz von Handhabungsschritten verstanden werden, welche bei Beachtung von bestimmten Rahmenbedingungen, die für die Fertigung des Produkts in der jeweiligen Produktionslinie gegeben sind, die kürzeste Produktionsdauer ermöglicht. Die Rahmenbedingungen können beispielsweise eine präzise Beschreibung des zu fertigenden Produkts beinhalten. Der Ablaufgenerator kann mittels Hardware und/oder mittels Software realisiert werden.
Erfindungsgemäß wird in der zweiten Optimierungsstufe diejenige Produktionslinie ausgewählt, welche in Bezug auf die zuvor ermittelten Produktionsdauern als besonders geeignet erscheint. Insbesondere kann dabei diejenige Produktionslinie ausgewählt werden, mit der das Produkt, welches beispielsweise von einem Auftraggeber fest vorgegeben ist, innerhalb der kürzest möglichen Produktionsdauer gefertigt werden kann.
Die beschriebene zweistufige Bestimmung der für ein bestimmtes Produkt am besten geeigneten Produktionslinie hat den Vorteil, dass bereits im Vorfeld einer realen Produktferti gung lediglich auf der Basis von theoretischen Kenngrößen der Produktionslinie eine Planung der Fertigung durchgeführt werden kann. Mit der ersten Optimierungsstufe, die programmtechnisch für jede Produktionslinie mittels einer gekapselten Routine durchgeführt werden kann, kann hinsichtlich der jeweils zu erwartenden Produktionsdauer eine realistische Aussage getroffen werden. Da in der ersten Optimierungsstufe die jeweiligen Produktionsdauern für eine Produktionslinie unabhängig von den Produktionsdauern der anderen Produktionslinien bestimmt werden, bleibt diese Genauigkeit auch nach der Auswahl der am meisten geeigneten Produktionslinie erhalten. Somit kann mit dem beschriebenen Verfahren die Realität bezüglich der optimalen und insbesondere bezüglich der kürzesten Produktionsdauer bereits bei der Planung der Auslastung einer Fertigungsfabrik, welche mehrere Produktionslinien aufweist, weitgehend exakt wieder gegeben werden. Auf alle Fälle kann die beschriebene Planung bereits zu einem Zeitpunkt erfolgen, zu dem die durch die Planung ausgewählte Produktionslinie noch mit der Fertigung von anderen Produkten beschäftigt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass auch der Fall eintreten kann, dass mit der einen oder der anderen Produktionslinie ein bestimmtes Produkt überhaupt nicht gefertigt werden kann. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass die Komponenten der betreffenden Produktionslinie nicht in der Lage sind, bestimmte für die Produktfertigung zwingend erforderliche Handhabungsschritte auszuführen. Dieser Fall kann durch eine unendlich lange Produktionszeit von der beschriebenen zweistufigen Optimierungsprozess behandelt werden.
In Falle einer quasi-kontinuierlichen Fertigung einer Vielzahl von identischen Produkten können die gefertigten Produkte in zeitlich regelmäßigen Abständen fertig gestellt und von der jeweiligen Produktionslinie ausgegeben werden. Die Produktionsdauer kann deshalb auch als Taktzeit bezeichnet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner die Eignungen der einzelnen Produktionslinien für das zu fertigende Produkt berücksichtigt. So kann beispielsweise auf effektive Weise der bereits oben beschriebene Fall behandelt werden, dass ein bestimmtes Produkt mittels der einen oder der anderen Produktionslinie überhaupt nicht gefertigt werden kann. Dies kann bei dem Auswahlverfahren beispielsweise durch einen sog. Machbarkeits- oder Durchführbarkeitsparameter berücksichtigt werden. Im Falle der Nicht-Eignung einer Produktionslinie kann dieser Parameter einen Wert annehmen, welcher die betreffende Produktionslinie bereits frühzeitig aus dem Kreis möglicher Produktionslinien für die geplante Produktfertigung und damit aus dem beschriebenen Optimierungsprozess eliminiert.
Die Berücksichtigung der Eignung einer Produktionslinie für die Fertigung eines bestimmten Produkts hat den Vorteil, dass auf einfache Weise Probleme mit der numerischen Handhabung des Wertes "Unendlich" vermieden werden können. Ohne die beschriebene Berücksichtigung der Eignung müsste man nämlich der entsprechenden Produktionsdauer den Wert unendlich zuweisen, um die Nichteignung einer bestimmten Produktionslinie für die Herstellung des Produkts in dem beschriebenen Optimierungsprozess zu berücksichtigen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner jeweils eine von der Komplexität des zu fertigenden Produkts abhängige Leistungsherabsetzung der einzelnen Produktionslinien berücksichtigt.
Unter dem Begriff Leistungsherabsetzung, welche häufig auch als "derating" bezeichnet wird, kann in diesem Zusammenhang das Verhältnis zwischen (a) der Leistungsfähigkeit einer Produktionslinie für die Fertigung eines realen Produkts und (b) der Leistungsfähigkeit einer Produktionslinie für die Fertigung eines Standartprodukts bzw. eines Benchmark-Produkts verstanden werden. Unter dem Begriff Leistungsfähigkeit kann die Anzahl an Produkten verstanden werden, die innerhalb einer bestimmten Zeitdauer von beispielsweise einer Stunde gefertigt werden.
Im Falle eines zu bestückenden Bauelementeträgers kann die Leistungsfähigkeit beispielsweise durch die Anzahl an Bauelementen charakterisiert sein, die innerhalb einer Zeitspanne von typischerweise einer Stunde auf einen oder auf mehrere zu bestückende Bauelementeträger mittels der betreffenden Produktionslinie aufgesetzt werden. In diesem Zusammenhang ist es leicht verständlich, dass die Leistungsherabsetzung für einen einfachen Bauelementeträger mit lediglich wenigen aufzusetzenden elektronischen Bauelementen geringer ist, da Nebenzeiten wie beispielsweise das Einfahren der zu bestückenden und das Ausfahren der zumindest teilweise bestückten Bauelementeträger, in denen eine Bestückung mittels eines Bestückautomaten üblicherweise nicht möglich ist, stärker ins Gewicht fallen. Dadurch wird die effektive Leistungsfähigkeiten des jeweiligen Bestückautomaten und damit auch die Leistungsfähigkeit der jeweiligen Bestück- bzw. Produktionslinie entsprechend herabgesetzt.
Die beschriebene Berücksichtigung der Leistungsherabsetzung hat den Vorteil, dass das Auswählen der für die Fertigung des jeweiligen Produkts am besten geeigneten Produktionslinie basierend auf realitätsnahen Annahmen erfolgen kann. Dadurch kann insbesondere innerhalb einer größeren Fertigungsanlage mit mehreren verschieden konfigurierten Produktionslinien eine besonders effektive Ausnutzung der insgesamt zur Verfügung stehenden Ressourcen erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner die Auslastungen der einzelnen Produktionslinien und/oder von einzelnen Maschinen der Produktionslinien berücksichtigt.
Die Berücksichtigung der Auslastungen der einzelnen Produktionslinien hat den Vorteil, dass bei dem beschriebenen Optimierungsprozess nicht nur die technischen Eignungen der jeweiligen Produktionslinien sondern auch die Auslastungen mit der Fertigung von ggf. anderen Arten von Produkten berücksichtigt werden können. In diesem Zusammenhang macht es beispielsweise wenig Sinn, eine für ein bestimmtes zu fertigendes Produkt optimal geeignete Produktionslinie zu verwenden, wenn diese Produktionslinie mit der Fertigung eines anderen Produkts beschäftigt ist, für das diese Fertigungslinie mindest ebenso gut geeignet ist. Allerdings kann es aus Gründen einer übergeordneten Effizient für eine größere Produktionsanlage mit mehreren Produktionslinien sinnvoll sein, die Fertigung eines ersten Produkts auf einer ersten Produktionslinie abzubrechen und die erste Produktionslinie für die Fertigung eines zweiten Produkts zu verwenden. Ferner kann die Fertigung des ersten Produkts auf einer zweiten Produktionslinie fortgesetzt werden.
In diesem Zusammen wird darauf hingewiesen, dass bei der Beurteilung der Auslastungen auch noch die Verfügbarkeit der einzelnen Produktionslinien berücksichtigt werden kann, welche Verfügbarkeit beispielsweise durch erforderliche Wartungsarbeiten an einzelnen Komponenten der Produktionslinien temporär eingeschränkt sein kann. Ebenso können die Kapazitäten bzw. die Leistungsfähigkeiten der einzelnen Produktionslinien bei dem beschriebenen Optimierungsprozess berücksichtigt werden. Die Leistungsfähigkeiten können auch insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn verschiedene Produkte mit unterschiedlichen Losgrößen auf verschiedenen Produktionslinien gefertigt werden sollen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner die Übertragbarkeit der Fertigung von zumindest einem zu fertigenden Produkt von einer Produktionslinie auf eine andere Produktionslinie berücksichtigt.
Die Berücksichtigung der Übertragbarkeit hat den Vorteil, dass auch die Flexibilität der einzelnen Produktionslinien bezüglich der Fähigkeit unterschiedliche Arten von Produkten zu fertigen mit in den Optimierungsprozess einbezogen wird. So kann beispielsweise eine bereits bestehende Zuordnung von verschiedenen Produkten zu verschiedenen Produktionslinien durch einen neuen Auftrag zum Fertigen eines neuen Produkts geschickt abgeändert werden, um auf diese Weise die gesamte Effizienz der Gesamtheit aus sämtlichen verfügbaren Produktionslinien auszunutzen.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Falle der Generierung einer neuen Zuordnung von verschiedenen Produkten zu verschiedenen Produktionslinien insbesondere auch die mit einer geänderten Zuordnung einhergehenden Nebenzeiten mit berücksichtigt werden sollten. Dadurch kann dann eine Situation vermieden werden, bei der die erreichbaren Taktzeiten für die Fertigung der einzelnen Produkte zwar kürzer sind, der zeitliche Aufwand für die Umstellung bzw. die Neuzuordnung der einzelnen Produkte zu den einzelnen Produktionslinien aber so groß ist, dass die Effizienz der Gesamtheit der Produktionslinien aber verschlechtert ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner ein Termin für die Fertigstellung des zu fertigenden Produkts oder für die Fertigstellung einer Mehrzahl von Produkten eines bestimmten Typs berücksichtigt. Dies hat den Vorteil, dass in den beschriebenen Optimierungsprozess auch logistische Randbedingungen wie beispielsweise bestimmte von einem Kunden vorgegebene Lieferzeiten von gefertigten Produkten berücksichtigt werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien bereits aufgebaute Produktionslinien. Dies hat den Vorteil, dass all diejenigen Produktionslinien als mögliche Produktionslinien für das zu fertigende Produkt betrachtet werden, welche ohne größere Maßnahmen zur Umkonfigurierung für die Produktfertigung verwendet werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien noch aufzubauende Produktionslinien.
Die Berücksichtigung von sog. "virtuellen" Produktionslinien, die aktuell noch nicht aufgebaut sind, die aber beispielsweise durch ein Umkonfigurieren von zumindest einigen Maschinen bzw. Komponenten von bereits bestehenden Produktionslinien aufgebaut werden können, hat den Vorteil, dass für ein zu fertigendes Produkt aus einer großen Anzahl von möglichen Produktionslinien die am besten geeignete Produktionslinie ausgewählt werden kann. Im Vergleich zu der üblicherweise sehr begrenzten Auswahl aus lediglich bereits aufgebauten Produktionslinien erhöht sich somit infolge der größeren Auswahlmöglichkeit die Wahrscheinlichkeit für das zu fertigende Produkt eine optimale Produktionslinie auszuwählen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner die Zeitspannen zum Aufbauen der noch aufzubauenden Produktionslinien berücksichtigt.
Auf diese Weise können bei der Produktionslinienauswahl auch sogenannte Nebenzeiten mit berücksichtigt werden, innerhalb derer die entsprechenden Komponenten bzw. Maschinen der Produktionslinie nicht für die Produktfertigung verwendet werden können. Somit kann beispielsweise eine unsinnige Auswahl einer Produktionslinie verhindert werden, welche zwar eine schnelle Produktfertigung bzw. eine kurze Produktions dauer ermöglicht, welche aber zum Aufbau eine derart lange Zeit benötigt, dass sich in Anbetracht einer stets limitierten Losgröße, d. h. der Anzahl an zu fertigenden Produkten, ein ggf. sehr aufwendiger Umbau nicht rentiert.
Die Zeitspannen können auch Verfahrzeiten umfassen, innerhalb derer einzelne Komponenten der aufzubauenden Produktionslinie von einer Ausgangsposition innerhalb einer Fabrikationshalle zu der Zielposition innerhalb der aufzubauenden Produktionslinie bewegt werden. Ferner können die Zeitspannen auch Montagezeiten sowohl (a) für das Entfernen einer Komponente aus einer aufgebauten Produktionslinie als auch (b) für den Einbau der Komponente in die aufzubauende Produktionslinie umfassen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Produkt ein mit elektronischen Bauelementen bestückter Bauelementeträger, und der Ablaufgenerator ist ein Bestückprogrammgenerator.
Der Bestückprogrammgenerator kann ein bekannter in Software und/oder in Hardware ausgebildeter Optimierer sein, mit dem in bekannter Weise für eine bestimmte Bestückaufgabe, welche für das fest vorgegebene Produkt spezifisch ist, ein geeignetes Bestückprogramm ermittelt werden kann. Das am besten geeignete Bestückprogramm kann insbesondere das Bestückprogramm sein, mit dem die Bestückaufgabe in minimaler Zeit abgearbeitet wird.
Bei der Optimierung der Bestückaufgabe können sämtliche für die Fertigung von elektronischen Baugruppen auf Leiterplatten relevante Fähigkeiten der jeweiligen Bestück- bzw. Produktionslinie berücksichtigt werden. Insbesondere kann ein dynamisches Modell der gesamten Bestücklinie bei der Ermittlung des am besten geeigneten Bestückprogramms verwendet werden.
Die relevanten Fähigkeiten können beispielsweise durch Eigenschaften wie (a) mögliche Beschleunigungen, Verfahrgeschwindigkeiten und/oder Verfahrwege eines Bestückkopfes, (b) Restriktionen bzgl. der Aufnahme und/oder des Transports von bestimmten Bauelementgrößen und/oder Bauelementformen, und (c) mögliche Rüstungen von Bauelement-Zuführvorrichtungen mit unterschiedlichen Bauelement-Typen, welche zumindest einem Bestückautomaten der Bestücklinie zugeführt werden, beschrieben werden. Durch eine entsprechend hohe Anzahl der jeweiligen Eigenschaften, mit denen die gesamte Bestücklinie beschrieben wird, kann in bekannter Weise der gesamte Bestückprozess realitätsnah beschrieben und simuliert werden.
Nach erfolgter Auswahl der am besten geeigneten Produktions- bzw. Bestücklinie kann somit ein passendes Bestückprogramm ausgegeben werden, welches zu einer kürzest möglichen Produktions- bzw. Bestückungsdauer führt. Das Bestückprogramm kann dabei nicht nur die optimale Ablaufsequenz der einzelnen Bauelement-Handhabungsvorgänge sondern auch eine optimale Rüstung ausgeben, mit der die einzelnen Zuführspuren von zumindest einer Bauelement-Zuführvorrichtung mit verschiedenen Bauelement-Typen versehen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen eines Produkts unter Verwendung einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien beschrieben. Dabei wird die ausgewählte Produktionslinie mittels des oben beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie ausgewählt.
Dem beschriebenen Fertigungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Effizienz bei der Produktherstellung durch eine optimale Wahl der für die Produktfertigung verwendeten Produktionslinie verbessert werden kann. Dabei erfolgt die Auswahl der optimalen Produktionslinie durch das oben beschriebene zweistufige Optimierungsverfahren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein computerlesbares Speichermedium beschrieben, in dem ein Programm zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien gespeichert ist. Das Programm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des oben genannten Verfahrens zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie eingerichtet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Programm-Element zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien beschrieben. Das Programm-Element ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des oben genannten Verfahrens zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie eingerichtet.
Das Programm und/oder das Programm-Element kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Programm und/oder das Programm-Element kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Programm und/oder das Programm-Element in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anlage zum Fertigen eines Produkts beschrieben. Die beschriebene Anlage weist auf (a) eine Mehrzahl von Produktionslinien, welche jeweils zum Fertigen eines Produkts eingerichtet sind, und (b) eine Berechnungs- und Auswahlvorrichtung, welche mit den Produktionslinien gekoppelt ist und welche zum Durchführen des oben genannten Verfahrens zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt zu einer ausgewählten Produktionslinie eingerichtet ist.
Auch dem beschriebenen Fertigungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Effizienz bei der Produktherstellung durch eine optimale Wahl der für die Produktfertigung verwendeten Produktionslinie verbessert werden kann. Die Auswahl der optimalen Produktionslinie erfolgt durch das oben beschriebene zweistufige Optimierungsverfahren, welches in der Berechnungs- und Auswahlvorrichtung durchgeführt werden kann.
Die beschriebene Berechnungs- und Auswahlvorrichtung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d. h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d. h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d. h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Die Kopplungen zwischen den verschiedenen Produktionslinien auf der einen Seite und der Berechnungs- und Auswahlvorrichtung auf der anderen Seite können permanent oder lediglich temporär ausgebildet sein. Die Kopplungen sollten eine Datenübertragung von charakteristischen Daten der einzelnen Produktionslinien auf die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung ermöglichen. Die Kopplungen können auch lediglich logische Kopplungen sein. Dies bedeutet, dass beispielsweise von einer externen Funktionseinheit die entsprechenden charakteristischen Daten der einzelnen Produktionslinien auf die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung übertragen werden können.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
1 zeigt eine Anlage zum Bestücken von Leiterplatten, welche verschiedene unterschiedlich konfigurierte Bestücklinien und eine Berechnungs- und Auswahlvorrichtung aufweist, welche einen bestimmten Typ von zu bestückender Leiterplatte einer ausgewählten Bestücklinie zuordnet.
2 zeigt eine Tabelle, in der ein Ergebnis der Berechnung für mögliche Zuordnungen von unterschiedlichen zu bestückenden Leiterplatten zu verschiedenen Bestücklinien dargestellt ist.
In 1 ist eine Fertigungsanlage 100 zum Bestücken von Leiterplatten 130 schematisch dargestellt. Die Fertigungsanlage 100 umfasst mehrere als Bestücklinien ausgebildete Produktionslinien 111, 112, 113, 114, 115, welche mit einer zentralen Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 gekoppelt sind. Die Kopplung der einzelnen Produktionslinien 111–115 ist in 1 durch Doppelpfeile dargestellt. Die Kopplungen können permanent oder lediglich temporär ausgebildet sein. Die Kopplungen sollten gewährleisten, dass charakteristische Daten bezüglich der Leistungsfähigkeit der einzelnen Produktionslinien 111, 112, 113, 114, 115 auf die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 übertragen werden können.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 in Bezug auf die einzelnen Bestücklinien 111–115 nicht unbedingt an zentraler Stelle angeordnet sein muss. So ist es zum Beispiel durchaus denkbar, dass die Funktion der Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120, welche nachfolgend noch genauer beschrieben wird, auch von einer beliebigen Steuereinheit übernommen wird. Die Steuereinheit kann beispielsweise eine Steuereinheit von einer der Bestücklinien 111–115 oder eine Steuereinheit für eine der Komponenten, beispielsweise einem Bestückautomaten, einer der Bestücklinien 111–115 sein.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Kopplungen auch lediglich logische Kopplungen sein können. Dies bedeutet, dass beispielsweise von einer dritten in 1 nicht dargestellten Funktionseinheit die entsprechenden Daten der einzelnen Produktionslinien 111–115 an die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 übertragen werden können. Dies kann über eine schnurgebundene und/oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder lediglich mittels eines portablen Datenträgers erfolgen.
Wie aus 1 ersichtlich, sind die einzelnen Produktionslinien 111–115 in unterschiedlicher Weise konfiguriert. Dies bedeutet, dass für unterschiedliche Produkte bzw. zu bestückende Leiterplatten 130 unterschiedliche Produktions- bzw. Bestücklinien 111–115 geeignet sind. Um die am besten geeignete Bestücklinie 111, 112, 113, 114 oder 115 zu ermitteln, ist die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 eingerichtet, ein Verfahren auszuführen, bei dem (a) für jede Bestücklinie 111–115 jeweils eine Produktionsdauer für eine bestimmte zu bestückende Leiterplatte 130 ermittelt wird und bei dem basierend auf den berechneten Produktionsdauern eine der Bestücklinien 111–115 ausgewählt wird. Die Berechnung der einzelnen Produktionsdauern erfolgt unter Verwendung eines Ablaufgenerators, bei dem mehrere für die Fertigung des Produkts erforderliche Handhabungsschritte der jeweiligen Produktionslinie in eine geeignete zeitliche Abfolge gesetzt werden. Der Ablaufgenerator kann insbesondere ein bereits in bzw. für bekannte Bestücklinien implementierter Ablaufgenerator sen.
Um die für eine zu bestückende Leiterplatte am besten geeignete Bestücklinie zu ermitteln, kann gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Berechnungs- und Auswahlvorrichtung 120 neben der jeweiligen Produktionsdauer eine Vielzahl von Parametern berücksichtigen, welche die Leistungsfähigkeit der einzelnen Bestücklinien charakterisieren. Zu diesen Parametern können zählen:

– Die Eignungen der einzelnen Produktionslinien für das zu fertigende Produkt,
– eine von der Komplexität des zu fertigenden Produkts abhängige Leistungsherabsetzung (derating) der einzelnen Produktionslinien,
– die Auslastungen der einzelnen Produktionslinien und/oder der einzelnen Maschinen der Produktionslinien,
– die Übertragbarkeit der Fertigung von zumindest einem zu fertigenden Produkt von einer Produktionslinie auf eine andere Produktionslinie,
– ein Termin für die Fertigstellung des zu fertigenden Produkts oder für die Fertigstellung einer Mehrzahl von Produkten eines bestimmten Typs, und/oder
– eine genaue Produktbeschreibung des zu fertigenden Produkts.

Bei den in dem oben beschriebenen Optimierungsprozess zum Auffinden der am besten geeigneten Produktions- bzw. Bestücklinie können bereits aufgebaute Produktionslinien und ggf. auch noch virtuelle Produktionslinien berücksichtigt werden, welche durch unterschiedliche Umkonfiguriermaßnahmen aufgebaut werden können. Dabei können einzelne Komponenten und insbesondere einzelne Bestückautomaten von bereits aufgebauten Bestücklinien in einer geänderten Anordnung virtuell aufgestellt werden.
Die Bestimmung der Eignung und insbesondere der Leistungsherabsetzung einer bestimmten reellen oder virtuellen Bestücklinie für die Bestückung einer bestimmten Leiterplatte erfordert typischerweise ein genaues Wissen über die Leistungsfä higkeit und die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Bestücklinie. Da ferner jede Komponente einer Bestücklinie in verschiedenen Hardware-technischen und insbesondere in einer Vielzahl von Software-technischen Versionen ausgebildet sein kann, hat dieses Wissen typischerweise nur der Hersteller der jeweiligen Komponente der Bestücklinie.
Zur Bestimmung der Leistungsherabsetzung kann beispielsweise ein Zeitmodel für den Bestückablauf verwendet werden, bei dem die gesamte Dynamik der für die Bestückung erforderlichen Abhol- und Aufsetzvorgänge von elektronischen Bauelementen durch einen Bestückkopf berücksichtigt wird. Ferner ist natürlich eine genaue Kenntnis von möglichen Beschränkungen einzelner Komponenten bezüglich der Bestückung von Bauelementen beispielsweise mit einer bestimmten Größe erforderlich.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf ein Verfahren beschränkt ist, bei dem alle der oben genannten Parameter für die Berechnung der einzelnen Produktionsdauern und die darauffolgende Auswahl der am meisten geeigneten Bestücklinie verwendet werden. Das Verfahren kann auch mit einer ggf. leicht reduzieren Vorhersagekraft bezüglich der am besten geeigneten Bestücklinie auch unter Verwendung von lediglich einen oder mehreren der oben genannten Parameter durchgeführt werden.
In 2 ist eine Tabelle 250 dargestellt, welche ein Ergebnis einer Berechnung für mögliche Zuordnungen von unterschiedlichen zu bestückenden Leiterplatten zu verschiedenen Bestücklinien anzeigt. In der Tabelle 250 ist für insgesamt fünfzehn verschiedene zu fertigende Produkte bzw. zu bestückende Leiterplatten dargestellt, welche von insgesamt vier Bestücklinien für die Bestückung der jeweiligen Leiterplatte prinzipiell geeignet ist. Demzufolge findet sich für jede Kombination von Produkt und Bestücklinie entweder die Angabe "Ja" oder die Angabe "Nein", welche eine positive Machbarkeit bzw. eine negative Machbarkeit des entsprechenden Produkts auf der jeweiligen Bestücklinie angeben.
Ferner finden sich in der Tabelle 250 für jede Kombination von Produkt und Bestücklinie Angaben über die Taktzeit zur Fertigung des betreffenden Produkts mittels der betreffenden Bestücklinie sowie zu der Leistungsherabsetzung (derating). Außerdem findet sich in der Tabelle 250 für jede Kombination auch noch eine Angabe ob die betreffende Bestücklinie für die Herstellung erlaubt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind alle Bestücklinien 1 bis 4 erlaubt, so dass sich in der entsprechenden Spalte kein Eintrag befindet.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ferner in der Tabelle 250 für jede Kombination von Produkt und Bestücklinie auch noch angezeigt, wie sehr sich die betreffende Bestücklinie für das betreffende Produkt eignet. Eine Schraffierung mit von unten links nach oben rechts verlaufenden Strichen zeigt dabei an, dass das betreffende Produkt mit der betreffenden Bestücklinie mit einer akzeptablen Effizienz gefertigt werden kann. Eine Schraffierung mit von oben links nach unten rechts verlaufenden Strichen zeigt an, dass das betreffende Produkt mit der betreffenden Bestücklinie mit einer geringen Effizienz gefertigt werden kann. Eine kreuzweise Schraffierung zeigt einer Bedienperson deutlich an, dass das betreffende Produkt mit der betreffenden Bestücklinie überhaupt nicht gefertigt werden kann. Die kreuzweise Schraffierung ist somit mit der Angabe "Ja" oder "Nein" redundant.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvari anten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

100: Fertigungsanlage
111: Produktionslinie/Bestücklinie
112: Produktionslinie/Bestücklinie
113: Produktionslinie/Bestücklinie
114: Produktionslinie/Bestücklinie
115: Produktionslinie/Bestücklinie
120: Berechnungs- und Auswahlvorrichtung
130: zu fertigende Produkte/zu bestückende Leiterplatten
250: Tabelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1448042 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt (130) zu einer ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115), das Verfahren aufweisend – Berechnen der jeweiligen Produktionsdauern für das Produkt (130) für jede Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115), und – Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) basierend auf den berechneten Produktionsdauern, wobei die jeweiligen Produktionsdauern unter Verwendung eines Ablaufgenerators berechnet werden, bei dem mehrere für die Fertigung des Produkts erforderliche Handhabungsschritte der jeweiligen Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) in eine geeignete zeitliche Abfolge gesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) ferner die Eignungen der einzelnen Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) für das zu fertigende Produkt (130) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) ferner jeweils eine von der Komplexität des zu fertigenden Produkts (130) abhängige Leistungsherabsetzung der einzelnen Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) ferner die Auslastungen der einzelnen Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) und/oder der einzelnen Maschinen der Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) ferner die Übertragbarkeit der Fertigung von zumindest einem zu fertigenden Produkt (130) von einer Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) auf eine andere Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) ferner ein Termin für die Fertigstellung des zu fertigenden Produkts (130) oder für die Fertigstellung einer Mehrzahl von Produkten (130) eines bestimmten Typs berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) bereits aufgebaute Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) noch aufzubauende Produktionslinien umfasst.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei beim Auswählen der ausgewählten Produktionslinie ferner die Zeitspannen zum Aufbauen der noch aufzubauenden Produktionslinien berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei – das Produkt ein mit elektronischen Bauelementen bestückter Bauelementeträger (130) ist, und – der Ablaufgenerator ein Bestückprogrammgenerator ist.
Verfahren zum Fertigen eines Produkts (130) unter Verwendung einer ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115), wobei die ausgewählte Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgewählt wurde.
Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt (130) zu einer ausgewählten Produktionslinie (111, 112, 113, 114, 115) von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) gespeichert ist, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
Programm-Element zum Bestimmen einer optimalen Zuordnung von einem zu fertigenden Produkt (130) zu einer ausgewählten Produktionslinie von einer Mehrzahl von unterschiedlich konfigurierten Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115), das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
Anlage zum Fertigen eines Produkts, die Anlage (100) aufweisend – eine Mehrzahl von Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115), welche jeweils zum Fertigen eines Produkts (130) eingerichtet sind, und – eine Berechnungs- und Auswahlvorrichtung (120), welche mit den Produktionslinien (111, 112, 113, 114, 115) gekoppelt ist und welche zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.