Systém „Pick-to-Light“ ve výrobě elektroniky

Při montáži desek plošných spojů se výrobci často spoléhají na technologii SMD (technologie povrchové montáže), protože tento proces je plně automatizovaný. Jakmile je však třeba osadit drátové elektronické součástky, využívají se alternativy, jako je například proces THT (technologie průchozích otvorů). Součástky se zde vkládají skrz kontaktní otvory v desce, což i dnes vyžaduje ruční montážní práce. Za tímto účelem zaměstnanci umisťují jednotlivé elektronické součástky na desky a pomocí pájecí vlny vytvářejí trvalé spojení s vodivými drahami desky plošných spojů.

V závislosti na velikosti desky a počtu montovaných součástek může být tento montážní proces velmi složitý. Montážní stoly Royonic se proto při montáži desek plošných spojů metodou THT často používají k zajištění bezpečnosti a kvality procesu. To platí i pro montáž metodou THT ve společnosti Werner Turck GmbH v Halveru. Montážní stůl Royonic pomocí světelných indikátorů ukazuje zaměstnanci, kam má konkrétní součástky osadit. Obvykle je v přepravním rámu umístěno 8 až 15 podobných desek. Pokaždé, když je osazena součástka, stiskne zaměstnanec potvrzovací tlačítko na stole.

Optimalizace nákladů a procesů

Výrobní procesy ve společnosti TURCK procházejí pravidelnými kontrolami v rámci zavedeného procesu CIP. Procesní specialisté v Halveru vypočítali, že zaměstnanci stráví celkem 240 hodin ročně pouhým stiskem potvrzovacího tlačítka. Rovněž skutečnost, že zaměstnanci museli rámy s deskami ručně zvedat na dopravní pás pro vlnovou pájecí jednotku, nebyla efektivní. Celkově existoval velký potenciál pro zvýšení efektivity procesu montáže THT. Pro Alexandra Kohlhaase, odborníka na výrobní technologie v Halveru, bylo jasné, že montážní stoly Royonic nejsou optimálním řešením pro desky s až 15 součástkami. Jedním z prvních nápadů bylo rozhodnutí zavést řešení „pick-to-light“ se systémovými komponenty od společnosti TURCK. Automatizovat bylo třeba také přepravu rámů, což eliminovalo nutnost jejich přenášení zaměstnanci a zároveň optimalizovalo výrobu. Díky tomu již nebylo nutné, aby logistické procesy, jako je doplňování součástek, přerušovaly montáž, protože je mohli provádět zaměstnanci logistiky.

Systémové řešení od společnosti Turck Mechatec

Společně s Natalií Krumme, která v té době absolvovala praxi v oboru mikrotechnologie, Kohlhaas rozvinul myšlenku pracoviště THT založeného na systému „pick-to-light“. Poté, co plánovači výroby v Halveru definovali funkční a ergonomické požadavky na danou aplikaci, zapojila se do projektu dceřiná společnost TURCK – Mechatec. Společnost Turck Mechatec nabízí kompletní řešení elektrických systémů podle specifikací zákazníků, a to od fáze plánování až po předání řešení na klíč. Na základě profilu požadavků specialisté společnosti Mechatec vypracovali a realizovali systémové řešení, které bylo jak ergonomické, tak nákladově optimalizované.

Díky svým řešením typu „pick-to-light“ již společnost TURCK vybavila několik zákazníků pracovišti pro ruční montáž a kompletaci objednávek. Společnost Mechatec tak mohla při plánování systému čerpat z rozsáhlých zkušeností tohoto specialisty na automatizaci a kombinovat optimální jednotlivé komponenty se softwarem speciálně vyvinutým pro aplikaci THT v Halveru. Tento software nejen řídí proces, ale také měří produktivitu montáže THT a vizualizuje ji na samostatném monitoru. Data se zaznamenávají, aby bylo možné při pozdější analýze identifikovat případné další možnosti optimalizace. Mezi hardware použitý na nových montážních stanicích patří dva systémy HMI/PLC, I/O stanice BL67, jakož i různé senzory a světelná tlačítka spolu s propojovacími kabely. Dnes zaměstnanci pracují před dvěma ergonomicky navrženými regálovými systémy typu „pick-to-light“, které jsou vybaveny až 48 přihrádkami pro uložení komponentů určených k montáži.

Efektivní montážní proces 

Montážní proces začíná vložením prázdných desek do rámového nosiče. Velké obrazovky HMI/PLC vizuálně zobrazují jednotlivé pracovní kroky a další součástku, která má být namontována, včetně jejího umístění a montážní polohy na desce. Zobrazení na monitoru zároveň slouží jako pracovní pokyn. Tím se eliminuje potřeba jakéhokoli zaškolování a umožňuje flexibilnější nasazení výrobních zaměstnanců. Kromě zobrazení na monitoru signalizuje aktivované světlo polohu police, ze které musí zaměstnanec vzít aktuální součástku určenou k montáži.

Poté, co zaměstnankyně namontuje součástku na desku, potvrdí tento pracovní krok dotykem na kapacitní senzor typu „pick-to-light“ a na monitoru se zobrazí další místo montáže. Senzor typu „pick-to-light“ označí na regálu místo, odkud je třeba vzít další součástku. Jakmile jsou desky hotové, zaměstnankyně posune rám na dopravní pás. Rámy s osazenými deskami jsou automaticky přepravovány dopravníkem k vlnové pájecí jednotce a poté zpět na pracoviště. Zde zaměstnanec vyjme plně osazené a spájené desky a doplní rám prázdnými deskami pro další operaci.

Soustředění se na to podstatné

Regály jsou navrženy tak, aby je bylo možné zezadu doplňovat novými součástkami bez přerušení montážního procesu. Tím se výrobní pracovníci zbavují logistických úkolů a mohou se soustředit na samotnou montáž. Oba regálové systémy představují také pokrok z hlediska ergonomického designu. Místo toho, aby museli pracovníci pro montáž zvedat rám s komponenty o hmotnosti přibližně osmi kilogramů z pásu, nyní dopravní pás přiváží rámy s deskami přímo k zaměstnancům. Ti musí rám pouze posunout o kousek dál, než jej dopravní pás zachytí a přepraví k vlnové pájecí jednotce. Veškeré nezbytné přípravné práce pro montáž nových produktů lze nyní provádět externě prostřednictvím jednotky pro plánování práce. Celý proces je popsán a definován v souboru CSV. Plánovači výroby mohou také určit, zda má pracoviště obsluhovat jeden nebo dva zaměstnanci, aby se zkrátila doba průchodu produktů. Jakmile se zahájí výroba nového produktu, stačí pouze nahrát soubor CSV spolu s obrázky do IPC a stanice BL67. V budoucnu bude možné řešení bez většího úsilí propojit také s novým systémem správy zásob.

Závěr

První zkušenosti ukázaly, že montážní proces optimalizovaný pomocí systému „pick-to-light“ vede k výraznému zvýšení produkce na pracovištích pracujících na plný výkon. Jednotka pro pájení vlnou je nyní využívána nepřetržitě a rovnoměrně. Jakékoli přerušení procesu, která byla dříve nutná kvůli doplňování součástek, byla z velké části odstraněna. Podařilo se také snížit chybovost, protože právě tato přerušení jsou obvykle zdrojem chyb v montážním procesu. Investice do optimalizovaného vybavení se velmi rychle vrátí.