cts GmbH automatisiert Leiterplattenmagazinlagerung und - transport | OMRON, Österreich

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cts GmbH automatisiert Leiterplattenmagazinlagerung und - transport

Smarte Automatisierungslösung für Siemens in Karlsruhe

Mit dem vollautomatischen Smart In-Production Warehouse und modernsten autonomen Transportroboterlösungen automatisiert die cts GmbH die Flachbaugruppenversorgung der Elektronikfertigung von Siemens in Karlsruhe. Das Ergebnis: signifikant gesteigerte Produktivität und Effizienz, erhebliche Entlastung der Mitarbeiter, vollständige Nachverfolgbarkeit aller gelagerten und verarbeiteten Flachbaugruppen sowie deutliche Einsparungen wertvoller Produktionsflächen. Das Lagersystem des oberbayerischen Automatisierungsspezialisten bietet Platz für mehr als 680 Magazine, die von sieben Transportrobotern selbstständig an die jeweiligen Produktions- und Montagelinien gebracht werden.

„Für die Entkopplung und kurzzeitige Pufferung von Flachbaugruppenmagazinen in Verbindung mit unseren autonomen Transportrobotern suchten wir schon länger nach effizienteren Lösungen für unsere Elektronikfertigung – ein intelligentes und automatisiertes Lagersystem auf einem Niveau, wie wir es uns vorstellten, war allerdings am Markt nicht verfügbar“, erklärt Sascha Geiger vom Disruptive and Special Technology Support der Siemens AG in Karlsruhe. Etwa 1000 Mitarbeiter sind im Elektronikwerk mit der Produktion von mehr als 2000 Produktvarianten aus vorrangig dem Bereich Digital Industry beschäftigt. Magazine mit Flachbaugruppen wurden bisher durch Bediener nach der SMT-Bestückung manuell auf Rollwägen gesetzt und auf zugewiesene Stellflächen der Folgeprozesse transportiert - dort wiederum von Hand zugeführt. Um den technologischen und qualitativen Standards von Siemens gerecht zu werden und einen höheren Automatisierungsgrad zu erreichen, wurde dringend eine deutlich modernere, produktivere und effizientere Lösung gesucht.

„Die cts GmbH hatte bei Siemens Karlsruhe bereits erfolgreich Transportroboterlösungen implementiert. Unserer Anfrage nach einem hochautomatiserten In-Production Warehouse - notwendig zur Erreichung eines geschlossenen Transportkreislaufs ohne manuelle Eingriffe – war cts sehr aufgeschlossen, so dass wir 2019 die gemeinsame Konzept- und Konstruktionsphase starten konnten. Im Herbst 2020 wurde die Anlage bei uns angeliefert und montiert und nach ausführlichen Funktions- und Integrationstests konnten wir das Smart In-Production Warehouse im März 2021 in unsere Prozesse integrieren und profitieren jetzt von einem vollautomatischen und hocheffizienten Transportprozess bei vollständiger Nachverfolgbarkeit“, führt Sascha Geiger weiter aus.

Automatisierte Lagerlösung mit Open Connectivity für die Industrie 4.0

Das cts Smart In-Production Warehouse ist eine intelligente, modulare und hocheffektiv automatisierte Lagerlösung für den Shopfloor. Es erreicht eine signifikante Reduzierung der Belegung wertvoller Fertigungsfläche durch sonst manuell platzierte oder gestapelte PCBMagazine, Kleinladungsträger (KLT) oder andere Behältnisse. Mit mechanischen und softwaretechnischen Schnittstellen für AMR/AIV (Autonomous Mobile Robots/Autonomous Intelligent Vehicles) ermöglicht das cts Smart In-Production Warehouse auf Wunsch die vollständige Automatisierung des Materialflusses in der Fertigung. Die Größe des Lagersystems ist variabel zwischen etwa 8,5 und 20 Meter Länge sowie einer Breite von 4 Meter gestaltbar und bietet damit Platz für 400 bis 1300 Standard-PCBMagazine.

In seinem Kern sorgt ein innovatives, raumsparendes Greifsystem für ein effektives Ein- und Auslagern im Verhältnis zum Lagerbereich. Die Ein-/Auslager-Ports können dabei flexibel und bedarfsgerecht an verschiedenen Positionen einer Seite platziert werden – sie benötigen jeweils nur einen Regalplatz. Ebenso modular ist die Softwarestruktur ausgelegt. Ein Open-Connectivity-REST-Interface ermöglicht die einfache und umfassende Anbindung an MES- und ERP-Systeme oder eine Middleware für die Steuerung von AIV-/AMR-Flotten.

Die Voraussetzungen schaffen

Auf dem Shopfloor ist eine besonders kompakte Warehouse-Lösung gefordert. Das cts In- Production Warehouse ist in unterschiedlichen Standardgrößen verfügbar und kann darüber hinaus mit flexiblen Sonderlösungen kundenspezifischen Anforderungen angepasst werden. Für Siemens entwickelten die cts-Spezialisten daraus ein passgenaues Konzept. So musste die Verarbeitung von zwei unterschiedlich großen Leiterplattenmagazinen gewährleistet sein, die in der Siemens-Elektronikfertigung zum Einsatz kommen. Für die einzusetzenden AMRs/AIVs wurde eine automatische Breitenverstellung ihrer Transportaufsätze geplant und konstruiert. Die Lagerplätze im Warehouse wurden entsprechend angepasst, um eine optimale Kapazitätsverteilung zu erreichen. Eine Herausforderung war die Bodenbeschaffenheit vor Ort. Für die stabile Aufstellung des Lagersystems und hemmnisfreie Wege für die Transportroboter konzipierte das cts-Installationsteam zusätzlich eine spezielle Bodenbehandlung.

Ein erfahrener und kompetenter Partner zahlt sich aus

„Die Zusammenarbeit und Kommunikation mit den cts-Experten in der Design- und Entwicklungsphase war höchst konstruktiv und offen. Wir haben von den jahrzehntelangen Erfahrungen der cts GmbH in allen Belangen rund um die Automatisierung profitiert“, erläutert Sascha Geiger. „Kristallisierten sich Hindernisse oder Probleme heraus, entwarf cts schnell passende Lösungen und wir erreichten so eine zielführende, praxisorientierte und für uns passgenaue Umsetzung. Die Flexibilität und Geschwindigkeit, mit der unser Partner dabei selbst auf unvorhergesehene Herausforderungen reagierte, war vorbildlich.“

Projektphase 1: Transportautomatisierung zwischen den Linien

Die erste Projektphase realisierte den Transport der Leiterplattenmagazine zwischen den Linien: Eine Flotte aus sechs knapp fünf Stundenkilometer schnellen cts-AMRs auf Basis des Omron LD90 mit einer Ladekapazität von bis zu 90 Kilogramm sowie ein Transportsystem eines weiteren Herstellers entlasteten die Mitarbeiter an den Anlagen von Laufwegen. Wo erforderlich, wurden die AMRs mit der automatischen Breitenverstellung ausgestattet, um die beiden verwendeten Magazingrößen effizient handhaben zu können. Als Minipuffer wurden dazu von Siemens schwerkraftbasierte Rollenbahnen gefertigt, die durch die AMRs befüllt beziehungsweise entleert werden. Die Vergabe der Transportaufträge auf die AMR/AIV übernimmt die cts-eigene Middleware AIV Framework. Über die smarte Lösung lassen sich uneinheitliche Transportroboterflotten von bis zu 100 Fahrzeugen managen. Die flexible, Siemens-eigene, Intralogistikplattform kennt den Status jeder Produktionslinie und errechnet daraus das künftig notwendige Material um die Produktionsplanung zu erfüllen. Über eine offene REST-Schnittstelle kommunizieren die beiden Systeme miteinander und die Siemens Intralogistikplattform übermittelt die erforderlichen Anforderungen an das AIV Framework, um die Transportauftragserstellung mit den Siemens-Lösungen zu synchronisieren. Noch konnte allerdings mit diesem Schritt die Nutzung von Teilen der Produktionsfläche als Lager nicht vollständig verhindert werden, da das Produktionsumfeld zu komplex und heterogen waren.

Projektphase 2: Komplette Automatisierung mit dem Smart In-Production Warehouse

Die Integration des fertigungsnah platzierten cts In-Production Warehouse als zentrale und vollautomatische Materialversorgungsstation befreite die knapp bemessene Produktionsfläche von dort zwischengelagerten Magazinen: Rund 13 Meter Länge, 4 Meter Breite und eine Höhe von 4 Meter bieten nun effizient nutzbaren Lagerplatz für mehr als 680 Leiterplattenmagazine in den beiden von Siemens Karlsruhe verwendeten Größen. Die Lagerlösung ist mit drei Ein-/Auslager-Ports ausgestattet, die sowohl den manuellen Zugriff als auch das Handling über AMR/AIV-Lösungen ermöglichen – unabhängig davon, ob von cts oder von Drittanbietern. So erreicht Siemens die vollständige Automatisierung des Leiterplattenmagazinmaterialflusses und hält sich gleichzeitig die Option offen, dass Bediener bei Bedarf auch selbst eingreifen können. Ein weiterer Vorteil der neuen Lösung: In die Ein-/Auslager-Ports ist Siemens-eigene SCALANCE RFID-Technologie zum WiP-Tracking (Work in Process) der Leiterplatten integriert. Dies gewährleistet die vollständige Nachverfolgbarkeit über die gesamte Produktionskette hinweg. Ein intelligenter Speicher- und Optimierungsalgorithmus macht es dazu möglich, dass das Warehouse eingelagerte Leiterplattenmagazine in Ruhephasen selbstständig optimal verteilt, um so die schnellstmögliche Auslagerung zu ermöglichen. Das cts Smart In-Production Warehouse ist damit vollständig in den vollautomatischen Prozessablauf integriert, um die AMR-Flotte zu be- und entladen, die wiederum sämtliche automatisierte und an das System angebundene Produktions- und Montagelinien versorgt beziehungsweise Material von dort einsammelt. Die cts-Middleware AIV Framework ist dabei an die modulare, intelligente Intralogistik- Plattform von Siemens angebunden, welche die gesamte Transportlogik beinhaltet und als Output Transportanforderungen für die AMRs/AIVs, sowie Ein- und Auslageraufträge für das Warehouse an die cts-Middleware übermittelt und von dieser Informationen über Inhalt, Status und Performance erhält. Parallel zu den AMRs/AIVs können Ein- und Auslagerungen durch Mitarbeiter für manuelle beziehungsweise teilautomatisierte oder datentechnisch nicht angebundene Linien erfolgen.

Und schon bereit für Neues

Das Konzept aus automatischen Transportrobotern und cts In-Production Warehouse ist für Siemens Karlsruhe ein Erfolg. Es ist bereits ein weiteres vollautomatische Lagersysteme in Planung. Innerhalb des Siemens-Konzerns hat dieses Projekt darüber hinaus in kurzer Zeit große Beachtung erfahren – es liegen mittlerweile schon von weiteren Standorten Anfragen für ähnliche Lösungen vor.

Produktivitäts- und Effizienzsteigerung und damit rasche Amortisierung

„Mit dem Konzept aus automatischen Transportrobotern und dem voll automatisierten cts In- Production Warehouse können wir uns auf Kernprozesse konzentrieren und so deutlich schneller, besser und smarter produzieren“, fasst der bereichsverantwortliche Abteilungsleiter Technology Matrix, Markus Ziehl, zusammen. „Die neue Lösung entlastet unsere Mitarbeiter und reduziert nicht wertschöpfende Tätigkeiten auf ein Minimum. Aufwendiges Suchen nach Magazinen entfallen, da der Standort jeder einzelnen Leiterplatte stets bekannt ist. Darüber hinaus konnten einige Quadratmeter an wertvoller Produktionsfläche einsparen. Wir haben eine höchst innovative und disruptive Lösung erhalten, die den hohen Ansprüchen von Siemens im Hinblick auf Qualität und Sicherheit voll gerecht wird. Durch den erreichten Produktiv- und Effizienzsprung rechnen wir mit einer attraktiven Amortisierung unserer Investition.“ Sein Kollege Sascha Geiger ergänzt: „In der Zwischenzeit freuen wir uns auf weitere Projekte mit cts, mit denen wir unsere Fertigung noch produktiver und wettbewerbsfähiger gestalten können.“

Das Smart In-Production Warehouse in Aktion bei Siemens in Karlsruhe:

Smarte Automatisierungslösung für Siemens in Karlsruhe