Modulares Planungssystem zur Optimierung der Elektronikfertigung

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 44

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-25
Issue Year
1995
Authors
Rothhaupt, Armin
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-18307-8
Abstract

The increasing integration of electronic components and the substitution of mechanical by electronic aggregates in many products as well as the takeover of greater functionality within the products by electronics show the great and growing influence of electronic systems on other product areas. These are just a few of the reasons why electronics are becoming increasingly important as a key technology. At the heart of this technology, the manufacture of the printed circuit boards is an extremely innovative production area that is constantly influenced by new developments and changes. New assembly technologies (COB, flip chip, etc.), new circuit carriers (3D-MID) or new component shapes (BGAetc.) Are just a few examples. Mastering the processes and sensibly integrating new technologies are requirements that a competitive company must be able to cope with. The variety and complexity of the data require efficient planning for the companies in order to produce cost-effectively. Due to the high computer penetration in the development area of the printed circuit boards, most of the data describing the product is already available in the computer. This advantage is to be used to realize a continuous data flow from development to planning level to process level. The aim of this work was the development of a software system to support the planning activities in the flat module production. For this purpose, systems available on the market, the data formats in electronics production and the demands on a planning system from various companies were analyzed in advance. Based on the deficits, a requirement profile and, based on this, a flexible, expandable concept was developed. The core of the implemented modular planning system is a database in which all information about the products, processes and the requirements-specific manufacturing structures are stored. The independent modules obtain their information from the database, store the results there and can communicate with them. The focus of this work was on the assembly process during the development of the modules, especially the optimization module. The design for manufacturing system for the analysis and evaluation of circuit board designs, the import / export module and the component for order scheduling can be used across processes. The developed prototype of the DFM system has a general basic structure that is filled with subject-specific knowledge. Adaptable to the respective production specifics, the user can enter new rules for all process steps in the production of flat assemblies. With the know-how stored over time, a layout diagnosis regarding assembly, soldering, testing and assembly-appropriate design is carried out. The possibly necessary modification of the layout with regard to the design rules leads to a more problem-free manufacture of the printed circuit board and thus to a reduction of the manufacturing costs. The most complex tool is the developed optimization module. Regardless of the placement technology and the placement methods, this tool can be used to carry out optimization processes specified by the user. Due to the complexity of the overall optimization problem, a hierarchical model emerged. This is subdivided again in the machine-related optimization levels according to the various assembly classes defined in this work. For this purpose, a lot of diverse optimization algorithms were implemented and the possible applications were examined for the existing problems. The aim of this component, the reduction of changeover times and the minimization of the assembly times for the complete assembly area, was validated in a whole series of test runs and also in practical applications. This results in a considerable rationalization potential for the developed planning system due to the achievable time saving and lowering of the manufacturing costs. With additional options in data preparation, data transfer and information display, there are some additional, unmeasurable workloads. The expansion to a complete control center system was realized with the order planning module. The developed functions enable detailed planning, tracking and scheduling of orders as well as the simulation of rescheduling. This component obtains the information from the common database, from the entered results of the optimization tool or from the input of other data sources such as the BDE coupling. Additional functionalities of the order planning module are cost calculation and cost simulation for different assembly systems or when parameters are changed. In addition, the user can have specified manufacturing documents output.

Abstract

Die zunehmende Integration elektronischer Komponenten und die Substitution mechanischer durch elektronische Aggregate in vielen Produkten sowie die Übernahme größerer Funktionalität innerhalb der Produkte durch die Elektronik, zeigen den großen und weiterhin wachsenden Einfluß der elektronischen Systeme auch auf andere Produktbereiche. Dies sind nur einige Gründe, die der Elektronik als Schlüsseltechnologie eine immer größer werdende Bedeutung zukommen lassen. Das Kernstück dieser Technologie, die Fertigung der Flachbaugruppen ist ein äußerst innovativer Fertigungsbereich, der ständig von Neuentwicklungen und Veränderungen beeinflußt wird. Neue Montagetechnologien (COB, Flip Chip etc.), neuartige Schaltungsträger (3D-MID) oder neue Bauelementeformen (BGAetc.) sind nur einige Beispiele hierzu. Die Beherrschung der Prozesse und ein sinnvolles Einbinden neuartiger Technologien sind Anforderungen, denen ein wettbewerbsfähiges Unternehmen gewachsen sein muß. Die Vielzahl und Komplexität der Daten erfordern für die Firmen eine effiziente Planung, um kostengünstig zu produzieren. Durch die hohe Rechnerdurchdringung im Entwicklungsbereich der Leiterplatten liegen die meisten produktbeschreibenden Daten schon im Rechner vor. Dieser Vorteil ist auszunutzen, um von der Entwicklung über die Planungsebene bis zur Prozeßebene einen durchgängigen Datenfluß zu realisieren. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Softwaresystems zur Unterstützung der Planungsaktivitäten in der Flachbaugruppenfertigung. Hierzu wurden im Vorfeld am Markt verfügbare Systeme, die Datenformate in der Elektronikfertigung und die Ansprüche an ein Planungssystem von verschiedenen Unternehmen analysiert. Ausgehend von den Defiziten wurde ein Anforderungsprofil und darauf aufbauend ein flexibles, erweiterbares Konzept erarbeitet. Das realisierte modulare Planungssystem besitzt als Kern eine Datenbank, in der sämtliche Informationen über die Produkte, Prozesse und die anforderungsspezifischen Fertigungsstrukturen abgelegt sind. Die eigenständigen Module beziehen ihre Informationen aus der Datenbank, legen dort die Ergebnisse ab und können über diese kommunizieren. Schwerpunktmäßig wurde in dieser Arbeit bei der Entwicklung der Module, insbesondere des Optimierungsmoduls der Bestückprozeß betrachtet. Das Design-for-Manufacturing-System zur Analyse und Bewertung von Leiterplattendesigns, das Import-/Exportmodul und die Komponente zur Auftragseinplanung sind prozeßübergreifend anwendbar. Der entwickelte Prototyp des DFM-Systems besitzt eine allgemeingültige Basisstruktur, die mit fachspezifischem Wissen gefüllt wird. Anpaßbar an die jeweiligen Fertigungsspezifika kann der Anwender neue Regeln zu allen Prozeßschritten der Flachbaugruppenfertigung eingeben. Mit dem im Laufe der Zeit abgelegten Know-how wird eine Layoutdiagnose hinsichtlich bestück-, löt-, test-, und montagegerechtem Design durchgeführt. Die eventuell erforderliche Modifikation des Layouts hinsichtlich der Design-Rules führt zu einer problemloseren Fertigung der Flachbaugruppe und somit zu einer Reduzierung der Fertigungskosten. Das komplexeste Tool ist das entwickelte Optimierungsmodul. Unabhängig von der Bestücktechnologie und den Bestückungsmethoden können mit diesem Werkzeug vom Anwender spezifizierte Optimierungsvorgänge durchgeführt werden. Bedingt durch die Komplexität des gesamten Optimierungsproblems, ergab sich ein hierarchisches Modell. Dieses ist in den maschinennahen Optimierungsebenen nochmals unterteilt nach den verschiedenen, in dieser Arbeit festgelegten Bestückungsklassen. Es wurden hierzu eine Menge diverser Optimierungsalgorithmen implementiert und die Anwendungsmöglichkeiten auf die vorliegenden Problemstellungen untersucht. Das Ziel dieser Komponente, die Reduzierung von Umrüstzeiten und die Minimierung der Bestückungszeiten für den kompletten Bestückungsbereich, wurde in einer ganzen Reihe von Testläufen und und auch in Praxiseinsätzen validiert. So ergibt sich für das entwickelte Planungssystem durch die erzielbare Zeiteinsparung und Senkung der Fertigungskosten ein beachtliches Rationalisierungspotential. Durch zusätzliche Möglichkeiten in der Datenaufbereitung, des Datentransfers und der Informationsdarstellung kommen einige weitere nicht meßbare Arbeitserleichterungen hinzu. Der Ausbau zu einem kompletten Leitstandsystem wurde mit dem Modul der Auftragseinplanung realisiert. Die entwickelten Funktionen ermöglichen eine detaillierte Einplanung, Verfolgung und Terminierung der Aufträge sowie die Simulation von Umplanungen. Die Informationen bezieht diese Komponente über die gemeinsame Datenbank, aus den eingegebenen Ergebnissen des Optimierungstools oder aus dem Input anderer Datenquellen wie z.B. der BDE-Kopplung. Weitere Funktionalitäten des Moduls Auftragseinplanung ist die Kostenkalkulation und Kostensimulation für unterschiedliche Bestückungssysteme oder bei veränderten Parametern. Zudem kann sich der Benutzer selbst spezifizierte Fertigungsdokumente ausgeben lassen.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
44
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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