Konfigurierbares Leitsystem für modulare Montagezellen am Beispiel von Festplatten

Abstract

Die Herstellung von Festplatten muss aufgrund der großen Produktpalette und der sehr kurzen Innovationszeit von neuen Produkten immer flexibler werden. Ein zentraler Punkt bei der Herstellung von Festplatten bildet hierbei die Montage der Einzelteile zu einem Endprodukt. Da die Festplatten immer kleiner und leistungsfähiger werden und somit auch die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Montage und die Anforderungen an die Reinheit bei der Montage steigen, muss der Weg hin zu einer Vollautomatisierung erfolgen. Manuelles Eingreifen in die Montage oder gar manuelle Montage einzelner Baugruppen erfüllt nicht mehr die Anforderungen die bezüglich Genauigkeit und Reinheit erforderlich sind. Die Entwicklung eines konfigurierbaren Leitsystems, welches auf modularen Montagezellen für die Montage von Festplatten zum Einsatz kommt, ist für eine solche Vollautomatisierung zwingend erforderlich. Die heutige Situation, wie sie bei der Festplattenmontage vorzufinden ist, zeigt, dass die Montage in weiten Teilen noch manuell durchgeführt wird und es nur sehr wenige vollautomatisierte Montageanlagen gibt. Diese sind jedoch nicht flexibel genug für die Anforderungen, die an eine moderne Montageanlage und die damit verbundene Automatisierung gestellt werden. In der Festplattenmontage sind konfigurierbare Leitsysteme nicht bekannt. Leitsysteme aus anderen Bereichen erfüllen jedoch auch nicht die geforderte Flexibilität, welche bei der Festplattenmontage nötig ist. Keines der Leitsysteme zeigt eine Anpassungsfähigkeit an die sich ständig ändernde Montageumgebung, welche durch die große und schnell wachsende Produktpalette im Umfeld der Festplatten gegeben ist. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist die Entwicklung und Implementierung eines konfigurierbaren Leitsystems, welches auf einer Montagezelle zur Montage von Festplatten eingesetzt wird. Im Kern der vorliegenden Dissertation steht die Erarbeitung dieses Systems, welches in der Lage sein soll, unterschiedliche Produkte zur gleichen Zeit zu montieren, aber auch leicht auf neue Produkte angepasst werden kann. Hierbei steht die Konfiguration - auch für neue Produkte - im Vordergrund. Diese Konfiguration soll von einem Prozessingenieur durchführbar sein, so dass bei einem Wechsel auf neue Produkte kein Softwareentwickler mehr nötig ist. Die Konfiguration muss aber trotz der Einfachheit alle Eventualitäten erfüllen, wie sie bei der Festplattenmontage auftreten können. Neben der Einfachheit bei der Konfiguration soll das Leitsystem auch eine detaillierte Produktverfolgung bieten. Um die Anwendung des Verfahrens zu demonstrieren, wurde das entwickelte konfigurierbare Leitsystem auf einer prototypischen Montageanlage realisiert. Die Realisierung besteht dabei aus einer Montageanlage mit mehreren unterschiedlichen modularen Montagezellen, auf denen das Leitsystem zum Einsatz kommt.

The rapidly changing technological characteristic of hard discs (i.e. their compactness and storage capacity) enforces hard disc manufacturing companies to produce new products not only in short intervals but also having low prices to establish themselves in the market. Further for the hard disc manufacturers it is becoming important to have a large product manifold of hard discs to satisfy the requirements of current computer systems. Although other data storage techniques such as flash memories are gaining market acceptance the demand of hard discs in the classical desk top computing, servers and mobile equipments is still growing. The prognosis in the consumer electronics market show that the demand of hard discs is growing more than in the classical areas. To satisfy the requirements such as, miniaturisation (compactness) and continuously growing storage capacity of hard discs, the product manifold and the sales numbers, an assembly cell is required. The assembly cell should be adaptable to the continuously changing requirements described above. To achieve this, a configurable control system for this assembly cell is required. The focus of this work is to design, develop, implement, test and deploy the control system for a fully automated assembly cell. The configurable control system was divided into different components as the assembly cell itself. Every one of these logical components corresponds to the physical component and can execute one or more jobs accordingly. In addition every component is in the position to exchange process recipes so that it can change existing functionalities as well as achieve new functionalities. The current state of a job is indicated by a corresponding state machine. The logical component together with the state machines for all jobs is grouped together within a so called logical representative. The control system allows configuring the assembly cell for different products. Since the assembly cell consists of different components, for each of these components orders can be defined. Every component order executes a well defined job of the corresponding physical component. After the execution of such an order, many states will change within the logical representative of the corresponding component. In addition to the state machines for each job the logical representative of physical component comprises of many other state machines, e.g. product state machine, product position state machine. All these state machines are grouped in a so called state class. If the execution of an order within the logical representative results in a state change of any state machine, this leads to a change of the state class itself. Each change within the state class sends a state change notification to all the components. The execution of a particular component order depends upon a set of many such state change notifications. These are configured as state change notification requirements for each component order. To start a job in a particular component therefore depends not only upon a definite state or notification but also on a sum of states distributed among different components. The configuration of the control system is done through assigning an individual component order with the corresponding state change notifications requirements. To reduce the complexity the state change notifications were limited. This means that the following state change notifications “ReadyToLoad” and “ReadyToUnload” (for a particular product) as well as “ComponentOrderFinished” and “Alarm” are to be configured for every individual component order. As these state change notifications have information about the different product states and also about the product itself this leads to a tracking mechanism of the individual products during the assembly process. The deployment of the developed configurable control system is shown by an implementation of a prototype. The realization of the prototype i.e. of configurable control system was done for one assembly cluster with different assembly cells. Configuration examples for three different assembly cells were shown. Each of these three assembly cells has a typical characteristic which is shown in the corresponding configuration. Even though the state change notifications were limited to four different types the configurable control system developed here was in the position to cope with the challenges, which were encountered during the hard disc assembly.