SmartMan - Spezifischer Einsatz von Digitalisierung, KI und Kompetenzaufbau in der Fahrzeugzulieferfertigung und im Qualitätsmanagement
Motivation
Die Transformation zum autonomen, elektrischen Fahren stellt Produktionsketten der deutschen Automobilindustrie vor Herausforderungen. Der Bedarf an leistungsfähigen elektronischen Bauteilen steigt rasant. Neben Qualität und Kundenzufriedenheit müssen Output und Margen optimiert werden. Inländische Lieferketten stehen im globalen Wettbewerb. Mit Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik werden Elektronikmodule schrittweise aufgebaut. Produktionsfehler werden teilweise erst später kritisch. Sie pflanzen sich auf die Systemebene fort und beeinträchtigen Qualität und Lebensdauer erheblich. Für eine nachhaltigere Produktion mit geringem Ausschuss, funktionaler Sicherheit und verlängerten Laufzeiten der Module ist eine robuste Fertigung unabdingbar.
Zielsetzung
SmartMan strebt eine digitalisierte, d. h. intelligente und nachhaltige Umgestaltung der Halbleiterpackage-Produktion an, um einen Nullfehleransatz und ressourcenschonende Elektronikherstellung zu verwirklichen. Dies soll erreicht werden durch den Einsatz einer neuen Generation inline-fähiger fehleranalytischer Module, welche für genau die in der Produktion entstehenden Defekte empfindlich ist. Dieses Qualitätskontrollsystem ist eingebettet in eine intelligente, Big-Data-gestützte Produktionsumgebung und Steuerung, bedient sich Methoden der KI und liefert in Echtzeit Rückmeldungen und Korrekturentscheidungen zurück in die Produktionslinie. Die Auswirkungen verbesserter Prozessrobustheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit heutiger Komponenten und zukünftiger Entwicklungen sichern der deutschen Elektronikfertigung einen wesentlichen Wettbewerbsvorteil, ermöglichen ihr ein noch nie dagewesenes Maß an Prozesskontrollfähigkeit und wappnen sie für den immer härteren Wettbewerb auf dem Milliardenmarkt für mikroelektronische, Leistungs- und Optoelektronische Halbleitersysteme in der Automobilindustrie.
Vorgehen
Abbildung: Forschungsschwerpunkte des iwb innherhalb des SmartMan-Projekts
Im ersten Schritt werden die Produktionsprozesse spezifiziert und validiert, indem Demonstratoren definiert, relevante Prozessparameter und Fehleranalysemethoden identifiziert und virtuelle Zwillinge erstellt werden. Darauf aufbauend werden inline-fähige Fehleranalysesysteme für verschiedene Prozessstufen entwickelt, die durch KI-basierte automatisierte Auswertung ergänzt und in die Pilotlinie integriert werden. Die digitale Produktionslinie wird durch Echtzeit-Defektklassifikation und eine flexible Produktionsplanung optimiert. Ein KI-Agent basierend auf Reinforcement Learning wird an einer Simulation (Digitaler Zwilling) trainiert, um die Produktionssteuerung effizient zu gestalten und Dispatching-Entscheidungen zu optimieren. Die Methodik wird in einer Fertigungslinie getestet und sicher in bestehende Systeme integriert. Parallel dazu werden die Auswirkungen von Defekten auf die Prozessrobustheit und die Lebensdauer der Produkte untersucht, indem realistische Vorschädigungen gezielt eingebracht, beschleunigte Stresstests durchgeführt und Finite-Elemente-Modelle entwickelt werden. Diese Modelle ermöglichen eine fundierte Bewertung der Prozessrobustheit und Lebensdauer. Abschließend wird die Digitalisierungsstrategie anhand industrieller Demonstratoren validiert. Dabei wird die Methodik unter realistischen Bedingungen evaluiert, einschließlich der Untersuchung von Defektfortpflanzungen, der Analyse der Produktionsausbeute und der Nachhaltigkeit. Die Ergebnisse fließen in die Ableitung von Prozessrichtlinien ein und tragen zur Umsetzung der angestrebten Null-Fehler-Strategie sowie zu einer ressourcenschonenden Elektronikproduktion bei.