Smart tillverkning banar väg för framtidens batterifabriker

Batterier kommer att ha en central plats på framtida energimarknader för både mobilitet och energilagring. Enligt International Energy Agency (IEA) måste den globala produktionskapaciteten för elfordonsbatterier mer än tredubblas mellan 2020 och 2025 för att uppfylla världens uppskattade produktionsmål för elfordon.

Krönika:Dominique Scheider, Transportation Industry Strategy & Marketing Manager EMEA på Rockwell Automation, förklarar varför smart tillverkning är avgörande för batterifabriker

För att leverera de miljarder watt energi som elfordonen kommer att behöva under de kommande decennierna krävs stora anläggningar för batteritillverkning. För att uppnå detta behöver inte bara traditionella produktionstekniker och teknologier skala upp. Det kommer att krävas nya sätt att tänka kring produktionsprocesser för att maximera hastighet, flexibilitet och genomströmning. Smart tillverkning är ett viktigt verktyg för att skala upp batteriproduktionen. Vi kallar det för ”digital tråd” eftersom smart tillverkning inte bara påverkar genomförandet utan också hela livscykeloptimeringen.

Allt börjar under de tidiga stadierna av forskning och utveckling där kemister och ingenjörer utvecklar nya batterikoncept. De använder de verktyg som erbjuds av beräkningskemi och CAD för design, tillsammans med PLM för att hantera produktutvecklingen. Den digitala tråden börjar när du börjar samla information i en virtuell miljö. Under hela testcykeln genererar verktyg som MATLAB och Ansys ännu mer värdefulla data.

Dessa data används för att skapa ”digitala tvillingar” av maskiner som används senare i tillverkningsprocessen, planering och testning i den virtuella världen. Dessa digitala tvillingar hjälper till att utbilda personal i den virtuella världen och möjliggör snabb uppstart av produktionen när det är dags. Men det slutar inte där. När produkterna tillverkas, säljs och används samlas data in i den fysiska världen och matas tillbaka till den virtuella världen, vilket gör det möjligt att optimera både produkter och processer. Denna sammanslagning av den fysiska och virtuella världen är framtiden för batteritillverkning.

Smart produktionsövervakning vid batteritillverkning

En av de viktigaste aspekterna av den digitala tråden är ökad synlighet genom produktionsövervakning. Produktionsövervakning kommer från ett programpaket som kallas Manufacturing Execution Systems (MES). MES har använts vid fordonstillverkning i årtionden, men kommer att vara avgörande för batteritillverkarna, särskilt när det gäller anpassning. I takt med att marknaden utvecklas kommer det att bli en större efterfrågan på anpassning, ända ner till unika delar för varje bil.

Med MES-programvara är det möjligt att integrera kontroll- och affärssystem för att utföra och spåra order i hela företaget. Du kan också få den ytterligare kontext du behöver för att omvandla produktionsdata till användbar information. Det är till och med möjligt att börja småskaligt med MES-applikationer som tar itu med specifika tillverkningsutmaningar. Om du behöver förstå fel kan du använda MES för att spåra, identifiera och varna när antingen en maskin eller operatörens processer går utanför de föreskrivna gränserna.

Ett annat användningsområde kan vara track-and-trace-applikationer för att få fullständig spårbarhet av batterierna genom hela tillverkningsprocessen för att försäkra sig om att dessa är säkra att använda.

Så småningom kan du skala upp programmen till ett MES-programpaket för företag som ger en bra bild av hela verksamheten.

Ett annat viktigt exempel på automatisk och smart papperslös datainsamling är Global Battery Alliances (GBA) Battery Passport. Battery Passport ger tillförlitlig information om indikatorer relaterade till ansvarsfulla och hållbara metoder. Detta resulterar i en kvalitetsstämpel som registrerar godkända uppgifter om ansvarsfull anskaffning, hantering, återvinning och användning av ett batteri under hela livscykeln. Battery Passports roll när det gäller att stödja en ansvarsfull värdekedja för batterier har godkänts under globala policydiskussioner, bland annat vid G7-ledarnas möte 2021, i utkastet till ett EU-direktiv om batterier och av kanadensiska och amerikanska förvaltningar. Alla data för detta måste samlas in automatiskt.

Bättre genom benchmarking

Tillsammans med Samsung SDI har Rockwell Automation utvecklat ett MES-system som är papperslöst och komplett med kvalitetsslingor. Varje enskilt produktionssteg dokumenteras av marknadsekonomisk status. Till exempel kan FactoryTalk® Analytics™ påpeka att ökande felfrekvenser vid en station där batterier binds samman direkt korrelerar med limtrumman som nyligen integrerats i tillverkningsprocessen. Enligt Samsung SDI bidrar detta analysverktyg till betydande effektivitetsökningar inom de mest skilda områden. Det pekar inte bara på det uppenbara, utan kopplar också rätt faktorer för en kontinuerlig förbättringsprocess. Dessutom är det lätt att använda. Det enkla faktum att information som tidigare tog minst en timme att få nu kan erhållas inom fem minuter visar hur snabbt denna lösning har betalat sig.

När det gäller tillgängligheten av data utanför MES arbetar vi med PTC på deras IoT-plattform för att öka synligheten av tillgångar. Du samlar in data och ökar synligheten, och därmed kan du jämföra olika maskiner runt om i världen. Om du har tio tillverkningsanläggningar kan du se vilka anläggningar, linjer och maskiner som presterar bättre än andra. Du samlar inte bara realtidsinformation från verkstadsgolvet, utan lägger till många andra datakällor, vilket gör att du kan få en 360-graders-vision av din verksamhet.

Intelligenta transportsystem

Vissa kanske tror att smart tillverkning handlar om programvara, men det är långt ifrån sanningen. Hårdvara kommer att spela en avgörande roll i storfabriker, med högpresterande, flexibla maskiner. Utrustning som traditionella transportsystem kan bara göra att allt går långsammare. Dessa system använder teknik för rörelsestyrning med hundratals mekaniska detaljer, som roterande kedjor, remmar och växellådor. Systemen har därför begränsad flexibilitet samt driftshastigheter och acceleration/retardationshastigheter som kan understiga din anläggnings behov.

Ett bättre alternativ är ett rörelsestyrsystem med Independent Cart Technology (ICT). Fritt från begränsningarna i ett traditionellt transportsystem kan detta skapa snabbare, mer flexibla batterilinjer med hjälp av oberoende, ”programmable movers”. Det kan dramatiskt minska övergångstiderna med enkla programvaruprofiler som gör att du kan byta produkt med en knapptryckning. I ett fall använde Eagle Technologies denna teknik på en batteripackningsmaskin som de utvecklade för att maximera genomströmningen hos elfordonsbatterier. Maskinens kapacitet sträcker sig från sortering av enskilda celler till fullständig montering av batterimoduler och batteripaket, samtidigt som den utför nödvändiga tester. Maskinen innehåller linjära servomotorer som placerar lasten i exakt rätt riktning vid höga hastigheter. Och omställningar innebär helt enkelt att man väljer rätt läge i operatörsgränssnittet.

Laddning framåt

För att den snabbt växande elfordonsmarknaden ska kunna spela sin roll i utfasningen av fossila bränslen krävs mycket effektiva och flexibla fabriker som kan producera batterier i stora volymer, i snabb takt och med konstant hög kvalitet. Den heltäckande digitala tråden kommer att spela en avgörande roll för att leverera dessa datadrivna anläggningar.

Om Rockwell Automation

Rockwell Automation är en global ledare inom industriell automation och digitalisering. Vi förenar människors idéer med teknik för att utmana vad som är fysiskt möjligt och göra världen mer produktiv och mer hållbar. Rockwell Automation har sitt huvudkontor i Milwaukee, Wisconsin, och cirka 24 000 anställda över hela världen hjälper kunder i över 100 länder. För mer information om hur vi integrerar The Connected Enterprise i industriella företag, besök www.rockwellautomation.com

.