高產(chǎn)能電池生產(chǎn)
2022-6-29 來(lái)源：博世力士樂(lè) 作者：-
從智能手機(jī)到電動(dòng)汽車，對(duì)緊湊、可靠、耐用電池的需求正促使許多電池制造商迅速提升產(chǎn)能。但這些高度自動(dòng)化的電池裝配線通常需要數(shù)月時(shí)間才能開發(fā)完成。那么，速度能否加快？
DWFritz Automation（Wilsonville，OR）是一家為先進(jìn)制造業(yè)量身定制精密自動(dòng)化、計(jì)量和檢驗(yàn)解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，最近，它以創(chuàng)紀(jì)錄的速度為一家北美領(lǐng)先的電池制造商交付了一條新型、靈活、高產(chǎn)出、全自動(dòng)化的電池生產(chǎn)線。
該公司銷售副總裁 Chris Povich 表示：“DWFritz 會(huì)從微米和毫秒的角度來(lái)考慮問(wèn)題。要解決客戶的制造難題，需要極高的運(yùn)行速度、先進(jìn)的材料處理方式、過(guò)程自動(dòng)化和非常高的精度，而這些正是我們能夠提供的關(guān)鍵功能。”
由于項(xiàng)目復(fù)雜、可用開發(fā)時(shí)間短，DWFritz 希望找到一個(gè)能夠在并行工程設(shè)計(jì)環(huán)境下提供多種專業(yè)技術(shù)知識(shí)的戰(zhàn)略合作伙伴，從而快速完成設(shè)計(jì)迭代并加快項(xiàng)目實(shí)施速度。他們選擇了博世力士樂(lè)。
有效合作實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)交付
無(wú)論大小或形狀參數(shù)如何，電池制造都是一個(gè)復(fù)雜的多步驟過(guò)程，將不同的材料組合在一起形成電池的陰極和陽(yáng)極，然后將其與導(dǎo)體組合成一個(gè)完整的封裝。如今的電池能量密度不斷提高，而體積卻越來(lái)越小。極其嚴(yán)格的裝配公差、更高的產(chǎn)出率和實(shí)時(shí)檢驗(yàn)率、數(shù)據(jù)采集以及與機(jī)器和工廠級(jí)控制系統(tǒng)的通信都是對(duì) DWFritz 和博世力士樂(lè)需要構(gòu)建的解決方案的關(guān)鍵要求。
據(jù) Povich 介紹，幾項(xiàng)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)和操作要求促使他們做出了與博世力士樂(lè)開展項(xiàng)目合作的決定。他說(shuō)：“這條裝配線必須以極高的速度運(yùn)行，空間也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。盡管裝配線長(zhǎng)達(dá)一百多英尺，但其設(shè)計(jì)必須能夠適應(yīng)非常緊湊的空間，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)也必須能夠滿足十分強(qiáng)勁的運(yùn)動(dòng)控制需求，因?yàn)閮H一個(gè)系統(tǒng)就有超過(guò) 50 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。”
DWFritz 總裁 Mukesh Dulani 表示，時(shí)間是最大的挑戰(zhàn)之一。“過(guò)去，我們會(huì)與幾家不同的供應(yīng)商合作，但就這個(gè)案例的情況來(lái)看，僅是啟動(dòng)各供應(yīng)商之間的合作這一件事就需要花費(fèi)我們至少 10 到 15 周的時(shí)間。我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目上只有 12 周的設(shè)計(jì)和工程時(shí)間以及 8 周的采購(gòu)時(shí)間可用，因此我們必須與博世力士樂(lè)這樣的伙伴開展合作，由他們提供技術(shù)和工程支持，幫助我們?nèi)〉贸晒Α?rdquo;
博世力士樂(lè)北美制造、工程和工廠自動(dòng)化高級(jí)副總裁 Matthias Aberle 認(rèn)為，對(duì)于博世力士樂(lè)而言，與領(lǐng)先的機(jī)器制造商和集成商開展合作是實(shí)現(xiàn)“未來(lái)工廠”的關(guān)鍵一步。
他說(shuō)：“我們所有人面臨的挑戰(zhàn)是，客戶需要更好的結(jié)果，需要更加開放和更具創(chuàng)新性的系統(tǒng)，將實(shí)時(shí)機(jī)器信息從車間傳輸?shù)娇梢詫?duì)這些信息進(jìn)行更有效利用的地方。為此，我們正在與 DWFritz 等技術(shù)利益相關(guān)者建立重要合作伙伴關(guān)系，以便利用我們具有的綜合優(yōu)勢(shì)推動(dòng)自動(dòng)化行業(yè)的重大變革。”
在復(fù)雜的多技術(shù)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)過(guò)程中，博世力士樂(lè)為新電池生產(chǎn)線的創(chuàng)建提供了一系列技術(shù)和系統(tǒng)支持。其中包括：
• 多個(gè)輸送系統(tǒng)，用于在生產(chǎn)單元內(nèi)部和之間運(yùn)輸電池
• 龍門式搬運(yùn)系統(tǒng)中使用的精密線性運(yùn)動(dòng)模塊
• 鋁結(jié)構(gòu)框架
• 全套先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括一個(gè)應(yīng)用博世力士樂(lè)開創(chuàng)性的新型控制平臺(tái) ctrlX AUTOMATION 的系統(tǒng)。
自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái) ctrlX AUTOMATION 及其控制平臺(tái) ctrlX CORE 不僅對(duì)該項(xiàng)目取得成功起到了促進(jìn)作用，而且使客戶能夠使用相同的軟件和硬件平臺(tái)來(lái)構(gòu)建未來(lái)的生產(chǎn)線。
Dulani 表示： “我們最重要的目標(biāo)之一是建立一個(gè)開放的機(jī)器控制系統(tǒng)架構(gòu)，讓客戶的服務(wù)器可以直接查詢機(jī)器并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái) ctrlX AUTOMATION 及其控制平臺(tái) ctrlX CORE 不僅對(duì)該項(xiàng)目取得成功起到了促進(jìn)作用，而且使客戶能夠使用相同的軟件和硬件平臺(tái)來(lái)構(gòu)建未來(lái)的生產(chǎn)線。” ctrlX AUTOMATION 既包含硬件也包含軟件。憑借基于 Linux 的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、持續(xù)開放的系統(tǒng)架構(gòu)和基于網(wǎng)絡(luò)的工程設(shè)計(jì)，它使用戶能夠通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)創(chuàng)建、添加或共享自動(dòng)化功能，甚至可以從博世力士樂(lè) ctrlX Store 購(gòu)買這些功能，從而使自動(dòng)化操作與使用智能手機(jī)一樣簡(jiǎn)單。
此外，博世力士樂(lè)的控制器還可以通過(guò)一個(gè)確定的實(shí)時(shí)通信平臺(tái)來(lái)管理第三方現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，支持先進(jìn)的凸輪傳動(dòng)解決方案，并在同一實(shí)時(shí)控制時(shí)鐘上進(jìn)行生產(chǎn)模塊同步。
ctrlX AUTOMATION 的易用性和開放性對(duì)于團(tuán)隊(duì)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成這一復(fù)雜的合作項(xiàng)目發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。該平臺(tái)支持自由選擇編程語(yǔ)言，而不限于專有平臺(tái)。基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)配置使啟動(dòng)過(guò)程快速、簡(jiǎn)便，無(wú)需安裝軟件。完全虛擬的開發(fā)環(huán)境使團(tuán)隊(duì)能夠在 MES 和自動(dòng)化控制器之間創(chuàng)建通信平臺(tái)的 “數(shù)字孿生” ，從而節(jié)省了大量時(shí)間。
博世力士樂(lè)區(qū)域副總裁 Dave Hull 表示：“數(shù)字孿生功能為 DWFritz 的工程師們提供了一個(gè)可以立即使用的軟件平臺(tái)。工程師們?cè)谀玫接布皫讉€(gè)月時(shí)就已經(jīng)能夠?qū)λ邢到y(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以及系統(tǒng)將如何與電池制造商的 MES 系統(tǒng)相配合。這一切讓我們擁有了先發(fā)優(yōu)勢(shì)。”
力士樂(lè)技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)傳動(dòng)和高產(chǎn)能
DWFritz 圍繞其創(chuàng)新型 DWFritz 柔性平臺(tái) DFP5000 裝配單元為電池生產(chǎn)線構(gòu)建了生產(chǎn)單元。這是一個(gè)靈活的模塊化平臺(tái)，可以定制控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器并為特定流程進(jìn)行饋送傳輸。DWFritz 的資深工程師 Martin Bamberger 表示，精密的運(yùn)動(dòng)學(xué)工具是復(fù)合生產(chǎn)單元執(zhí)行廣泛的裝配和檢驗(yàn)任務(wù)的基本要素。他說(shuō)： “由于電池的組裝和加工要求相當(dāng)高的產(chǎn)出率，因此，要正確地校準(zhǔn)電池中的所有組件，使公差介于 20 到50 微米之間，這需要使用精密部件才能完成。”
為使這些運(yùn)動(dòng)學(xué)工具具備所需的精度和功效，他們選擇了力士樂(lè)的 CKK 緊湊型線性模組。力士樂(lè)銷售經(jīng)理 Mike Ziencina 表示：“我們的模組非常緊湊，精度高，可重復(fù)性在五微米范圍內(nèi)。”這些模組被組合到一起，開發(fā)出各種運(yùn)動(dòng)學(xué)解決方案，例如笛卡爾機(jī)器人拾取和放置系統(tǒng)，集成到了 DFP5000 單元中。
緊湊型 IndraDrive Mi 電機(jī)集成伺服系統(tǒng)是博世力士樂(lè)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)貢獻(xiàn)，用于電池初步生產(chǎn)階段的網(wǎng)絡(luò)處理站。IndraDrive Mi 是一種無(wú)機(jī)柜系統(tǒng)，將伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)單獨(dú)組合封裝，并根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行靈活連接。這使得團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑺须姎鈧鲃?dòng)組件直接集成到機(jī)器中，節(jié)省了占地空間和安裝時(shí)間。
由于這條生產(chǎn)線運(yùn)行速度快和復(fù)雜性高，安全也成為一個(gè)重要的考量因素。博世力士樂(lè)提供了一整套最先進(jìn)的機(jī)器安全解決方案，包括帶自動(dòng)控制器的集成安全 PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器中內(nèi)置的先進(jìn) SafeMotion 安全技術(shù)、安全 I/O 以及通過(guò) PROFIsafe 提供的集成安全通信支持。
在產(chǎn)品輸送方面，博世力士樂(lè)的輸送系統(tǒng)是項(xiàng)目取得成功的關(guān)鍵。為了確定哪種輸送產(chǎn)品最適用，團(tuán)隊(duì)考慮了所制造產(chǎn)品的尺寸、重量、產(chǎn)出速度和所需要的停車精度等因素。最終，力士樂(lè)將 VarioFlow plus 輸送系統(tǒng)配置為基于托盤的解決方案，提供了最適用的平臺(tái)。VarioLow plus 是一種靈活的模塊化塑料鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)，其設(shè)計(jì)用途廣泛，可水平、垂直、繞過(guò)障礙物或以其他配置來(lái)移動(dòng)大容量產(chǎn)品。工件托盤可與arioFlow plus 配合使用，在需要定位或更高精度的應(yīng)用中執(zhí)行產(chǎn)品輸送任務(wù)。
由于裝配單元與自動(dòng)化組件的緊密結(jié)合，VarioFlow plus 系統(tǒng)允許進(jìn)行多個(gè)行程，同時(shí)仍然保持托盤在輸送機(jī)系統(tǒng)上的位置。此外，有了 VarioFlow plus，再循環(huán)系統(tǒng)的創(chuàng)建也更加簡(jiǎn)便，可以將空托盤送回到起始位置，循環(huán)往復(fù)，從而節(jié)省寶貴的占地空間。博世力士樂(lè)還與 DWFritz 密切合作，為生產(chǎn)線設(shè)計(jì)了一種開放式的體系架構(gòu)。
在并行設(shè)計(jì)方面建立伙伴關(guān)系是未來(lái)自動(dòng)化的關(guān)鍵
如果合作伙伴能夠像 DWFritz 和博世力士樂(lè)一樣開展合作，那么在該項(xiàng)目中建立的工程過(guò)程和開發(fā)伙伴關(guān)系（在緊迫且重疊的時(shí)限內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程、組件購(gòu)買和集成）將成為未來(lái)復(fù)雜自動(dòng)化項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化方法。
DWFritz 的 Povich 表示： “從一開始，當(dāng)我們還在進(jìn)行技術(shù)概念開發(fā)時(shí)，博世力士樂(lè)就已經(jīng)與我們的工程團(tuán)隊(duì)開展合作。在我們獲得該項(xiàng)目之后，兩家公司的合作團(tuán)隊(duì)立即組建完成，齊心協(xié)力，共同奮斗，解決來(lái)自客戶的挑戰(zhàn)。” 對(duì)于博世力士樂(lè)來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)目的成功不僅為與 DWFritz 開展后續(xù)項(xiàng)目合作奠定了基礎(chǔ)，還為實(shí)現(xiàn)制造業(yè)工業(yè) 4.0 的愿景創(chuàng)建了模型。
博世力士樂(lè)的 Dave Hull 表示：“這個(gè)項(xiàng)目的合作伙伴關(guān)系展示了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需要采取的實(shí)際及具體步驟。我們很高興能與 DWFritz 這樣的公司合作，可藉此來(lái)展現(xiàn)我們?nèi)绾慰s短交付周期、幫助客戶取得成功并提供滿足客戶現(xiàn)在和未來(lái)需求的解決方案。”
作為全球領(lǐng)先的傳動(dòng)與控制技術(shù)供應(yīng)商之一，博世力士樂(lè)致力于為各類機(jī)械和系統(tǒng)設(shè)備提供高效、強(qiáng)大、安全的智能運(yùn)動(dòng)解決方案。公司在行走機(jī)械應(yīng)用、機(jī)械應(yīng)用與工程及工廠自動(dòng)化等領(lǐng)域擁有豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并且憑借其智能元件、定制化解決方案及服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)工業(yè)創(chuàng)造完美的應(yīng)用環(huán)境。同時(shí)，博世力士樂(lè)還為客戶提供各種液壓、電子傳動(dòng)與控制、齒輪、線性傳動(dòng)及組裝技術(shù)，軟件及物聯(lián)網(wǎng)的接口。公司業(yè)務(wù)遍及全球 80 多個(gè)國(guó)家與地區(qū)，擁有超過(guò) 31,000 名專業(yè)員工，2021 年全球銷售額近 62 億歐元。
自 1978 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，博世力士樂(lè)已在北京、武進(jìn)和西安建立了生產(chǎn)基地，截止至 2021 年 12 月，擁有約 2,800 名員工。
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