Аутоматска линија за склапање батерија: одакле заправо долази уштеда рада

Аутор: Дани Хуанг, Пх.Д.

Извршни директор и руководилац истраживања и развоја, ТОБ Нев Енерги

Повежите се са др Хуангом на ЛинкедИн-у

Резиме и кључне речи

Трошкови рада при склапању батерија нису равномерно распоређени-концентрисани су на неколико станица које се понављају: слагање електрода, заваривање језичака, кућиште и тестирање. Аутоматизација замењује те специфичне људске покрете хватаљкама на серво погон и преносом вођеним видом, смањујући директан рад за 60–80% уз повећање приноса при првом пролазу, јер се робот не замара у осам сати. Отплата је функција производње по линији и локалне стопе оптерећене радне снаге, а не само цене машине.

• A полуаутоматска цилиндрична линијаобично је потребно 8-12 оператера; потпуно аутоматизовани еквивалент ради са 2–3 за исти излаз.
• Директни трошак рада по ћелији пада са отприлике 0,10–0,20 УСД на 0,02–0,05 УСД при пилот запремини од 1–5 милиона ћелија годишње.
• Пренос усклађен са временом циклуса, а не необрађена брзина робота, поставља линијски излаз-станица којој је потребно 4 с по ћелији затвара линију од 15 ћелија/мин без обзира колико се брзо робот креће.
• Аутоматизација РОИ прелази 24 месеца само изнад прага обима; испод њега, полуаутоматски остаје рационална капитална одлука.

Цилиндрична линија за склапање ћелија са шест оператера може произвести можда 12–15 ћелија у минути у најбољем сату. У седам сати, руке оператера за слагање су споре. Померање позиционирања заварених језичака. Тест станица прави резервну копију. Стварна пропусност пада близу 60% натписне плочице, а цена рада по ћелији расте са сваким одбијањем.

Аутоматизација монтаже не значи да линија буде бржа на папиру. Ради се о томе да линија задржи своју брзину на таблици током целе смене, са мање руку у петљи. Уштеде долазе из специфичних, мерљивих промена: роботско хватање замењује постављање људи, аутоматски пренос замењује ходање и чекање, а инспекција на линији замењује откривање на крају линије.

Где се рад крије у линији за склапање батерија

Ходајте било којом ручном или полуаутоматском монтажном линијом и трошкови рада се концентришу на истих пет места:

• Слагање електрода / оптерећење намотаја.Свакој ћелији су потребне електроде, сепаратори и језичци поравнати унутар делића милиметра. Људски оператер поставља сваку компоненту ручно, а време постављања плус поновно поравнање троши 30–40% укупног рада на монтажи.
• Позиционирање заваривања језичака.Ћелија мора бити оријентисана тако да језичак падне на тачку заваривања. Ручно позиционирање је споро и променљиво; неусклађени заварени спојеви се показују као кварови у отвореном кругу на тесту.
• Кућиште и заптивање.Уметање желе ролне или гомиле електрода у конзерву, заваривање поклопца и пресовање или заптивање захтева доследну снагу и чистоћу коју руке не могу да гарантују током смене.
• Пуњење и руковање електролитом.Пуњење је аутоматизовано чак иу полуаутоматским линијама, али је утовар и истовар пуњења ручни рад.
• Тестирање и сортирање.Свака ћелија мора да буде формирана, степенована и визуелно прегледана. Ручно руковање између тестних носача је и напорно и представља ризик од контаминације.

Образац: кораци процеса који додају вредност (заваривање, пуњење) су већ машински вођени, алирадите око њих-утовар, преношење, оријентација, истовар-је људски. То заобилажење је циљ аутоматизације.

Механичко језгро: хватаљке које се држе без оштећења

Разлог зашто је склоп батерија годинама одолевао аутоматизацији је радни комад. Желе ролна је мекана, лако се деформише и има обложену површину која се љушти ако се погрешно ухвати. Намотана цилиндрична ролна мора бити подигнута за језгро или подупрта по целој дужини, никада не стиснута на једном месту.

Модерни роботи за склапање решавају ово са крајњим ефекторима специфичним за апликацију:

• Паралелне хватаљке на серво погон са контролом силеухватите чврсте елементе-тела лименки, склопове поклопаца, језичке{1}}са програмабилном силом затварања која никада не прелази границу пригњечења дела.
• Вакумске хватаљке са меким јастучићимаподигните електроде и сепараторе површинским усисом, распоређујући оптерећење преко обложене површине тако да се активни материјал не распршује. Материјали за подлоге су одабрани да не испуштају честице у чисто окружење.
• Стезне главе за језгро за цилиндричне желе ролнепроширити унутар шупљег трна, подижући ролну без додиривања спољашњег ветра.
• Избор и место вођени визијомлоцира сваки део пре хватања, толеришући расипање положаја које транспортер и узводне станице неизбежно уводе.

Инжењерска поента је да је робот добар онолико колико је добар његов крајњи ефектор и његова визија. Аутоматизована линија изграђена са генеричким хватаљкама ће оштетити ћелије и радити са малим радним временом. Дизајн линије почиње физиком руковања делом, а не моделом робота.

Аутоматски ток: друга половина једначине

Роботски хват уклања руке са појединачних станица. Аутоматски трансфер уклања напор између станица-и ту већина „аутоматизованих“ линија тихо не успе.

Систем преноса мора битиусклађено време циклуса. Ако станици за слагање треба 8 с по ћелији, а станици за заваривање језичака 5 с, линија ради максималном брзином од 7,5 ћелија/мин осим ако бафери не апсорбују разлику. Доминирају три архитектуре преноса:

За цилиндричну пилот линију, индексатор ходајућег снопа је радни коњ: ћелије се крећу по фиксном кораку, свака станица обавља једну операцију, а цела линија пулсира унисоно. За ћелије кесице доминирају независне палете јер се кораци процеса-слагање, заваривање језичака, заптивање, дегазирање- одвијају у веома различитом трајању и захтевају раздвајање.

Пуферовање је детаљ који раздваја теоријску линију од текуће. Мали међуспремник између брзе и споре станице апсорбује природну варијацију у времену циклуса и спречава да се линија заустави кад год било која станица штуца. Линије без бафера се заустављају при првој мањој грешци; кроз њих пролазе линије са тампонима.

А против Б: Полуаутоматско наспрам потпуно аутоматског склапања

Искрено поређење није машина-против-машине. Ради се о два оперативна модела.

Полуаутоматски модел.Појединачне машине-намотач, заваривач језичака, машина за пресовање-с којом управља наменски радник, са ћелијама које се преносе између станица ручно или на једноставним транспортерима. Капитални трошкови су мали. Излаз се линеарно скалира са бројем запослених. Квалитет зависи од доследности оператера. Промена између формата је брза јер се људи тренутно прилагођавају.

Потпуно аутоматски модел.Једна интегрисана линија са роботским руковањем, аутоматским преносом и линијском инспекцијом између сваког корака процеса. Капитални трошкови су високи-обично 3–6× полуаутоматски еквивалент. Излаз је подешен балансираним временом циклуса линије, а не бројем запослених. Квалитет је доследан јер свака ћелија прати исти механички пут. Промена захтева промене рецептура и прибора којима управља софтвер.

Разлика у приносу је важнија од јаза у раду. Побољшање приноса од 5% на линији која производи 2 милиона ћелија годишње је 100.000 мање одбијања-више вредних материјала и трошкова прераде него цео платни списак оператера који замењује.

Модел РОИ: Цена рада по ћелији и обим прелома

метрика одлуке је једноставна: цена рада по ћелији=(оператери × учитани годишњи трошак рада) ÷ годишња производња ћелија.

Оптерећени трошкови рада-плате плус бенефиције, премије за смену и обука-се крећу у широком распону по регионима, од отприлике 15.000 УСД годишње у деловима југоисточне Азије до 60 УСД,000+ годишње у западној Европи и Северној Америци. То ширење потпуно мења одговор аутоматизације.

Радни модел, 2 милиона ћелија годишње:

• Полуаутоматски: 10 оператера × 40 УСД,000=400.000 УСД годишње → 0,20 УСД по ћелији.
• Потпуно аутоматски: 3 оператера × 40 УСД,000=120.000 УСД годишње → 0,06 УСД по ћелији.
• Годишња уштеда рада: 280.000 УСД.
• У односу на линију од 1,2 милиона УСД, отплата само за рад ≈ 4,3 године-пре уштеде приноса и отпада.

Додајте побољшање приноса (рецимо 4% од 2 милиона ћелија=80, 000 ћелија уштеђених на материјалу од 2,50 УСД кошта сваких=200.000 УСД годишње), а враћање пада на отприлике 2,5 године. Због тога су модели РОИ који рачунају само радну снагу систематски песимистични, а модели који рачунају само капиталне инвестиције су погрешни у другом правцу.

Референтна табела преломне вредности (године отплате, потпуно аутоматска линија наспрам полуаутоматске основне линије)

Табела претпоставља средње трошкове линије, три уштеде оператера и реално побољшање приноса. Са 500.000 ћелија годишње са јефтином радном снагом, потпуна аутоматизација се не исплати-искрена инжењерска препорука је полуаутоматска линија. Са 2 милиона ћелија годишње са западним стопама рада, потпуно аутоматизована линија је одлука са нижом ценом чак и пре рачунања ефекта приноса.

Цилиндрични у односу на торбицу: Профили аутоматизације се разликују

Два доминантна формата се не аутоматизују на исти начин.

Цилиндричне ћелијесу лакши проблем аутоматизације. Лименка даје круто тело које се може ухватити на сваком кораку. Намотавање производи цилиндрични ролну коју стезна глава може недвосмислено подићи. Станице-намотавање, заваривање језичака, уметање лименки, заваривање поклопца, пресовање-су дискретне и могу се индексирати. Због тога су прве потпуно аутоматизоване монтажне линије у индустрији биле цилиндричне. Апотпуно аутоматизована линија за монтажу пилота цилиндричних батеријаса роботским руковањем ћелијама и инлине тестирањем индексира ћелије кроз сваку станицу на фиксном нивоу, а крутост формата одржава ниске стопе грешака у руковању.

Поуцх ћелијесу теже. Сноп електрода је флексибилан, фолија кесице је деликатна, а процес укључује кораке-дегазације, поновног заптивања, формирања језичака-који раде на меком, димензионално нестабилном делу. Аутоматизација склопа врећице се ослања на независне палете које носе сваку ћелију кроз линију без поновног хватања, као и на нежне вакуумске крајње ефекторе за слагање. Инжењеринг је захтевнији и цена линије је већа по ћелији производње, али је и радни интензитет ручног састављања врећице такође већи, што уравнотежује једначину.

Заједнички принцип у оба формата: сваки пут када људска рука додирне ћелију, тај додир је трошак времена постављања, ризик од контаминације и могућност дефекта. Сваки додир уклоњен хватаљком и транспортером се уклањају сва три одједном.

Шта аутоматизација не поправља

Аутоматизација није замена за способност процеса. Линија која напаја робота са слабо намотаним ролнама, неусклађеним језичцима или нестабилним пуњењем електролита једноставно ће произвести аутоматизовано одбацивање брже него што ручна линија производи ручне. Претходни процеси-квалитет намотавања, позиционирање картица, тачност пуњења{3}}морају већ бити под контролом да би се инвестиција у аутоматизацију исплатила.

Аутоматизација такође не значи без надзора. Потпуно аутоматској линији и даље су потребни оператери за допуну материјала, праћење процеса и отклањање кварова. Реално особље је 2–3 по смени, а не нула. Време рада, а не број запослених, је метрика која покреће излаз: линија која ради 85% времена са три оператера надмашује линију која ради 60% времена без икога.

Такође се мења и сет вештина одржавања. Ручној линији су потребни монтери. Аутоматизованој линији су потребни техничари за аутоматизацију који разумеју серво, системе визије и ПЛЦ логику. Та промена вештина је стварни трошак који припада моделу, обично надокнађен смањеним бројем оператера.

Често постављана питања: Економика аутоматизованог склапања батерија

Колико оператера је потребно за потпуно аутоматску линију за склапање батерија?
Два до три по смени, наспрам 8–12 за упоредиву полуаутоматску линију. Преостало особље се бави допуном материјала, праћењем процеса и отклањањем кварова-аутоматизација не значи нула запослених.

Који је реалан период отплате за аутоматизовану монтажну линију?
Са 2 милиона ћелија годишње са средњим трошковима рада, отприлике 2,5–3 године рачунајући и уштеду радне снаге и побољшање приноса. Испод 500.000 ћелија годишње, полуаутоматско склапање је обично најјефтинија одлука.

Шта је најтеже аутоматизовати у склапању батерија?
Руковање снопом електрода или желе ролном без оштећења. Мекани, обложени делови се не могу ухватити као метални делови, тако да дизајн крајњег ефектора-стезне главе за цилиндричне ролне, вакуумске јастучиће за снопове електрода-одређује поузданост линије.

Да ли аутоматизација побољшава квалитет или само смањује рад?
И једно и друго. Роботско постављање је поновљиво до делића милиметра током целе смене, док ручно постављање варира услед замора оператера. Типичан принос првог пролаза креће се од високих 80-их до средине 90-их на полуаутоматском до 96-99% на контролисаној аутоматској линији.

Спремни да моделирате сопствену линију?
Одлука о цени рада је аритметичка; одлука о приносу је инжењерска. ТОБ Нев Енерги, као произвођач „кључ у руке“ са директним извором, испоручује потпуно аутоматизоване линије за монтажу цилиндричних и ћелија са врећицом пројектоване у складу са вашим форматом ћелије, временом циклуса и буџетом кварова-а не око генеричког каталога робота. Пошаљите цртеж ћелије, годишњу запремину и стопу вашег локалног оптерећења да бисте добили распоред линија од станице до станице, модел РОИ и директну фабричку понуду од Сјамена.

Техничка референца коју је саставила група за процесно инжењерство ТОБ Нев Енерги са инсталација на монтажној линији кроз програме цилиндричних и ћелија са врећицом широм света. За повраћај улагања за одређену линију и квар станице, повежите се са др Дани Хуангом на ЛинкедИн-у или пошаљите своје производне параметре техничком одељењу у Ксиамену.