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高产能电池生产

高产能电池生产

2022/6/29 13:23:04

从智能手机到电动汽车,对紧凑、可靠、耐用电池的需求正促使许多电池制造商迅速提升产能。但这些高度自动化的电池装配线通常需要数月时间才能开发完成。那么,速度能否加快?

 

DWFritz Automation(Wilsonville,OR)是一家为先进制造业量身定制精密自动化、计量和检验解决方案的全球领先供应商,最近,它以创纪录的速度为一家北美领先的电池制造商交付了一条新型、灵活、高产出、全自动化的电池生产线。

该公司销售副总裁Chris Povich表示:“DWFritz会从微米和毫秒的角度来考虑问题。要解决客户的制造难题,需要极高的运行速度、先进的材料处理方式、过程自动化和非常高的精度,而这些正是我们能够提供的关键功能。”

由于项目复杂、可用开发时间短,DWFritz希望找到一个能够在并行工程设计环境下提供多种专业技术知识的战略合作伙伴,从而快速完成设计迭代并加快项目实施速度。他们选择了博世力士乐。

有效合作实现在最短时间内交付

无论大小或形状参数如何,电池制造都是一个复杂的多步骤过程,将不同的材料组合在一起形成电池的阴极和阳极,然后将其与导体组合成一个完整的封装。如今的电池能量密度不断提高,而体积却越来越小。极其严格的装配公差、更高的产出率和实时检验率、数据采集以及与机器和工厂级控制系统的通信都是对DWFritz和博世力士乐需要构建的解决方案的关键要求。

据Povich介绍,几项关键的设计和操作要求促使他们做出了与博世力士乐开展项目合作的决定。他说:“这条装配线必须以极高的速度运行,空间也是一项挑战。尽管装配线长达一百多英尺,但其设计必须能够适应非常紧凑的空间,运动平台也必须能够满足十分强劲的运动控制需求,因为仅一个系统就有超过50个运动轴。”

DWFritz总裁Mukesh Dulani表示,时间是最大的挑战之一。“过去,我们会与几家不同的供应商合作,但就这个案例的情况来看,仅是启动各供应商之间的合作这一件事就需要花费我们至少10到15周的时间。我们在这个项目上只有12周的设计和工程时间以及8周的采购时间可用,因此我们必须与博世力士乐这样的伙伴开展合作,由他们提供技术和工程支持,帮助我们取得成功。”

博世力士乐北美制造、工程和工厂自动化高级副总裁Matthias Aberle认为,对于博世力士乐而言,与领先的机器制造商和集成商开展合作是实现“未来工厂”的关键一步。

他说:“我们所有人面临的挑战是,客户需要更好的结果,需要更加开放和更具创新性的系统,将实时机器信息从车间传输到可以对这些信息进行更有效利用的地方。为此,我们正在与DWFritz等技术利益相关者建立重要合作伙伴关系,以便利用我们具有的综合优势推动自动化行业的重大变革。”

在复杂的多技术生产线的设计过程中,博世力士乐为新电池生产线的创建提供了一系列技术和系统支持。其中包括:

- 多个输送系统,用于在生产单元内部和之间运输电池

- 龙门式搬运系统中使用的精密线性运动模块

- 铝结构框架

- 全套先进的运动控制和驱动系统,包括一个应用博世力士乐开创性的新型控制平台ctrlX AUTOMATION的系统。

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自动化系统平台ctrlX AUTOMATION及其控制平台ctrlX CORE不仅对该项目取得成功起到了促进作用,而且使客户能够使用相同的软件和硬件平台来构建未来的生产线。

Dulani表示: “我们最重要的目标之一是建立一个开放的机器控制系统架构,让客户的服务器可以直接查询机器并获取实时数据。自动化系统平台ctrlX AUTOMATION及其控制平台ctrlX CORE不仅对该项目取得成功起到了促进作用,而且使客户能够使用相同的软件和硬件平台来构建未来的生产线。” ctrlX AUTOMATION既包含硬件也包含软件。凭借基于Linux的实时操作系统、持续开放的系统架构和基于网络的工程设计,它使用户能够通过应用程序来创建、添加或共享自动化功能,甚至可以从博世力士乐ctrlX Store购买这些功能,从而使自动化操作与使用智能手机一样简单。

此外,博世力士乐的控制器还可以通过一个确定的实时通信平台来管理第三方现场设备,支持先进的凸轮传动解决方案,并在同一实时控制时钟上进行生产模块同步。ctrlX AUTOMATION的易用性和开放性对于团队在规定时间内完成这一复杂的合作项目发挥了至关重要的作用。该平台支持自由选择编程语言,而不限于专有平台。基于网络的系统配置使启动过程快速、简便,无需安装软件。完全虚拟的开发环境使团队能够在MES和自动化控制器之间创建通信平台的 “数字孪生” ,从而节省了大量时间。

博世力士乐区域副总裁Dave Hull表示:“数字孪生功能为DWFritz的工程师们提供了一个可以立即使用的软件平台。工程师们在拿到硬件之前几个月时就已经能够对所有系统进行测试,测试系统的运行情况,以及系统将如何与电池制造商的MES系统相配合。这一切让我们拥有了先发优势。”

力士乐技术帮助实现精准传动和高产能

DWFritz围绕其创新型DWFritz柔性平台DFP5000装配单元为电池生产线构建了生产单元。这是一个灵活的模块化平台,可以定制控制器、伺服驱动器并为特定流程进行馈送传输。DWFritz的资深工程师Martin Bamberger表示,精密的运动学工具是复合生产单元执行广泛的装配和检验任务的基本要素。他说: “由于电池的组装和加工要求相当高的产出率,因此,要正确地校准电池中的所有组件,使公差介于20到50微米之间,这需要使用精密部件才能完成。”

为使这些运动学工具具备所需的精度和功效,他们选择了力士乐的CKK紧凑型线性模组。力士乐销售经理Mike Ziencina表示:“我们的模组非常紧凑,精度高,可重复性在五微米范围内。”这些模组被组合到一起,开发出各种运动学解决方案,例如笛卡尔机器人拾取和放置系统,集成到了DFP5000单元中。

紧凑型IndraDrive Mi电机集成伺服系统是博世力士乐的另一项关键技术贡献,用于电池初步生产阶段的网络处理站。IndraDrive Mi是一种无机柜系统,将伺服驱动器和电机单独组合封装,并根据应用要求进行灵活连接。这使得团队能够将所有电气传动组件直接集成到机器中,节省了占地空间和安装时间。

由于这条生产线运行速度快和复杂性高,安全也成为一个重要的考量因素。博世力士乐提供了一整套最先进的机器安全解决方案,包括带自动控制器的集成安全PLC、伺服驱动器中内置的先进SafeMotion安全技术、安全I/O以及通过PROFIsafe提供的集成安全通信支持。

在产品输送方面,博世力士乐的输送系统是项目取得成功的关键。为了确定哪种输送产品最适用,团队考虑了所制造产品的尺寸、重量、产出速度和所需要的停车精度等因素。最终,力士乐将VarioFlow plus输送系统配置为基于托盘的解决方案,提供了最适用的平台。VarioLow plus是一种灵活的模块化塑料链式输送系统,其设计用途广泛,可水平、垂直、绕过障碍物或以其他配置来移动大容量产品。工件托盘可与VarioFlow plus配合使用,在需要定位或更高精度的应用中执行产品输送任务。由于装配单元与自动化组件的紧密结合,VarioFlow plus系统允许进行多个行程,同时仍然保持托盘在输送机系统上的位置。此外,有了VarioFlow plus,再循环系统的创建也更加简便,可以将空托盘送回到起始位置,循环往复,从而节省宝贵的占地空间。博世力士乐还与DWFritz密切合作,为生产线设计了一种开放式的体系架构。

在并行设计方面建立伙伴关系是未来自动化的关键

如果合作伙伴能够像DWFritz和博世力士乐一样开展合作,那么在该项目中建立的工程过程和开发伙伴关系(在紧迫且重叠的时限内进行系统设计、编程、组件购买和集成)将成为未来复杂自动化项目的标准化方法。

DWFritz的Povich表示: “从一开始,当我们还在进行技术概念开发时,博世力士乐就已经与我们的工程团队开展合作。在我们获得该项目之后,两家公司的合作团队立即组建完成,齐心协力,共同奋斗,解决来自客户的挑战。” 对于博世力士乐来说,该项目的成功不仅为与DWFritz开展后续项目合作奠定了基础,还为实现制造业工业4.0的愿景创建了模型。

博世力士乐的Dave Hull表示:“这个项目的合作伙伴关系展示了实现目标需要采取的实际及具体步骤。我们很高兴能与DWFritz这样的公司合作,可藉此来展现我们如何缩短交付周期、帮助客户取得成功并提供满足客户现在和未来需求的解决方案。”

作为全球领先的传动与控制技术供应商之一,博世力士乐致力于为各类机械和系统设备提供高效、强大、安全的智能运动解决方案。公司在行走机械应用、机械应用与工程及工厂自动化等领域拥有丰富的项目经验,并且凭借其智能元件、定制化解决方案及服务,为实现互联工业创造完美的应用环境。同时,博世力士乐还为客户提供各种液压、电子传动与控制、齿轮、线性传动及组装技术,软件及物联网的接口。公司业务遍及全球80多个国家与地区,拥有超过31,000名专业员工,2021年全球销售额近62亿欧元。

自1978年进入中国市场以来,博世力士乐已在北京、武进和西安建立了生产基地,截止至2021年12月,拥有约2,800名员工。

更多信息请访问: www.boschrexroth.com.cn 和 www.boschrexroth.com

博世集团是世界领先的技术及服务供应商。根据初步数据,博世集团约402,600名员工(截至2021年12月31日)在2021财政年度创造了约787亿欧元的销售业绩。博世业务划分为4个业务领域,涵盖汽车与智能交通技术、工业技术、消费品以及能源与建筑技术领域。作为全球领先的物联网企业,博世为智能家居、智慧城市、互联交通和互联工业提供创新的解决方案。博世运用其在传感器技术、软件和服务领域的专知,以及自身的云平台,为客户提供整合式跨领域的互联解决方案。通过其产品和服务,博世为人们提供创新有益的解决方案,从而提高他们的生活质量,打造互联生活。凭借其创新科技,博世在世界范围内践行“科技成就生活之美”的承诺。集团包括罗伯特• 博世有限公司及其遍布约60个国家的440家分公司和区域性公司。如果将其销售和服务伙伴计算在内,博世的业务几乎遍及全世界每一个国家。这一全球性的生产、工程和销售网络为其进一步发展奠定了基础。博世的长远健康发展建立在不断创新的基础上。博世的研发网络拥有76,100名研发人员,遍布全球近128个国家和地区,其中软件工程师约有38,000名。

有关博世集团的更多信息,请访问:www.bosch.com.cn,www.iot.bosch.com和 www.bosch-press.com

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吴新慧
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