高產能電池生產
2022-6-29 來源：博世力士樂 作者：-
從智能手機到電動汽車，對緊湊、可靠、耐用電池的需求正促使許多電池制造商迅速提升產能。但這些高度自動化的電池裝配線通常需要數月時間才能開發完成。那么，速度能否加快？
DWFritz Automation（Wilsonville，OR）是一家為先進制造業量身定制精密自動化、計量和檢驗解決方案的全球領先供應商，最近，它以創紀錄的速度為一家北美領先的電池制造商交付了一條新型、靈活、高產出、全自動化的電池生產線。
該公司銷售副總裁 Chris Povich 表示：“DWFritz 會從微米和毫秒的角度來考慮問題。要解決客戶的制造難題，需要極高的運行速度、先進的材料處理方式、過程自動化和非常高的精度，而這些正是我們能夠提供的關鍵功能。”
由于項目復雜、可用開發時間短，DWFritz 希望找到一個能夠在并行工程設計環境下提供多種專業技術知識的戰略合作伙伴，從而快速完成設計迭代并加快項目實施速度。他們選擇了博世力士樂。
有效合作實現在最短時間內交付
無論大小或形狀參數如何，電池制造都是一個復雜的多步驟過程，將不同的材料組合在一起形成電池的陰極和陽極，然后將其與導體組合成一個完整的封裝。如今的電池能量密度不斷提高，而體積卻越來越小。極其嚴格的裝配公差、更高的產出率和實時檢驗率、數據采集以及與機器和工廠級控制系統的通信都是對 DWFritz 和博世力士樂需要構建的解決方案的關鍵要求。
據 Povich 介紹，幾項關鍵的設計和操作要求促使他們做出了與博世力士樂開展項目合作的決定。他說：“這條裝配線必須以極高的速度運行，空間也是一項挑戰。盡管裝配線長達一百多英尺，但其設計必須能夠適應非常緊湊的空間，運動平臺也必須能夠滿足十分強勁的運動控制需求，因為僅一個系統就有超過 50 個運動軸。”
DWFritz 總裁 Mukesh Dulani 表示，時間是最大的挑戰之一。“過去，我們會與幾家不同的供應商合作，但就這個案例的情況來看，僅是啟動各供應商之間的合作這一件事就需要花費我們至少 10 到 15 周的時間。我們在這個項目上只有 12 周的設計和工程時間以及 8 周的采購時間可用，因此我們必須與博世力士樂這樣的伙伴開展合作，由他們提供技術和工程支持，幫助我們取得成功。”
博世力士樂北美制造、工程和工廠自動化高級副總裁 Matthias Aberle 認為，對于博世力士樂而言，與領先的機器制造商和集成商開展合作是實現“未來工廠”的關鍵一步。
他說：“我們所有人面臨的挑戰是，客戶需要更好的結果，需要更加開放和更具創新性的系統，將實時機器信息從車間傳輸到可以對這些信息進行更有效利用的地方。為此，我們正在與 DWFritz 等技術利益相關者建立重要合作伙伴關系，以便利用我們具有的綜合優勢推動自動化行業的重大變革。”
在復雜的多技術生產線的設計過程中，博世力士樂為新電池生產線的創建提供了一系列技術和系統支持。其中包括：
• 多個輸送系統，用于在生產單元內部和之間運輸電池
• 龍門式搬運系統中使用的精密線性運動模塊
• 鋁結構框架
• 全套先進的運動控制和驅動系統，包括一個應用博世力士樂開創性的新型控制平臺 ctrlX AUTOMATION 的系統。
自動化系統平臺 ctrlX AUTOMATION 及其控制平臺 ctrlX CORE 不僅對該項目取得成功起到了促進作用，而且使客戶能夠使用相同的軟件和硬件平臺來構建未來的生產線。
Dulani 表示： “我們最重要的目標之一是建立一個開放的機器控制系統架構，讓客戶的服務器可以直接查詢機器并獲取實時數據。自動化系統平臺 ctrlX AUTOMATION 及其控制平臺 ctrlX CORE 不僅對該項目取得成功起到了促進作用，而且使客戶能夠使用相同的軟件和硬件平臺來構建未來的生產線。” ctrlX AUTOMATION 既包含硬件也包含軟件。憑借基于 Linux 的實時操作系統、持續開放的系統架構和基于網絡的工程設計，它使用戶能夠通過應用程序來創建、添加或共享自動化功能，甚至可以從博世力士樂 ctrlX Store 購買這些功能，從而使自動化操作與使用智能手機一樣簡單。
此外，博世力士樂的控制器還可以通過一個確定的實時通信平臺來管理第三方現場設備，支持先進的凸輪傳動解決方案，并在同一實時控制時鐘上進行生產模塊同步。
ctrlX AUTOMATION 的易用性和開放性對于團隊在規定時間內完成這一復雜的合作項目發揮了至關重要的作用。該平臺支持自由選擇編程語言，而不限于專有平臺。基于網絡的系統配置使啟動過程快速、簡便，無需安裝軟件。完全虛擬的開發環境使團隊能夠在 MES 和自動化控制器之間創建通信平臺的 “數字孿生” ，從而節省了大量時間。
博世力士樂區域副總裁 Dave Hull 表示：“數字孿生功能為 DWFritz 的工程師們提供了一個可以立即使用的軟件平臺。工程師們在拿到硬件之前幾個月時就已經能夠對所有系統進行測試，測試系統的運行情況，以及系統將如何與電池制造商的 MES 系統相配合。這一切讓我們擁有了先發優勢。”
力士樂技術幫助實現精準傳動和高產能
DWFritz 圍繞其創新型 DWFritz 柔性平臺 DFP5000 裝配單元為電池生產線構建了生產單元。這是一個靈活的模塊化平臺，可以定制控制器、伺服驅動器并為特定流程進行饋送傳輸。DWFritz 的資深工程師 Martin Bamberger 表示，精密的運動學工具是復合生產單元執行廣泛的裝配和檢驗任務的基本要素。他說： “由于電池的組裝和加工要求相當高的產出率，因此，要正確地校準電池中的所有組件，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。”
為使這些運動學工具具備所需的精度和功效，他們選擇了力士樂的 CKK 緊湊型線性模組。力士樂銷售經理 Mike Ziencina 表示：“我們的模組非常緊湊，精度高，可重復性在五微米范圍內。”這些模組被組合到一起，開發出各種運動學解決方案，例如笛卡爾機器人拾取和放置系統，集成到了 DFP5000 單元中。
緊湊型 IndraDrive Mi 電機集成伺服系統是博世力士樂的另一項關鍵技術貢獻，用于電池初步生產階段的網絡處理站。IndraDrive Mi 是一種無機柜系統，將伺服驅動器和電機單獨組合封裝，并根據應用要求進行靈活連接。這使得團隊能夠將所有電氣傳動組件直接集成到機器中，節省了占地空間和安裝時間。
由于這條生產線運行速度快和復雜性高，安全也成為一個重要的考量因素。博世力士樂提供了一整套最先進的機器安全解決方案，包括帶自動控制器的集成安全 PLC、伺服驅動器中內置的先進 SafeMotion 安全技術、安全 I/O 以及通過 PROFIsafe 提供的集成安全通信支持。
在產品輸送方面，博世力士樂的輸送系統是項目取得成功的關鍵。為了確定哪種輸送產品最適用，團隊考慮了所制造產品的尺寸、重量、產出速度和所需要的停車精度等因素。最終，力士樂將 VarioFlow plus 輸送系統配置為基于托盤的解決方案，提供了最適用的平臺。VarioLow plus 是一種靈活的模塊化塑料鏈式輸送系統，其設計用途廣泛，可水平、垂直、繞過障礙物或以其他配置來移動大容量產品。工件托盤可與arioFlow plus 配合使用，在需要定位或更高精度的應用中執行產品輸送任務。
由于裝配單元與自動化組件的緊密結合，VarioFlow plus 系統允許進行多個行程，同時仍然保持托盤在輸送機系統上的位置。此外，有了 VarioFlow plus，再循環系統的創建也更加簡便，可以將空托盤送回到起始位置，循環往復，從而節省寶貴的占地空間。博世力士樂還與 DWFritz 密切合作，為生產線設計了一種開放式的體系架構。
在并行設計方面建立伙伴關系是未來自動化的關鍵
如果合作伙伴能夠像 DWFritz 和博世力士樂一樣開展合作，那么在該項目中建立的工程過程和開發伙伴關系（在緊迫且重疊的時限內進行系統設計、編程、組件購買和集成）將成為未來復雜自動化項目的標準化方法。
DWFritz 的 Povich 表示： “從一開始，當我們還在進行技術概念開發時，博世力士樂就已經與我們的工程團隊開展合作。在我們獲得該項目之后，兩家公司的合作團隊立即組建完成，齊心協力，共同奮斗，解決來自客戶的挑戰。” 對于博世力士樂來說，該項目的成功不僅為與 DWFritz 開展后續項目合作奠定了基礎，還為實現制造業工業 4.0 的愿景創建了模型。
博世力士樂的 Dave Hull 表示：“這個項目的合作伙伴關系展示了實現目標需要采取的實際及具體步驟。我們很高興能與 DWFritz 這樣的公司合作，可藉此來展現我們如何縮短交付周期、幫助客戶取得成功并提供滿足客戶現在和未來需求的解決方案。”
作為全球領先的傳動與控制技術供應商之一，博世力士樂致力于為各類機械和系統設備提供高效、強大、安全的智能運動解決方案。公司在行走機械應用、機械應用與工程及工廠自動化等領域擁有豐富的項目經驗，并且憑借其智能元件、定制化解決方案及服務，為實現互聯工業創造完美的應用環境。同時，博世力士樂還為客戶提供各種液壓、電子傳動與控制、齒輪、線性傳動及組裝技術，軟件及物聯網的接口。公司業務遍及全球 80 多個國家與地區，擁有超過 31,000 名專業員工，2021 年全球銷售額近 62 億歐元。
自 1978 年進入中國市場以來，博世力士樂已在北京、武進和西安建立了生產基地，截止至 2021 年 12 月，擁有約 2,800 名員工。
更多信息請訪問: www.boschrexroth.com.cn 和 www.boschrexroth.com
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