خط مونتاژ باتری خودکار: واقعاً از کجا صرفه جویی در نیروی کار حاصل می شود

نویسنده: Dany Huang, Ph.D.

مدیر عامل و رهبر تحقیق و توسعه، TOB New Energy

با دکتر هوانگ در لینکدین ارتباط برقرار کنید

خلاصه اجرایی و نکات کلیدی

هزینه کار در مونتاژ باتری به طور یکنواخت پخش نمی‌شود-در تعداد انگشت شماری از ایستگاه‌های تکراری متمرکز می‌شود: چیدن الکترود، جوشکاری زبانه، پوشش و آزمایش. اتوماسیون آن حرکات خاص انسان را با گیره‌های سروو هدایت‌شده و انتقال بینایی جایگزین می‌کند، کار مستقیم را 60 تا 80 درصد کاهش می‌دهد در حالی که بازده پاس اول را افزایش می‌دهد، زیرا ربات در ساعت هشت خسته نمی‌شود. بازپرداخت تابعی از خروجی در هر خط و نرخ نیروی کار بارگذاری شده محلی است، نه تنها به قیمت ماشین.

• A خط استوانه ای نیمه اتوماتیکمعمولاً به 8-12 اپراتور نیاز دارد. یک معادل کاملاً خودکار با 2-3 برای همان خروجی اجرا می شود.
• هزینه کار مستقیم به ازای هر سلول از تقریباً 0.10-0.20 دلار به 0.02-0.05 دلار در حجم آزمایشی 1-5 میلیون سلول در سال کاهش می یابد.
• انتقال منطبق بر زمان چرخه، نه سرعت ربات خام، خروجی خط را تنظیم می‌کند-ایستگاهی که 4 ثانیه به ازای هر سلول طول می‌کشد، یک خط 15 سلول در دقیقه را بدون توجه به سرعت حرکت ربات، تعیین می‌کند.
• ROI اتوماسیون فقط از 24 ماه بالاتر از آستانه حجم عبور می کند. در زیر آن، نیمه خودکار تصمیم عقلایی سرمایه باقی می ماند.

یک خط مونتاژ سلول استوانه‌ای با شش اپراتور می‌تواند در بهترین ساعت خود 12 تا 15 سلول در دقیقه تولید کند. در ساعت هفت، دست های اپراتور انباشته کند می شود. دریفت های موقعیت یابی جوش به زبانه. ایستگاه تست پشتیبان می گیرد. توان عملیاتی واقعی نزدیک به 60 درصد از پلاک نام است، و هزینه نیروی کار در هر سلول با هر رد افزایش می یابد.

اتوماسیون مونتاژ به معنای سریعتر کردن خط روی کاغذ نیست. این در مورد این است که خط سرعت پلاک نام خود را در یک جابجایی کامل حفظ کند، با تعداد دست های کمتری در حلقه. صرفه جویی از تغییرات خاص و قابل اندازه گیری حاصل می شود: گرفتن رباتیک جایگزین قرارگیری انسان می شود، انتقال خودکار جایگزین راه رفتن و انتظار می شود، و بازرسی درون خطی جایگزین اکتشاف نهایی می شود.

جایی که نیروی کار در خط مونتاژ باتری پنهان می شود

هر خط مونتاژ دستی یا نیمه اتوماتیک را پیاده روی کنید و هزینه نیروی کار در همان پنج مکان متمرکز می شود:

• انباشته شدن الکترود / بارگذاری سیم پیچ.هر سلولی به الکترودها، جداکننده‌ها و زبانه‌هایی نیاز دارد که در کسری از میلی‌متر هم‌تراز باشند. یک اپراتور انسانی هر جزء را با دست قرار می دهد و زمان قرار دادن به اضافه تراز مجدد 30 تا 40 درصد از کل کار مونتاژ را مصرف می کند.
• موقعیت یابی جوشکاری زبانه ایسلول باید طوری باشد که زبانه روی نقطه جوش قرار گیرد. موقعیت یابی دستی کند و متغیر است. جوش های نامرتب در آزمایش به صورت شکست مدار باز نشان داده می شوند.
• پوشش و آب بندی.قرار دادن رول ژله ای یا پشته الکترود در قوطی، جوش دادن درپوش و چین و یا آب بندی نیاز به نیروی ثابت و تمیزی دارد که دست ها نمی توانند آن را تضمین کنند.
• پر کردن و جابجایی الکترولیت.پر کردن حتی در خطوط نیمه خودکار نیز خودکار است، اما بارگیری و تخلیه دستگاه پرکننده کار دستی است.
• تست و مرتب سازی.هر سلول باید چرخه تشکیل، درجه بندی و بازرسی بصری شود. جابجایی دستی بین قفسه های آزمایشی هم کار سنگینی دارد و هم خطر آلودگی.

الگو: مراحل فرآیند ارزش افزوده (جوشکاری، پر کردن) قبلاً توسط ماشین انجام می شود، امادور آنها کار کنید-بارگیری، انتقال، جهت دهی، تخلیه- انسانی است. این کار، هدف اتوماسیون است.

هسته مکانیکی: گیره هایی که بدون آسیب کار می کنند

دلیل اینکه مونتاژ باتری سال ها در برابر اتوماسیون مقاومت می کند قطعه کار است. رول ژله ای نرم است، به راحتی تغییر شکل می دهد و دارای یک سطح پوشش داده شده است که اگر اشتباه گرفته شود، پوسته پوسته می شود. یک رول استوانه‌ای زخمی باید توسط هسته‌اش بلند شود یا در تمام طول آن نگه داشته شود، هرگز در نقطه‌ای نیشگون نگیرد.

ربات‌های مونتاژ مدرن این مشکل را با افکت‌های انتهایی مخصوص کاربرد حل می‌کنند:

• گیره های موازی سروو با کنترل نیروبا نیروی بسته شدن قابل برنامه ریزی که هرگز از حد له شدن قطعه تجاوز نمی کند، عناصر سخت-بدنه ها، مجموعه های درپوش، سر زبانه ها- را بگیرید.
• گیره های جاروبرقی با پدهای نرمالکترودها و جداکننده ها را با مکش سطحی بالا ببرید و بار را در سطح پوشش داده شده توزیع کنید تا مواد فعال پاره نشود. مواد پد به گونه ای انتخاب می شوند که ذرات را به محیط تمیز نریزند.
• چاک های گیره هسته ای برای رول های ژله ای استوانه ایدر داخل سنبه توخالی منبسط شده و رول را بدون لمس باد بیرونی بلند کنید.
• انتخاب و مکان با هدایت دیدهر قسمت را قبل از گرفتن محل قرار می دهد، و پراکندگی موقعیتی را که یک نوار نقاله و ایستگاه های بالادست ناگزیر معرفی می کنند، تحمل می کند.

نکته مهندسی این است که یک ربات فقط به اندازه اثربخش نهایی و دید خود خوب است. یک خط خودکار ساخته شده با گیره‌های عمومی به سلول‌ها آسیب می‌رساند و در زمان کار پایین اجرا می‌شود. طراحی خط با فیزیک مربوط به بخش شروع می شود، نه با مدل ربات.

جریان خودکار: نیمه دوم معادله

گرفتن رباتیک دست ها را از ایستگاه های فردی جدا می کند. انتقال خودکار کار بین ایستگاه ها را حذف می کند-و جایی است که اکثر خطوط "اتوماتیک" بی سر و صدا از کار می افتند.

سیستم انتقال باید باشدزمان چرخه مطابقت دارد. اگر یک ایستگاه انباشته 8 ثانیه در هر سلول و ایستگاه جوشکاری زبانه 5 ثانیه طول بکشد، خط حداکثر با 7.5 سلول در دقیقه کار می کند مگر اینکه بافرها تفاوت را جذب کنند. سه معماری انتقال غالب است:

برای یک خط پیلوت استوانه‌ای، نشانگر پرتو راهپیمایی اسب کار است: سلول‌ها در یک زمین ثابت حرکت می‌کنند، هر ایستگاه یک عملیات را انجام می‌دهد و کل خط به طور هماهنگ پالس می‌کند. برای سلول‌های کیسه‌ای، پالت‌های مستقل غالب هستند زیرا مراحل فرآیند-انباشته کردن، جوشکاری زبانه، آب‌بندی، گاززدایی-در مدت زمان بسیار متفاوت انجام می‌شوند و نیاز به جداسازی دارند.

بافر کردن جزئیاتی است که یک خط نظری را از خط در حال اجرا جدا می کند. یک محفظه بافر کوچک بین یک ایستگاه سریع و یک ایستگاه آهسته، تغییرات طبیعی در زمان چرخه را جذب می‌کند و از توقف خط هر زمان که هر ایستگاه منفرد سکسکه می‌کند جلوگیری می‌کند. خطوط بدون بافر در اولین خطای جزئی متوقف می شوند. خطوط با بافر از میان آنها عبور می کنند.

A در مقابل B: مونتاژ نیمه اتوماتیک در مقابل مونتاژ کاملا اتوماتیک

مقایسه صادقانه ماشین در برابر ماشین نیست. این دو مدل عملیاتی است.

مدل نیمه اتوماتیکماشین‌های مجزا-یک بادگیر، یک جوشکار زبانه‌ای، یک crimper-که هر کدام توسط یک کارگر اختصاصی کار می‌کنند، با سلول‌هایی که بین ایستگاه‌ها با دست یا روی نوار نقاله‌های ساده حمل می‌شوند. هزینه سرمایه کم است. مقیاس خروجی به صورت خطی با تعداد کار. کیفیت به سازگاری اپراتور بستگی دارد. تغییر بین قالب‌ها سریع است زیرا انسان‌ها فوراً خود را تطبیق می‌دهند.

مدل تمام اتوماتیک.یک خط یکپارچه با جابجایی رباتیک، انتقال خودکار و بازرسی درون خطی بین هر مرحله فرآیند. هزینه سرمایه معمولاً 3-6× یک معادل نیمه خودکار- بالا است. خروجی توسط زمان چرخه متعادل خط تنظیم می شود، نه با تعداد کار. کیفیت ثابت است زیرا هر سلول مسیر مکانیکی یکسانی را دنبال می کند. تغییر نیاز به دستور العمل و تغییرات ثابت دارد که توسط نرم افزار مدیریت می شود.

شکاف بازدهی بیشتر از شکاف نیروی کار اهمیت دارد. بهبود بازدهی 5 درصدی در خطی که 2 میلیون سلول در سال تولید می‌کند، 100000 رد کمتر{5}}در هزینه مواد و کار مجدد نسبت به کل حقوق و دستمزد اپراتور که جایگزین می‌کند، ارزش دارد.

مدل ROI: هزینه کار به ازای هر سلول و حجم سرسام آور

معیار تصمیم گیری ساده است: هزینه نیروی کار در هر سلول=(اپراتورها × هزینه کار سالانه بارگیری شده) ÷ سلول های سالانه تولید می شود.

هزینه نیروی کار بارگذاری شده-دستمزدها به اضافه مزایا، حق بیمه نوبتی، و آموزش-به طور گسترده بر اساس منطقه، از تقریباً 15000 دلار در سال در بخش‌هایی از آسیای جنوب شرقی تا 60 دلار آمریکا،000+ در سال در اروپای غربی و آمریکای شمالی متغیر است. آن گسترش پاسخ اتوماسیون را به طور کامل تغییر می دهد.

مدل کار شده، 2 میلیون سلول در سال:

• نیمه خودکار: 10 اپراتور × 40 دلار،000=400000 دلار در سال → 0.20 دلار برای هر سلول.
• خودکار کامل: 3 اپراتور × 40 دلار،000=120000 دلار در سال → 0.06 دلار برای هر سلول.
• پس انداز سالانه نیروی کار: 280000 دلار آمریکا.
• در مقابل خط 1.2 میلیون دلاری، بازپرداخت نیروی کار به تنهایی ≈ 4.3 سال-قبل از بازده و پس انداز ضایعات.

بهبود بازده را اضافه کنید (مثلاً 4٪ از 2 میلیون سلول=80000 سلول ذخیره شده با هزینه مواد 2.50 دلاری هر=200000 دلار در سال) و بازپرداخت تقریباً به 2.5 سال کاهش می یابد. به همین دلیل است که مدل‌های ROI که فقط نیروی کار را محاسبه می‌کنند، به‌طور سیستماتیک بدبینانه هستند و مدل‌هایی که فقط سرمایه را محاسبه می‌کنند، در جهت دیگر اشتباه هستند.

جدول مرجع سربه سر (سالهای بازپرداخت، خط تمام خودکار در مقابل خط پایه نیمه خودکار)

جدول هزینه خط میانی، صرفه جویی سه اپراتور و بهبود بازده واقعی را در نظر گرفته است. با 500000 سلول در سال با نیروی کار ارزان، اتوماسیون کامل جواب نمی دهد-توصیه مهندسی صادقانه یک خط نیمه خودکار است. با 2 میلیون سلول در سال با نرخ نیروی کار غربی، خط تمام خودکار تصمیم کم‌هزینه حتی قبل از شمارش اثر بازده است.

استوانه ای در مقابل کیسه: پروفایل های اتوماسیون متفاوت است

دو قالب غالب به طور یکسان خودکار نمی شوند.

سلول های استوانه ایمشکل اتوماسیون ساده تر هستند. قوطی بدنه ای سفت و محکم در هر مرحله می دهد. سیم پیچی یک رول استوانه ای ایجاد می کند که یک چاک هسته ای می تواند بدون ابهام آن را بلند کند. ایستگاه‌ها-سیم پیچی، جوشکاری زبانه‌ای، درج قوطی، جوشکاری کلاهک، چین‌خوردگی- گسسته و قابل نمایه‌سازی هستند. به همین دلیل است که اولین خطوط مونتاژ تمام اتوماتیک در صنعت استوانه ای بودند. الفخط مونتاژ آزمایشی باتری استوانه ای کاملاً خودکاربا جابجایی سلول رباتیک و آزمایش درون خطی، سلول‌ها را در هر ایستگاه در یک زمین ثابت نمایه می‌کند و استحکام قالب باعث می‌شود که میزان شکست در مدیریت پایین بماند.

سلول های کیسه ایسخت تر هستند پشته الکترود انعطاف‌پذیر است، لایه کیسه‌ای ظریف است، و این فرآیند شامل مراحل-گاززدایی، آب‌بندی مجدد، شکل‌گیری زبانه- است که روی یک بخش نرم و ناپایدار ابعادی کار می‌کند. اتوماسیون مونتاژ کیسه به پالت‌های مستقلی تکیه می‌کند که هر سلول را بدون بازگردانی مکرر از طریق خط حمل می‌کنند، و بر روی افکتورهای انتهایی خلاء ملایم برای پشته تکیه می‌کند. مهندسی سخت‌تر است و هزینه خط به ازای هر سلول خروجی بالاتر است، اما شدت کار مونتاژ کیسه دستی نیز بالاتر است، که معادله را متعادل می‌کند.

اصل مشترک در هر دو قالب: هر بار که دست انسان سلولی را لمس می‌کند، آن لمس یک هزینه زمان قرار دادن، یک خطر آلودگی و یک فرصت نقص است. هر لمسی که توسط یک گیره و یک نوار نقاله برداشته می شود، هر سه به یکباره برداشته می شوند.

آنچه اتوماسیون رفع نمی کند

اتوماسیون جایگزینی برای قابلیت فرآیند نیست. خطی که ربات را با رول‌های زخمی ضعیف، زبانه‌های نامناسب یا پر شدن الکترولیت ناپایدار تغذیه می‌کند، به سادگی ردهای خودکار سریع‌تر از خط‌های دستی تولید می‌کند. فرآیندهای بالادستی-کیفیت سیم پیچی، موقعیت یابی برگه، دقت پر کردن-از قبل باید کنترل شوند تا سرمایه گذاری اتوماسیون پرداخت شود.

اتوماسیون نیز به معنای عدم مراقبت نیست. یک خط تمام اتوماتیک هنوز به اپراتورها برای تکمیل مواد، نظارت بر فرآیند و بازیابی خطا نیاز دارد. پرسنل واقع بینانه 2 تا 3 نفر در هر شیفت است، نه صفر. زمان آپتایم، نه تعداد سرنشین، معیاری است که خروجی را هدایت می کند: خطی که 85 درصد مواقع با سه اپراتور اجرا می شود از خطی که 60 درصد مواقع بدون هیچ کس اجرا می شود بهتر عمل می کند.

مجموعه مهارت های نگهداری نیز تغییر می کند. یک خط دستی نیاز به نصب کننده دارد. یک خط خودکار نیاز به تکنسین های اتوماسیون دارد که سرووها، سیستم های بینایی و منطق PLC را درک کنند. این تغییر مهارت یک هزینه واقعی است که در مدل تعلق دارد که معمولاً با کاهش تعداد اپراتورها جبران می شود.

سؤالات متداول: اقتصاد مونتاژ باتری خودکار

یک خط مونتاژ باتری تمام اتوماتیک به چند اپراتور نیاز دارد؟
دو تا سه در هر شیفت، در مقابل 8 تا 12 برای یک خط نیمه اتوماتیک قابل مقایسه. پرسنل باقیمانده با تکمیل مجدد مواد، نظارت بر فرآیند و بازیابی خطاها، خودکارسازی-به معنای تعداد کار صفر نیست.

دوره بازپرداخت واقعی برای یک خط مونتاژ خودکار چقدر است؟
با 2 میلیون سلول در سال با هزینه های کارگری متوسط، تقریباً 2.5 تا 3 سال که هم صرفه جویی در نیروی کار و هم بهبود بازده را محاسبه می کند. کمتر از 500000 سلول در سال، مونتاژ نیمه اتوماتیک معمولاً تصمیم کم‌هزینه است.

سخت ترین بخش خودکارسازی در مونتاژ باتری چیست؟
دست زدن به پشته الکترود یا رول ژله ای بدون آسیب. قطعات نرم و پوشش داده شده را نمی توان مانند قطعات فلزی در دست گرفت، بنابراین طراحی افکتور انتهایی-چاک های هسته برای رول های استوانه ای، پدهای خلاء برای پشته های الکترود{2}}قابلیت اطمینان خط را تعیین می کند.

آیا اتوماسیون کیفیت را بهبود می بخشد یا فقط نیروی کار را کاهش می دهد؟
هر دو قرار دادن رباتیک تا کسری از میلی متر در کل شیفت قابل تکرار است، در حالی که قرار دادن دستی با خستگی اپراتور تغییر می کند. بازده پاس اول معمولی از بالای دهه 80 تا اواسط دهه 90 در نیمه خودکار به 96 تا 99 درصد در یک خط خودکار کنترل‌شده تغییر می‌کند.

برای مدل سازی خط خود آماده اید؟
تصمیم گیری در مورد هزینه کار حسابی است. تصمیم بازده مهندسی است. TOB New Energy، به‌عنوان تولیدکننده کلید در دست منبع مستقیم، خطوط مونتاژ سلولی استوانه‌ای و کیسه‌ای کاملاً خودکار را ارائه می‌کند که بر اساس قالب سلولی، زمان چرخه و بودجه نقص طراحی شده است-نه بر اساس کاتالوگ ربات عمومی. نقشه سلولی، حجم سالانه و نرخ کار بارگیری شده محلی خود را برای دریافت طرح خط ایستگاه به ایستگاه، مدل ROI و قیمت مستقیم کارخانه از Xiamen ارسال کنید.

مرجع فنی گردآوری شده توسط گروه مهندسی فرآیند TOB New Energy از تاسیسات خط مونتاژ در برنامه های سلولی استوانه ای و کیسه ای در سراسر جهان. برای ROI خاص خط و خرابی ایستگاه، با دکتر Dany Huang در LinkedIn ارتباط برقرار کنید یا پارامترهای تولید خود را به میز مهندسی Xiamen ارسال کنید.