„Produkcja akumulatorów niczym superszybka autostrada”

Branża motoryzacyjna szykuje się na przyszłość zdominowaną przez pojazdy elektryczne. Spotkaliśmy się z ekspertem B&R ds. elektromobilności, Ronnym Guberem, aby dowiedzieć się, jak ważną rolę w tej przyszłości będą odgrywać akumulatory i jakie problemy w zakresie automatyzacji będą musieli rozwiązać producenci samochodów i ich dostawcy, chcąc odnaleźć się w nowej rzeczywistości.

Ronny Guber: Oczywiście. Udział pojazdów elektrycznych w rynku nadal rósł wykładniczo, nawet podczas globalnego spadku ogólnej sprzedaży samochodów spowodowanego pandemią. Obecne prognozy przewidują, że do 2036 r. elektryczne pojazdy osobowe wyprzedzą pojazdy z silnikami spalinowymi (ICE) i będą stanowiły większość sprzedawanych na świecie nowych samochodów.

Guber: Konsumenci są coraz bardziej zmotywowani do działania zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Wiele osób jest gotowych, aby ich następny samochód był elektryczny, a ich decyzja zależy od dwóch głównych czynników: ceny i zasięgu. Innymi słowy: O ile więcej muszę zapłacić za samochód elektryczny niż za konwencjonalny i jak daleko mogę nim pojechać, zanim będę musiał się zatrzymać i naładować. Są to dwa obszary, w których akumulatory odgrywają decydującą rolę.

Guber: Akumulatory stanowią około jednej trzeciej kosztów pojazdów elektrycznych, zatem ich efektywna produkcja będzie miała kluczowe znaczenie dla osiągnięcia poziomu cenowego, który będzie odpowiadał większej liczbie konsumentów. Aby poprawić zasięg pojazdu, musisz jak najszybciej wprowadzić na rynek najnowszą technologię akumulatorów, a także przestrzegać tolerancji produkcyjnych i warunków w pomieszczeniu czystym, które są znacznie bardziej wrażliwe niż w przypadku tradycyjnych części samochodowych.

Guber: To dobre pytanie. A odpowiedź w bardzo dużym stopniu sprowadza się do stopnia zautomatyzowania fabryk. Aby osiągnąć niezbędną przepustowość i efektywność kosztową, producenci akumulatorów będą musieli wyeliminować ruch typu „stop-and-go” między stacjami przetwarzania i osiągnąć czasy cykli, które są o rząd wielkości szybsze niż w przypadku tradycyjnych części samochodowych. Linie będą musiały działać z najwyższą prędkością i wydajnością niczym autostrada w produkcji akumulatorów.

Guber: Tak, to będzie kluczowa rola technologii automatyzacji, w szczególności inteligentnych systemów transportowych. Systemy te pozwalają utrzymać produkty na torze, dzięki czemu nie traci się czasu na niepotrzebną obsługę. Dzięki dzisiejszym inteligentnym systemom typu track produkcja może przebiegać w sposób ciągły z dużą prędkością, podczas gdy etapy przetwarzania realizowane są w ruchu. A gdy masz błyskawiczną synchronizację z innymi komponentami automatyki wzdłuż toru, możesz uzyskać naprawdę radykalne skrócenie czasu przetwarzania na każdym kroku.

Guber: Łącząc na przykład system track z wizją maszynową, jesteśmy w stanie odczytać matrycowe kody danych w ciągu 50 milisekund, gdy ogniwa mkną z prędkością 4 metrów na sekundę – bez zewnętrznych wyzwalaczy, świateł czy drogich kamer. Normalnie zajęłoby to dwie pełne sekundy przy zatrzymywaniu produktu, zatem oszczędność czasu wynosi 97,5%. Istnieje wiele innych etapów produkcji ogniw baterii, takich jak nakładanie taśmy, podczas których wykonywanie ich w ruchu zapewnia skrócenie czasu nawet o 90% lub więcej.

Guber: Dokładnie. Nie wspominając, że przekazywanie detali pomiędzy systemami transportowymi, które w przeciwnym razie dla zestawu dziesięciu ogniw trwałoby prawie minutę, może być teraz całkowicie wyeliminowane. Gdy zsumujemy te wszystkie sekundy i pomnożymy przez ilości, o których mówimy – będziemy mieli pojęcie o skali przełomu. Ale korzyści wynikają nie tylko z szybkości, ale także z gęstości i dostępności.

Guber: Dzięki inteligentnemu systemowi track można zorganizować przepływ produkcji jako sieć połączonych ze sobą stacji. W ten sposób można koordynować czasy cykli i mieć mniej stacji z lepszym wykorzystaniem każdej z nich. Możesz wyeliminować bufory i puste odcinki przenośnika, które nie wnoszą żadnej wartości. Zrównanie wolniejszych stacji zwielokrotni produktywność bez zwiększania zajmowanej powierzchni. Dzięki sieciowemu przepływowi produkcji części są automatycznie przekierowywane wokół wadliwej stacji, więc małe przerwy nie mają już tak dużego wpływu na OEE, jak w przypadku tradycyjnej konfiguracji liniowej.

Guber: Możemy zyskać nawet 7-krotny wzrost wydajności na linię, a także możemy zastąpić cztery linie konwencjonalne jedną linią szybką – oznacza to zmniejszenie powierzchni zajmowanej przez urządzenia o 75%. Innymi słowy, fabryka, która produkuje z dwu-lub trzykrotnie większą szybkością, to w zasadzie jakby dwie lub trzy fabryki. Ostatecznie dla produkcji baterii oznacza to naprawdę znakomity zwrot z inwestycji.

Guber: Zdecydowanie tak! Ponieważ mówimy o zaprojektowaniu zupełnie nowego typu systemu produkcji baterii, szczególnie ważne jest posiadanie opartych na symulacjach narzędzi do programowania, testowania i wirtualnego uruchamiania. W ten sposób możesz porównywać układy i prognozować przepustowość na długo przed zaangażowaniem jakiegokolwiek sprzętu. Im szybciej wiesz, czego się spodziewać, tym lepiej. Wtedy możesz szybko przejść od projektu koncepcyjnego do wdrożenia zoptymalizowanego systemu – bez ryzyka kosztownych opóźnień związanych z prototypowaniem i pętlami przeprojektowywania.

Guber: Gdy Twoim celem jest jak najszybsze zwiększenie produkcji – potrzebujesz wielu zespołów programistów pracujących w tandemie. Ogromną korzyścią jest zatem posiadanie uniwersalnego środowiska inżynierskiego, które obsługuje rozwój współbieżny. A jeśli programiści są w stanie skonfigurować podstawowe funkcje maszyny za pomocą gotowych komponentów oprogramowania, mogą skoncentrować swój czas i energię na wdrażaniu procesów specyficznych dla produkcji baterii.

Guber: To na pewno. A to, o czym mówiliśmy do tej pory, skupiało się głównie na produkcji pojedynczych ogniw baterii. Możliwości optymalizacji będą jeszcze większe, gdy produkcja ogniw będzie się zbliżać do składania ich w pakiety i instalacji w samochodzie. Wszystko wskazuje na to, że sprawy zmierzają w tym kierunku, a dzięki pełnemu portfolio doskonale zintegrowanej technologii automatyzacji B&R, w połączeniu z wiedzą ekspercką w zakresie robotyki i zautomatyzowanych pojazdów kierowanych naszej firmy macierzystej ABB, jesteśmy gotowi, aby już dziś zacząć urzeczywistniać tę przyszłość.