"Likt en motorväg för batteriproduktion"

Fordonsindustrin rustar för en framtid som domineras av elfordon. Vi satte oss ner med B&R:s expert på elektromobilitet, Ronny Guber, för att lära oss om den viktiga roll som batterier kommer spela i framtiden och vilka automationsutmaningar som biltillverkare och deras leverantörer kommer att behöva bemästra för att komma framåt.

Ronny Guber: Absolut Marknadsandelen för elfordon har fortsatt att växa exponentiellt, även under den globala nedgången i den totala bilförsäljningen som pandemin orsakat. Prognoser förutspår att år 2036 kommer elbilar att överträffa andelen fordon med förbränningsmotorer och utgöra majoriteten av all bilförsäljning i världen.

Guber: Konsumenter motiveras allt mer av hållbarhet. Å andra sidan lägger konsumenterna allt större vikt vid hållbarhet. För många beror beslutet att köpa en elbil på två faktorer: pris och räckvidd. Det som är viktigt för dem är hur mycket mer de måste betala för en elbil och hur långt de kan köra innan bilen måste laddas. Batterier spelar således en avgörande roll i dessa två aspekter.

Guber: Batterier står för ungefär en tredjedel av elfordonskostnaden, så att producera dem effektivt kommer att vara avgörande för att göra prislapparna mer attraktiva för konsumenterna. När det gäller räckvidd är den nära kopplad till batteritekniken och produktionskvaliteten.

Guber: Det är miljonfrågan. Svaret beror till stor del på hur väl fabrikerna är automatiserade. För att uppnå erforderlig kapacitet och kostnadseffektivitet måste de producera kontinuerligt och snabbt. Du kan föreställa dig det som flödet på en motorväg.

Guber: Ja, det kommer att vara den centrala rollen för automationsteknik, och i synnerhet intelligenta transportsystem. Med intelligenta Track-system kan produktionen pågå kontinuerligt med hög hastighet, då bearbetningsstegen utförs under produkttransport. Track-systemen har fler fördelar, som till exempel att göra det enkelt att skala upp kapaciteten. Du kan lägga till fler bearbetningsstationer till en befintlig linje istället för att bygga en helt ny linje. Du uppnår exponentiella produktivitetsvinster med bara en gradvis ökning av produktionsfotavtrycket.

Guber: Potentialen är enorm. Upp till 90% av tiden kan sparas enbart i produktionen av de enskilda battericellerna. Tricket är att cellerna identifieras och limmas ihop under transporten. Detta möjliggörs av den exakta synkroniseringen mellan spårsystemet och bildbehandlingen. Med B&R-systemet kan vi läsa datamatriskoder på 50 millisekunder medan cellerna passerar med fyra meter per sekund. Inga externa triggers, lampor eller dyra kameror krävs för detta. Om du var tvungen att stoppa produkten för detta skulle det ta två hela sekunder. Detta resulterar i en tidsbesparing på 97,5 procent för identifieringsprocessen. Dessutom, med ACOPOStrak är det inte längre nödvändigt att manuellt överföra cellerna från ett transportsystem till nästa. Denna process tog tidigare nästan en minut för en uppsättning av tio celler. Om du lägger ihop alla dessa sekunder och multiplicerar dem med de belopp vi pratar om, är Track-systemet en riktig ”game-changer”.

Guber: Ja, men även om man tittar på antal tillverkade celler per kvadratmeter. Med ett Track-system är det möjligt att uppnå sju gånger prestanda per linje eller att ersätta fyra konventionella linjer med en höghastighetslinje. Då behövs bara en fjärdedel av golvytan. Om du har en fabrik som är två eller tre gånger så snabb är det i princip som att ha två eller tre fabriker.

Guber: Låt oss blicka framåt mot en tid då elbilar har blivit fordonsindustrins brödföda: Kan du beskriva framtidens produktionslinje för elbilar? Guber: Först och främst: det kommer inte att vara så mycket en produktionslinje. Istället kommer vi att ha produktionsnätverk med hög grad av autonomi. I slutändan är detta det bästa sättet att öka flexibiliteten och tillgängligheten på. Produktionen av de enskilda battericellerna, monteringen till moduler och installationen i bilen kommer att integreras allt närmare varandra med avseende på både process och golvyta. Det kan se ut så här: Råmaterial kommer levereras med hjälp av AGVer och robotar. Processinformation kommer samlas i ett stort fabriksnätverk. De i Track-systemet individuellt styrbara skyttlarna navigerar battericellerna genom systemet och gör dem tillgängliga i rätt ordning och i rätt position. Därifrån sätts de ihop till batteripaket efter behov för respektive fordon. Denna typ av produktion är vad som kallas cell-to-pack-produktion. Våra diskussioner med biltillverkare visar att det helt klart är åt det hållet saker är på väg.

Guber: Med siffror som 7 gånger produktionen per linje, ser vi att tillverkare ersätter fyra konventionella linjer med en höghastighetslinje – det är en minskning av golvytan med 75 %. Då behövs bara en fjärdedel av golvytan. Om du har en fabrik som är två eller tre gånger så snabb är det i princip som att ha två eller tre fabriker.

Eftersom vi pratar om att designa en helt ny typ av batteriproduktionssystem är det extra viktigt att ha simuleringsbaserad utveckling, testning och virtuella idrifttagningsverktyg. Guber: Först och främst: det kommer inte att vara så mycket en produktionslinje. Istället kommer vi att ha produktionsnätverk med hög grad av autonomi. I slutändan är detta det bästa sättet att öka flexibiliteten och tillgängligheten på.

Guber: När ditt mål är att öka produktionen så snabbt som möjligt – behöver du flera utvecklingsteam som arbetar tillsammans. Så det är naturligtvis en stor fördel att ha en universell ingenjörsmiljö som stödjer samtidig utveckling. Och om dessa utvecklare kan ställa in grundläggande maskinfunktioner med färdiga programvarukomponenter, kan de fokusera sin tid och energi på att implementera de processer som är unika för batteriproduktion.

Guber: AGVer transporterar batteripaketen mellan stationer och till sist till huvudmonteringslinjen för bilarna. Denna process kallas cellulär infrastruktur, genom vilken tillverkare snabbt kan validera en produktionsdesign och introducera den över hela världen med enhetliga kvalitets-, säkerhets- och produktivitetsstandarder. Det är dit framtiden för elbils-produktion är på väg – och tillsammans med vårt moderbolag ABB erbjuder B&R tekniken och expertis för att börja göra det till verklighet redan idag.