Automatizēta akumulatoru montāžas līnija: no kurienes faktiski tiek ietaupīts darbaspēks

Autors: Denijs Huangs, Ph.D.

TOB New Energy izpilddirektors un pētniecības un attīstības vadītājs

Sazinieties ar Dr. Huang vietnē LinkedIn

Kopsavilkums un galvenie ieteikumi

Darbaspēka izmaksas akumulatoru montāžā nav sadalītas vienmērīgi{0}}tas ir koncentrētas vairākās stacijās, kas atkārtojas: elektrodu sakraušana, cilpu metināšana, apvalks un testēšana. Automatizācija aizstāj šīs specifiskās cilvēka kustības ar servo piedziņas satvērējiem un ar redzi vadāmu pārnesi, samazinot tiešo darbu par 60–80%, vienlaikus palielinot pirmās piegājiena ražu, jo robots nenogurst astoņās stundās. Atmaksāšanās ir atkarīga no produkcijas līnijas un vietējā noslogotā darbaspēka līmeņa, nevis tikai no mašīnas cenas.

• A pusautomātiskā cilindriskā līnijaparasti nepieciešami 8–12 operatori; pilnībā automatizēts ekvivalents darbojas ar 2–3 tai pašai izvadei.
• Tiešās darbaspēka izmaksas uz vienu šūnu samazinās no aptuveni USD 0,10–0,20 līdz USD 0,02–0,05, ja izmēģinājuma apjoms ir 1–5 miljoni šūnu gadā.
• Cikla laikam atbilstoša pārsūtīšana, nevis neapstrādāts robota ātrums, iestata līnijas izvadi-stacija, kas aizņem 4 s uz šūnu, ierobežo 15 šūnas/min līniju neatkarīgi no tā, cik ātri robots pārvietojas.
• Automatizācijas ROI pārsniedz 24 mēnešus tikai virs apjoma sliekšņa; zem tā daļēji auto joprojām ir racionāls kapitāla lēmums.

Cilindriskā šūnu montāžas līnija ar sešiem operatoriem vislabākajā stundā var ražot 12–15 šūnas minūtē. Septītajā stundā kraušanas operatora rokas palēninās. Mīlītes metināšanas pozicionēšanas novirzes. Pārbaudes stacija darbojas atpakaļ. Reālā caurlaidspēja sasniedz 60% no datu plāksnītes, un darbaspēka izmaksas uz vienu šūnu pieaug ar katru noraidīto.

Montāžas automatizācija nav saistīta ar līnijas paātrināšanu uz papīra. Tas ir par to, lai līnija noturētu savu datu plāksnītes ātrumu visas maiņas laikā, ar mazāku roku skaitu cilpā. Ietaupījumu nodrošina īpašas, izmērāmas izmaiņas: robotizēta satveršana aizstāj cilvēku novietošanu, automātiska pārsūtīšana aizstāj staigāšanu un gaidīšanu, un tiešā pārbaude aizstāj līnijas beigu atklāšanu.

Kur darbaspēks slēpjas akumulatoru montāžas līnijā

Ejiet pa jebkuru manuālo vai pusautomātisko montāžas līniju, un darbaspēka izmaksas koncentrējas tajās pašās piecās vietās:

• Elektrodu sakraušana / tinumu iekraušana.Katrai šūnai ir nepieciešami elektrodi, separatori un cilnes, kas ir izlīdzinātas milimetra daļdaļās. Cilvēks operators katru komponentu novieto ar rokām, un novietošanas laiks un pārkārtošana patērē 30–40 % no kopējā montāžas darba.
• Cilņu metināšanas pozicionēšana.Šūnai jābūt orientētai tā, lai mēlīte nonāktu metināšanas punktā. Manuālā pozicionēšana ir lēna un mainīga; nepareizi sakārtotas metināšanas šuves testā parādās kā atklātas ķēdes atteices.
• Korpuss un blīvējums.Želejas ruļļa vai elektrodu kaudzes ievietošana kārbā, vāciņa metināšana un gofrēšana vai blīvēšana prasa pastāvīgu spēku un tīrību, ko rokas nevar garantēt maiņas laikā.
• Elektrolītu uzpildīšana un apstrāde.Uzpilde ir automatizēta pat pusautomātiskajās līnijās, bet uzpildes armatūras iekraušana un izkraušana ir roku darbs.
• Pārbaude un šķirošana.Katra šūna ir jāveido cikli, jāšķiro un vizuāli jāpārbauda. Manuāla apstrāde starp testa plauktiem ir gan darbietilpīga, gan piesārņojuma risks.

Shēma: vērtības pievienošanas procesa posmi (metināšana, uzpildīšana) jau tiek vadīti ar mašīnu, betstrādāt ap tiem-iekraušana, pārvietošana, orientēšanās, izkraušana-ir cilvēks. Šis risinājums ir automatizācijas mērķis.

Mehāniskais kodols: satvērēji, kas darbojas bez bojājumiem

Iemesls, kāpēc akumulatoru komplekts gadiem ilgi pretojās automatizācijai, ir sagatave. Želejas rullis ir mīksts, viegli deformējams, un tam ir pārklāta virsma, kas pārslās, ja to satver nepareizi. Uztītais cilindriskais rullis ir jāpaceļ aiz serdes vai jāatbalsta visā garumā, nekādā gadījumā nesaspiežot to vienā punktā.

Mūsdienu montāžas roboti to atrisina ar lietojumprogrammai specifiskiem gala efektoriem:

• Servo piedziņas paralēli satvērēji ar spēka kontrolisatveriet cietos elementus-kārbas korpusus, vāciņu komplektus, izciļņu vadus-ar programmējamu aizvēršanas spēku, kas nekad nepārsniedz detaļas saspiešanas robežu.
• Vakuuma satvērēji ar mīkstiem paliktņiempaceliet elektrodus un separatorus ar virsmas sūkšanu, sadalot slodzi pa pārklāto virsmu, lai aktīvais materiāls neizšļakstītos. Spilvenu materiāli ir izvēlēti tā, lai tīrā vidē netiktu izdalītas daļiņas.
• Serdes satveršanas patronas cilindriskiem želejas ruļļiemizvērsties dobā serdeņa iekšpusē, paceļot rulli, nepieskaroties ārējam vējam.
• Redzes vadīta izvēle un novietošanapirms satveršanas nosaka katras daļas atrašanās vietu, pieļaujot pozīcijas izkliedi, ko neizbēgami rada konveijers un augšteces stacijas.

Inženiertehniskā būtība ir tāda, ka robots ir tikai tik labs, cik labs ir tā gala efektors un tā redzējums. Automatizēta līnija, kas veidota ar vispārējiem satvērējiem, sabojās šūnas un darbosies ar zemu darbības laiku. Līnijas dizains sākas ar detaļu apstrādes fiziku, nevis ar robota modeli.

Automātiskā plūsma: vienādojuma otrā puse

Satveršana ar robotu noņem rokas no atsevišķām stacijām. Automātiskā pārsūtīšana novērš darbaspēku starp stacijām,{1}}un lielākā daļa "automatizēto" līniju klusi neizdodas.

Pārsūtīšanas sistēmai jābūtcikla laiks atbilst. Ja sakraušanas stacija prasa 8 s uz vienu šūnu un cilpmetināšanas stacija aizņem 5 s, līnija darbojas ar maksimālo ātrumu 7,5 šūnas/min, ja vien buferi neabsorbē starpību. Dominē trīs pārsūtīšanas arhitektūras:

Cilindriskai pilotlīnijai ejošā stara rādītājs ir darba zirgs: šūnas pārvietojas pa fiksētu soli, katra stacija veic vienu darbību, un visa līnija pulsē unisonā. Maisiņu šūnām dominē neatkarīgas paletes, jo procesa posmi-kraušana, cilpu metināšana, blīvēšana, degazēšana-ir ļoti dažādi un ir jāatvieno.

Buferizācija ir detaļa, kas atdala teorētisko līniju no esošās. Neliels bufera žurnāls starp ātro staciju un lēno staciju absorbē dabiskās cikla laika izmaiņas un neļauj līnijai apstāties ikreiz, kad rodas žagas. Līnijas bez buferiem apstājas pie pirmās mazākās kļūdas; līnijas ar buferiem brauc caur tām.

A pret B: pusautomātiskā un pilnībā automātiskā montāža

Godīgs salīdzinājums nav mašīna pret mašīnu. Tie ir divi darbības modeļi.

Pusautomātiskais modelis.Atsevišķas mašīnas-uztinējs, cilpmetinātājs, saspiešanas iekārta,-kuras darbina īpašs strādnieks, ar šūnām starp stacijām ar rokām vai vienkāršiem konveijeriem. Kapitāla izmaksas ir zemas. Izvades skalas lineāri ar darbinieku skaitu. Kvalitāte ir atkarīga no operatora konsekvences. Pārslēgšanās starp formātiem ir ātra, jo cilvēki pielāgojas uzreiz.

Pilnībā automātisks modelis.Viena integrēta līnija ar robotizētu apstrādi, automātisku pārsūtīšanu un iekšējo pārbaudi starp katru procesa posmu. Kapitāla izmaksas ir augstas -parasti 3–6 reizes ar pusautomātisko ekvivalentu. Izvade tiek iestatīta pēc līnijas līdzsvarotā cikla laika, nevis pēc darbinieku skaita. Kvalitāte ir nemainīga, jo katra šūna iet vienu un to pašu mehānisko ceļu. Pārejai nepieciešamas receptes un armatūras izmaiņas, ko pārvalda programmatūra.

Ienesīguma atšķirībai ir lielāka nozīme nekā darbaspēka atšķirībai. Ienesīguma palielinājums par 5 % līnijā, kas ražo 2 miljonus šūnu gadā, ir par 100 000 atkritumu mazāk -materiālu un pārstrādes izmaksu ziņā vairāk nekā visa operatora alga, ko tā aizstāj.

ROI modelis: darbaspēka izmaksas uz vienu šūnu un peļņas gūšanas apjoms

Lēmuma metrika ir vienkārša: darbaspēka izmaksas uz vienu šūnu=(operatori × ielādētās gada darbaspēka izmaksas) ÷ gada saražotās šūnas.

Noslogotās darbaspēka izmaksas-algas, kā arī pabalsti, maiņas piemaksas un apmācība-svārstās dažādos reģionos, sākot no aptuveni 15 000 ASV dolāru gadā Dienvidaustrumāzijas daļā līdz 60 ASV dolāriem000+ gadā Rietumeiropā un Ziemeļamerikā. Šī izplatība pilnībā maina automatizācijas atbildi.

Nostrādātais modelis, 2 miljoni šūnu gadā:

• Pusautomātiskais: 10 operatori × 40 USD,000 = 400 000 ASV dolāri gadā → 0,20 USD par šūnu.
• Pilna automātiska: 3 operatori × 40 USD, 000=USD 120 000 gadā → 0,06 USD par šūnu.
• Ikgadējais darbaspēka ietaupījums: USD 280 000.
• Atbilstoši 1,2 miljonu ASV dolāru līnijai tikai darbaspēka atmaksāšanās ir ≈ 4,3 gadi-pirms peļņas un lūžņu ietaupījuma.

Pievienojiet ražas uzlabojumu (piemēram, 4 % no 2 miljoniem šūnu=80 000 šūnu, kas ietaupītas par 2,50 ASV dolāriem, katra cena ir = USD 200 000 gadā), un atmaksāšanās samazināsies līdz aptuveni 2,5 gadiem. Tāpēc IA modeļi, kuros tiek skaitīts tikai darbaspēks, ir sistemātiski pesimistiski, un modeļi, kas ņem vērā tikai kapitālu, ir nepareizi pretējā virzienā.

Peļņas atskaites tabula (atmaksāšanās gadi, pilna automātiska līnija salīdzinājumā ar daļēji automātisko bāzes līniju)

Tabulā ir paredzētas vidējas līnijas izmaksas, trīs operatoru ietaupījumi un reāls ražas uzlabojums. Ar 500 000 elementu gadā ar lētu darbaspēku pilnīga automatizācija neatmaksājas-godīgi inženiertehniskie ieteikumi ir daļēji automātiska līnija. Pie 2 miljoniem šūnu gadā ar Rietumu darbaspēka likmēm pilna automātiskā līnija ir lēmums par zemākām izmaksām pat pirms ienesīguma efekta uzskaites.

Cilindrisks un maisiņš: automatizācijas profili atšķiras

Abi dominējošie formāti netiek automatizēti vienādi.

Cilindriskas šūnasir vienkāršākā automatizācijas problēma. Kanna nodrošina stingru, satveramu korpusu katrā solī. Uztīšana rada cilindrisku rullīti, ko serdes patrona var nepārprotami pacelt. Stacijas-uztīšanas, cilnes metināšana, kārbu ievietošana, vāciņu metināšana, presēšana-ir diskrētas un indeksējamas. Tāpēc pirmās pilnībā automatizētās montāžas līnijas šajā nozarē bija cilindriskas. Apilnībā automatizēta cilindriskā akumulatora pilota montāžas līnijaAr robotizētu šūnu apstrādi un iekļauto testēšanu šūnas tiek indeksētas katrā stacijā ar fiksētu soli, un formāta stingrība saglabā zemu apstrādes kļūmju līmeni.

Maisiņu šūnasir grūtāki. Elektrodu kaudze ir elastīga, maisiņa plēve ir delikāta, un process ietver darbības -degazēšana, atkārtota aizzīmogošana, izciļņa veidošana-, kas darbojas uz mīkstas, pēc izmēriem nestabilas daļas. Maciņu montāžas automatizācija balstās uz neatkarīgām paletēm, kas izvada katru šūnu cauri līnijai bez atkārtotas satvēriena, un uz maigiem vakuuma gala efektoriem, kas paredzēti kaudzes darbībai. Inženierzinātnes ir prasīgākas, un līnijas izmaksas ir augstākas uz vienu izvades šūnu, taču arī manuālas maisiņu montāžas darbietilpība ir augstāka, kas līdzsvaro vienādojumu.

Abos formātos kopīgs princips: katru reizi, kad cilvēka roka pieskaras šūnai, šis pieskāriens ir izvietošanas laika izmaksas, piesārņojuma risks un defekta iespēja. Katrs pieskāriens, ko noņem satvērējs un konveijers, tiek noņemti visi trīs uzreiz.

Ko automatizācija neatrisina

Automatizācija neaizstāj procesa iespējas. Līnija, kas baro robotu ar slikti uztītiem ruļļiem, nepareizi novietotiem cilpām vai nestabilu elektrolīta pildījumu, vienkārši ražos automatizētus atkritumus ātrāk nekā manuāla līnija manuāli. Iepriekšējiem procesiem-aptīšanas kvalitāte, ciļņu pozicionēšana, aizpildīšanas precizitāte-ir jau jākontrolē, lai automatizācijas ieguldījumi atmaksātos.

Automatizācija arī nenozīmē bez uzraudzības. Pilnībā automātiskai līnijai joprojām ir nepieciešami operatori materiālu papildināšanai, procesa uzraudzībai un kļūdu novēršanai. Reāli ir 2–3 darbinieki maiņā, nevis nulle. Darbības laiks, nevis darbinieku skaits, ir rādītājs, kas nosaka izvadi: līnija, kas darbojas 85% laika ar trim operatoriem, pārspēj līniju, kas 60 % laika darbojas bez neviena.

Mainās arī apkopes prasmju kopums. Manuālajai līnijai nepieciešami montieri. Automatizētai līnijai ir nepieciešami automatizācijas tehniķi, kas saprot servo, redzes sistēmas un PLC loģiku. Šī prasmju maiņa ir reālas izmaksas, kas ietilpst modelī, ko parasti kompensē samazinātais operatoru skaits.

Bieži uzdotie jautājumi: Automatizētas akumulatoru montāžas ekonomika

Cik operatoru ir nepieciešams pilnībā automātiskai akumulatoru montāžas līnijai?
Divas līdz trīs maiņā, salīdzinot ar 8–12 salīdzināmai pusautomātiskajai līnijai. Atlikušais personāls nodarbojas ar materiālu papildināšanu, procesa uzraudzību un kļūdu novēršanas-automatizāciju, nenozīmē, ka darbinieku skaits ir nulle.

Kāds ir automatizētās montāžas līnijas reālais atmaksāšanās periods?
2 miljoni šūnu gadā ar vidējām darbaspēka izmaksām, aptuveni 2,5–3 gadi, ņemot vērā gan darbaspēka ietaupījumu, gan ražas uzlabošanos. Ja gadā ir mazāk nekā 500 000 elementu, pusautomātiskā montāža parasti ir lēmums par zemākām izmaksām.

Kuru daļu ir visgrūtāk automatizēt akumulatoru montāžā?
Rīkoties ar elektrodu kaudzi vai želejas rullīti bez bojājumiem. Mīkstās, pārklātās daļas nevar satvert kā metāla detaļas, tāpēc gala efektora konstrukcija-cilindru ruļļu serdes patronas, elektrodu skursteņu vakuuma paliktņi-nosaka līnijas uzticamību.

Vai automatizācija uzlabo kvalitāti vai tikai samazina darbaspēku?
Abi. Robotiskā izvietošana ir atkārtojama līdz milimetra daļām visas maiņas laikā, savukārt manuālā izvietošana notiek līdz ar operatora nogurumu. Tipisks pirmās piegājiena ražīgums mainās no 80. gadu vidus līdz 90. gadu vidum pusautomātiskai sistēmai līdz 96–99 % kontrolētai automātiskai līnijai.

Vai esat gatavs modelēt savu līniju?
Lēmums par darbaspēka izmaksām ir aritmētisks; ražas lēmums ir inženiertehnisks. TOB New Energy kā tiešā avota pabeigts ražotājs piegādā pilnībā automatizētas cilindrisku un maisiņu šūnu montāžas līnijas, kas izstrādātas atbilstoši jūsu šūnu formātam, cikla laikam un defektu budžetam, -nevis vispārīgam robotu katalogam. Nosūtiet šūnu zīmējumu, gada apjomu un vietējo noslogotā darbaspēka likmi, lai saņemtu līniju izkārtojumu pa stacijām, ROI modeli un rūpnīcas tiešo piedāvājumu no Xiamen.

Tehniskā atsauce, ko apkopojusi TOB New Energy procesu inženieru grupa no montāžas līniju instalācijām cilindrisko un maisiņu šūnu programmās visā pasaulē. Lai iegūtu konkrētai līnijai raksturīgu IA un staciju sadalījumu, sazinieties ar Dr. Dany Huang vietnē LinkedIn vai iesniedziet savus ražošanas parametrus Sjameņas inženieru birojam.