Automatizuota baterijų surinkimo linija: iš kur iš tikrųjų sutaupoma darbo jėgos

Autorius: Dany Huang, Ph.D.

„TOB New Energy“ generalinis direktorius ir tyrimų ir plėtros vadovas

Susisiekite su Dr. Huang „LinkedIn“.

Santrauka ir pagrindiniai dalykai

Akumuliatoriaus surinkimo darbo sąnaudos nėra paskirstytos tolygiai,{0}}ji sutelkta keliose pasikartojančiose stotyse: elektrodų sukrovimas, ąselių suvirinimas, korpusas ir bandymai. Automatika pakeičia tuos specifinius žmogaus judesius servovaromais griebtuvais ir regėjimo valdomu perdavimu, sumažindama tiesioginį darbą 60–80 % ir padidindama pirmojo praėjimo našumą, nes aštuntą valandą robotas nepavargsta. Atsipirkimas priklauso nuo produkcijos vienoje eilutėje ir vietos apkrautos darbo jėgos, o ne vien nuo mašinos kainos.

• A pusiau automatinė cilindrinė linijapaprastai reikia 8–12 operatorių; pilnai automatizuotas ekvivalentas veikia su 2–3 tam pačiam išėjimui.
• Tiesioginės darbo sąnaudos vienai ląstelei sumažėja nuo maždaug 0,10–0,20 USD iki 0,02–0,05 USD, kai bandomasis kiekis yra 1–5 milijonai elementų per metus.
• Perdavimas pagal ciklą, o ne neapdorotas roboto greitis, nustato linijos išvestį-, stotis, kuri užtrunka 4 s vienai ląstelei, apriboja 15 langelių/min. liniją, nesvarbu, kaip greitai robotas juda.
• Automatizavimo IG peržengia 24 mėnesius tik viršijant apimties slenkstį; po juo pusiau automatinis išlieka racionaliu kapitalo sprendimu.

Cilindrinė elementų surinkimo linija su šešiais operatoriais geriausią valandą gali pagaminti 12–15 elementų per minutę. Septintą valandą krovimo operatoriaus rankos sulėtėja. Stulpelio suvirinimo padėties nukrypimai. Bandymų stotis grįžta atgal. Tikrasis pralaidumas siekia beveik 60 % vardinės lentelės, o darbo sąnaudos vienai ląstelei didėja kiekvieną kartą atmetus.

Surinkimo automatizavimas nėra skirtas pagreitinti liniją ant popieriaus. Kalbama apie tai, kad linija išlaikytų savo vardinėje plokštelėje nurodytą greitį per visą pamainą, o kilpoje būtų mažiau rankų. Sutaupoma dėl konkrečių, išmatuojamų pokyčių: robotas sugriebimas pakeičia žmogaus vietą, automatinis perkėlimas pakeičia ėjimą ir laukimą, o tiesioginis patikrinimas pakeičia aptikimą linijos pabaigoje.

Kur darbo jėga slepiasi baterijų surinkimo linijoje

Eikite bet kuria rankine arba pusiau automatine surinkimo linija ir darbo sąnaudos susikaups tose pačiose penkiose vietose:

• Elektrodų sukrovimas / apvijų pakrovimas.Kiekvienai ląstelei reikalingi elektrodai, separatoriai ir skirtukai, išdėstyti milimetro dalimis. Žmogus operatorius kiekvieną komponentą deda rankomis, o įdėjimo laikas ir perreguliavimas sunaudoja 30–40 % viso surinkimo darbo.
• Skirtuko suvirinimo padėtis.Ląstelė turi būti nukreipta taip, kad skirtukas atsidurtų ant suvirinimo taško. Rankinis padėties nustatymas yra lėtas ir kintamas; netinkamai suderintos suvirinimo siūlės bandymo metu rodomos kaip atviros grandinės gedimai.
• Korpusas ir sandarinimas.Želės ritinėlio ar elektrodų krūvos įdėjimas į skardinę, dangtelio suvirinimas ir užspaudimas ar sandarinimas reikalauja pastovios jėgos ir švaros, ko rankos negali garantuoti per pamainą.
• Elektrolitų užpildymas ir tvarkymas.Pildymas automatizuotas net pusiau automatinėse linijose, tačiau užpildymo įrenginio pakrovimas ir iškrovimas yra rankų darbas.
• Testavimas ir rūšiavimas.Kiekviena ląstelė turi būti formuojama, rūšiuojama ir vizualiai patikrinta. Rankinis tvarkymas tarp bandymo stovų yra daug darbo jėgos ir užteršimo pavojus.

Modelis: pridėtinės vertės proceso etapai (suvirinimas, užpildymas) jau atliekami mašinomis, tačiaudirbti aplink juos-pakrovimas, perkėlimas, orientavimasis, iškrovimas-yra žmogus. Šis sprendimas yra automatizavimo tikslas.

Mechaninė šerdis: nepažeisti griebtuvai

Priežastis, dėl kurios akumuliatoriaus surinkimas daugelį metų buvo atsparus automatizavimui, yra ruošinys. Želė ritinėlis yra minkštas, lengvai deformuojamas ir padengtas paviršiumi, kuris, jei suimamas neteisingai, pleiskanoja. Suvyniotas cilindrinis ritinys turi būti pakeltas už šerdies arba atremtas per visą ilgį, jokiu būdu nesuspaustas taške.

Šiuolaikiniai surinkimo robotai tai išsprendžia naudodami konkrečioms programoms pritaikytus galinius efektorius:

• Servo varomi lygiagrečiai griebtuvai su jėgos valdymusuimkite kietus elementus-skardinių korpusus, dangtelių mazgus, ąselių išvadus-programuojama uždarymo jėga, kuri niekada neviršija dalies suspaudimo ribos.
• Vakuuminiai griebtuvai su minkštomis pagalvėlėmispakelkite elektrodus ir separatorius paviršiniu siurbimu, paskirstydami apkrovą per padengtą paviršių, kad aktyvioji medžiaga neišsisluoksniuotų. Trinkelių medžiagos parenkamos taip, kad į švarią aplinką nepatektų dalelių.
• Šerdį sugriebantys griebtuvai cilindriniams želė ritiniamsišsiplėskite tuščiavidurio šerdies viduje, pakeldami ritinį neliesdami išorinio vėjo.
• Išsirinkite ir padėkite pagal vizijąnustato kiekvienos dalies vietą prieš sugriebdamas, toleruodamas padėties išsibarstymą, kurį neišvengiamai sukelia konvejeris ir prieš srovę esančios stotys.

Inžinerijos esmė ta, kad robotas yra toks geras, koks yra jo galutinis vykdytojas ir jo vizija. Automatizuota linija, sukurta naudojant bendruosius griebtuvus, sugadins ląsteles ir veiks mažu veikimo laiku. Linijos dizainas prasideda nuo dalių tvarkymo fizikos, o ne nuo roboto modelio.

Automatinis srautas: antroji lygties pusė

Suėmimas robotu nuima rankas nuo atskirų stočių. Automatinis perkėlimas pašalina darbą tarp stočių-ir čia tyliai sugenda dauguma „automatinių“ linijų.

Perdavimo sistema turi būtisuderintas ciklo laikas. Jei krovimo stotis vienai ląstelei užtrunka 8 s, o stulpelio suvirinimo stotis – 5 s, linija veikia maksimaliu 7,5 celių/min greičiu, nebent buferiai sugeria skirtumą. Dominuoja trys perdavimo architektūros:

Cilindrinės bandomosios linijos atveju vaikščiojančio spindulio rodyklė yra darbinis arkliukas: ląstelės juda fiksuotu žingsniu, kiekviena stotis atlieka vieną operaciją, o visa linija pulsuoja unisonu. Maišelių elementuose dominuoja nepriklausomi padėklai, nes proceso etapai-sukrovimas, suvirinimas, sandarinimas, degazavimas-vyksta labai skirtingai ir juos reikia atjungti.

Buferis yra detalė, skirianti teorinę liniją nuo einančios. Maža buferio dėtuvė tarp greitos ir lėtos sugeria natūralų ciklo trukmės kitimą ir neleidžia linijai sustoti, kai tik viena stotis užklumpa. Linijos be buferių sustoja atsiradus pirmam nedideliam gedimui; per juos eina linijos su buferiais.

A prieš B: pusiau automatinis ir visiškai automatinis surinkimas

Sąžiningas palyginimas nėra mašina prieš mašiną. Tai yra du veikimo modeliai.

Pusiau automatinis modelis.Atskiros mašinos-suktuvas, suvirinimo aparatas, griebtuvas-kiekvieną valdo tam skirtas darbuotojas, o ląstelės tarp stočių nešiojamos rankomis arba paprastais konvejeriais. Kapitalo kaina yra maža. Išvesties skalė tiesiškai keičiasi pagal darbuotojų skaičių. Kokybė priklauso nuo operatoriaus nuoseklumo. Perėjimas tarp formatų yra greitas, nes žmonės greitai prisitaiko.

Visiškai automatinis modelis.Viena integruota linija su automatiniu valdymu, automatiniu perkėlimu ir tiesiogine patikra tarp kiekvieno proceso etapo. Kapitalo sąnaudos yra didelės-paprastai 3–6 × pusiau automatinio ekvivalento. Išvestis nustatoma pagal linijos subalansuoto ciklo laiką, o ne pagal darbuotojų skaičių. Kokybė yra pastovi, nes kiekviena ląstelė eina tuo pačiu mechaniniu keliu. Keičiant reikia keisti receptūrą ir tvirtinimo detales, kurias valdo programinė įranga.

Derliaus skirtumas yra svarbesnis nei darbo jėgos skirtumas. 5 % pagerėjimas linijoje, kuri gamina 2 milijonus elementų per metus, yra 100 000 atmetimų mažiau,{5}}verta daugiau medžiagų ir perdirbimo sąnaudų nei visas operatoriaus darbo užmokestis, kurį ji pakeičia.

IG modelis: darbo sąnaudos už ląstelę ir lūžio apimtis

Sprendimo metrika paprasta: darbo sąnaudos vienam langeliui=(operatoriai × pakrautos metinės darbo sąnaudos) ÷ metinės pagamintos ląstelės.

Apkrautas darbo kaštai-darbo užmokestis ir pašalpos, priemokos už pamainą ir mokymai-svyruoja įvairiuose regionuose: nuo maždaug 15 000 USD per metus Pietryčių Azijos dalyse iki 60 USD per metus Vakarų Europoje ir Šiaurės Amerikoje. Ši sklaida visiškai pakeičia automatizavimo atsakymą.

Veiktas modelis, 2 milijonai ląstelių per metus:

• Pusiau automatinis: 10 operatorių × 40 USD, 000=400 000 USD per metus → 0,20 USD už langelį.
• Visiškai automatinis: 3 operatoriai × 40 USD, 000=120 000 USD per metus → 0,06 USD už langelį.
• Metinis darbo sutaupymas: 280 000 USD.
• Pagal 1,2 mln. USD eilutę vien už darbą atsiperka ≈ 4,3 metų-iki derliaus ir laužo santaupų.

Pridėkite derlingumo padidėjimą (tarkime, 4 % iš 2 milijonų elementų=80 000 elementų, sutaupytų už 2,50 USD, medžiaga kainuoja=200 000 USD per metus), ir atsipirkimas sumažės iki maždaug 2,5 metų. Štai kodėl IG modeliai, kuriuose skaičiuojamas tik darbas, yra sistemingai pesimistiški, o modeliai, skaičiuojantys tik investicijas, yra klaidingi kita kryptimi.

Nutraukimo atskaitos lentelė (atsipirkimo metai, visiškai automatinė linija, palyginti su pusiau automatine bazine linija)

Lentelėje numatoma vidutinės klasės linijos kaina, trijų operatorių sutaupymai ir realus derlingumo padidėjimas. 500 000 elementų per metus su pigia darbo jėga visiškai automatizuoti neapsimoka-sąžininga inžinerijos rekomendacija yra pusiau automatinė linija. Esant 2 milijonams elementų per metus su Vakarų darbo rodikliais, visiškai automatinė linija yra pigesnis sprendimas net neskaičiuojant derliaus efekto.

Cilindrinis ir maišelis: skiriasi automatikos profiliai

Du dominuojantys formatai nėra automatizuojami taip pat.

Cilindrinės ląstelėsyra lengviausia automatizavimo problema. Skardinė suteikia tvirtą, sugriebtą korpusą kiekviename žingsnyje. Suvyniojus susidaro cilindrinis ritinys, kurį šerdies griebtuvas gali vienareikšmiškai pakelti. Stotys-apvija, suvirinimas ąselėmis, skardinių įdėjimas, dangtelio suvirinimas, užspaudimas-yra atskiros ir indeksuojamos. Štai kodėl pirmosios visiškai automatizuotos surinkimo linijos pramonėje buvo cilindrinės. Avisiškai automatizuota cilindrinė akumuliatoriaus bandomoji surinkimo linijanaudojant robotų ląstelių tvarkymą ir tiesioginį testavimą, ląstelės indeksuojamos kiekvienoje stotyje fiksuotu žingsniu, o formato nelankstumas palaiko žemą tvarkymo gedimų skaičių.

Maišelio ląstelėsyra sunkesni. Elektrodų krūva yra lanksti, maišelio plėvelė yra subtili, o procesas apima veiksmus-degazavimas, pakartotinis sandarinimas, ąselės formavimas-, kurie veikia minkštoje, nestabilioje matmenų dalyje. Maišelio surinkimo automatizavimas remiasi į nepriklausomus padėklus, kurie kiekvieną ląstelę perneša per liniją be pakartotinio sugriebimo, ir ant švelnių rietuvės galinių vakuuminių efektų. Inžinerija yra sudėtingesnė, o linijos kaina yra didesnė už vieną produkcijos elementą, tačiau rankinio maišelio surinkimo darbo intensyvumas taip pat yra didesnis, o tai subalansuoja lygtį.

Abiejų formatų bendras principas: kiekvieną kartą, kai žmogaus ranka paliečia ląstelę, tas prisilietimas yra laiko sąnaudos, užteršimo rizika ir defekto galimybė. Kiekvienas griebtuvo ir konvejerio pašalintas prisilietimas pašalinamas iš karto.

Ko automatika nepataiso

Automatika nepakeičia proceso galimybių. Valykla, tiekianti robotą blogai suvyniotais ritiniais, netinkamai išlygiuotais skirtukais arba nestabiliu elektrolito užpildymu, paprasčiausiai pagamins automatinius atmetimus greičiau nei rankinė linija pagamins rankinius. Kad investicijos į automatizavimą atsipirktų, jau turi būti kontroliuojami ankstesnių procesų-apvijos kokybė, skirtukų padėties nustatymas, užpildymo tikslumas-.

Automatika taip pat nereiškia be priežiūros. Visiškai automatinei linijai vis dar reikia operatorių medžiagų papildymui, proceso stebėjimui ir gedimų pašalinimui. Realus darbuotojų skaičius yra 2–3 per pamainą, o ne nulis. Veiklos laikas, o ne darbuotojų skaičius, yra metrika, kuri lemia išvestį: linija, kuri veikia 85 % laiko su trimis operatoriais, pranoksta liniją, kuri 60 % laiko veikia be niekuo.

Taip pat keičiasi priežiūros įgūdžių rinkinys. Rankinei linijai reikalingi montuotojai. Automatizuotai linijai reikia automatikos technikų, kurie supranta servo sistemas, vaizdo sistemas ir PLC logiką. Šis įgūdžių pokytis yra reali kaina, kuri priklauso modeliui, paprastai kompensuojama sumažėjusio operatorių skaičiaus.

DUK: Automatizuotos baterijos surinkimo ekonomika

Kiek operatorių reikia visiškai automatinei akumuliatorių surinkimo linijai?
Nuo dviejų iki trijų per pamainą, palyginti su 8–12 panašioje pusiau automatinėje linijoje. Likęs personalas rūpinasi medžiagų papildymu, procesų stebėjimu ir gedimų šalinimo-automatizavimu nereiškia, kad darbuotojų skaičius nėra nulinis.

Koks yra realus automatizuotos surinkimo linijos atsipirkimo laikotarpis?
2 milijonai elementų per metus su vidutinėmis darbo sąnaudomis, maždaug 2,5–3 metai, skaičiuojant ir darbo sutaupymą, ir derliaus padidėjimą. Mažiau nei 500 000 elementų per metus, pusiau automatinis surinkimas paprastai yra pigesnis sprendimas.

Ką sunkiausia automatizuoti renkant akumuliatorių?
Elektrodų krūvos arba želė ritinėlio tvarkymas nepažeidžiant. Minkštos, padengtos dalys negali būti sugriebtos kaip metalinės dalys, todėl galinio efektoriaus konstrukcija-cilindrinių ritinėlių šerdies griebtuvai, elektrodų krūvelių vakuuminiai trinkelės- nulemia linijos patikimumą.

Ar automatizavimas pagerina kokybę ar tiesiog sumažina darbo jėgą?
Abu. Robotų išdėstymas gali būti kartojamas iki milimetro dalių per visą pamainą, o rankinis išdėstymas dreifuoja dėl operatoriaus nuovargio. Įprasta pirmojo praėjimo išeiga keičiasi nuo didelio 80-ųjų iki 90-ųjų vidurio, kai naudojama pusiau automatinė, iki 96-99 % valdomoje automatinėje linijoje.

Pasiruošę modeliuoti savo liniją?
Sprendimas dėl darbo sąnaudų yra aritmetinis; derliaus sprendimas yra inžinerinis. TOB New Energy, kaip tiesioginio šaltinio „iki rakto“ gamintojas, tiekia visiškai automatizuotas cilindrinių ir maišelių elementų surinkimo linijas, sukurtas atsižvelgiant į jūsų elemento formatą, ciklo laiką ir defektų biudžetą,{1}}o ne pagal bendrą robotų katalogą. Siųskite langelio brėžinį, metinį apimtį ir vietinę apkrovos darbo normą, kad gautumėte linijos išdėstymą pagal stotį, IG modelį ir tiesioginę gamyklos citatą iš Xiamen.

Techninė nuoroda, kurią surinko TOB New Energy procesų inžinerijos grupė iš surinkimo linijų įrengimų cilindrinių ir maišelių elementų programose visame pasaulyje. Norėdami sužinoti konkrečios linijos IG ir stoties suskirstymą, susisiekite su Dr. Dany Huang „LinkedIn“ arba pateikite savo gamybos parametrus Xiamen inžinerijos skyriui.