Automatisoitu akun kokoonpanolinja: mistä työvoimasäästöt todella tulevat

Kirjoittaja: Dany Huang, Ph.D.

Toimitusjohtaja ja T&K-johtaja, TOB New Energy

Ota yhteyttä Dr. Huangiin LinkedInissä

Tiivistelmä ja tärkeimmät takeawayt

Akun kokoonpanon työkustannukset eivät jakaudu tasaisesti-se on keskittynyt kouralliseen toistuviin asemiin: elektrodien pinoamiseen, kielekkeiden hitsaukseen, kotelointiin ja testaukseen. Automaatio korvaa kyseiset ihmisen liikkeet servokäyttöisillä tarttujalla ja näköohjatulla siirrolla, mikä vähentää suoraa työtä 60–80 % ja lisää ensikierron tuottoa, koska robotti ei väsy kahdeksalla. Takaisinmaksu on rivikohtaisen tuotannon ja paikallisen kuormitetun työmäärän funktio, ei pelkästään koneen hinnasta.

• A puoliautomaattinen sylinterimäinen linjatarvitsee tyypillisesti 8–12 käyttäjää; täysin automatisoitu vastaava toimii 2–3:lla samalla lähdöllä.
• Suorat työvoimakustannukset solua kohti laskevat noin 0,10–0,20 dollarista 0,02–0,05 dollariin pilottimäärillä 1–5 miljoonaa solua vuodessa.
• Jakso-aikasovitettu siirto, ei raaka-robotin nopeus, asettaa linjalähdön-asema, joka kestää 4 sekuntia solua kohden, kattaa 15 solua/min linjan riippumatta siitä, kuinka nopeasti robotti liikkuu.
• Automatisoinnin ROI ylittää 24 kuukautta vain volyymikynnyksen yli; sen alapuolella puoliautomaatti on edelleen järkevä pääomapäätös.

Kuuden operaattorin sylinterimäinen kennokokoonpanolinja voi parhaimmillaan tuottaa 12–15 kennoa minuutissa. Kello seitsemän pinoajan kädet hidastavat. Kielekehitsauksen paikannus poikkeaa. Testiasema peruuttaa. Todellinen läpimeno on lähes 60 % nimikilvestä, ja työvoimakustannukset solua kohti nousevat jokaisen hylkäyksen myötä.

Kokoonpanoautomaatio ei tarkoita linjan nopeuttamista paperilla. Kyse on linjan saamisesta pitämään nimikilven nopeutta koko työvuoron ajan, jolloin silmukassa on vähemmän käsiä. Säästöt syntyvät erityisistä, mitattavissa olevista muutoksista: robottitartunta korvaa ihmisen sijoittelun, automaattinen siirto korvaa kävelyn ja odottamisen ja inline-tarkastus korvaa linjan lopputuloksen.

Missä työvoima piiloutuu akun kokoonpanolinjaan

Kävele mitä tahansa manuaalista tai puoliautomaattista kokoonpanolinjaa ja työvoimakustannukset keskittyvät samaan viiteen paikkaan:

• Elektrodien pinoaminen / käämitys.Jokainen kenno tarvitsee elektrodeja, erottimia ja kielekkeitä, jotka on kohdistettu millimetrin tarkkuudella. Ihmisen käyttäjä asettaa jokaisen osan käsin, ja sijoitteluaika ja uudelleenkohdistus kuluttavat 30–40 % koko kokoonpanotyöstä.
• Kielekkeen hitsauspaikannus.Kenno on suunnattava niin, että kieleke osuu hitsauskohtaan. Manuaalinen paikannus on hidasta ja vaihtelevaa; väärin kohdistetut hitsit näkyvät testissä avoimen piirin vikoina.
• Kotelo ja tiiviste.Hyytelörullan tai elektrodipinon asettaminen tölkkiin, korkin hitsaus ja puristaminen tai tiivistäminen vaatii jatkuvaa voimaa ja puhtautta, jota kädet eivät voi taata työvuoron aikana.
• Elektrolyytin täyttö ja käsittely.Täyttö on automatisoitu myös puoliautomaattisilla linjoilla, mutta täyttölaitteen lastaus ja purkaminen on käsityötä.
• Testaus ja lajittelu.Jokainen solu on muodostettava, luokiteltava ja tarkastettava silmämääräisesti. Manuaalinen käsittely testitelineiden välillä on sekä raskasta että kontaminaatioriskiä.

Malli: lisäarvoprosessin vaiheet (hitsaus, täyttö) ovat jo konekäyttöisiä, muttatyöskennellä niiden ympärillä-lastaaminen, siirto, suuntautuminen, purkaminen-on ihminen. Tämä kiertotapa on automaation tavoite.

Mekaaninen ydin: Tarraimet, jotka käsittelevät vaurioitta

Syy, miksi akkukokoonpano vastusti automaatiota vuosia, on työkappale. Hyytelörulla on pehmeä, helposti muotoiltu ja siinä on päällystetty pinta, joka hilseilee, jos siihen tartutaan väärin. Kierretty lieriömäinen rulla on nostettava ytimestä tai tuettava koko pituudeltaan, eikä sitä saa koskaan puristaa kohdasta.

Nykyaikaiset kokoonpanorobotit ratkaisevat tämän sovelluskohtaisilla päätetehosteilla:

• Servokäyttöiset rinnakkaistarttujat voimansäädöllätartu koviin elementteihin-tölkin rungot, kansikokoonpanot, kielekkeen johdot-ohjelmoitavalla sulkuvoimalla, joka ei koskaan ylitä osan puristusrajaa.
• Tyhjiötarttujat pehmeillä pehmusteillanosta elektrodit ja erottimet pintaimulla jakaen kuorman pinnoitetun pinnan poikki, jotta aktiivinen materiaali ei roiskeile. Pehmusteen materiaalit on valittu siten, että ne eivät pääse hiukkasia puhtaaseen ympäristöön.
• Ytimeen tarttuvat istukat sylinterimäisiin hyytelörulliinlaajenee onton karan sisällä nostaen rullaa koskettamatta ulkotuuleen.
• Näköohjattu poiminta ja paikkapaikantaa jokaisen osan ennen tarttumista sietäen kuljettimen ja vastavirta-asemat väistämättä aiheuttaman sijainnin hajoamisen.

Suunnittelun pointti on, että robotti on vain niin hyvä kuin sen päätekijä ja sen visio. Yleisillä tarttujalla rakennettu automatisoitu linja vahingoittaa soluja ja toimii alhaisella käyttöajalla. Linjasuunnittelu alkaa osien käsittelyn fysiikasta, ei robottimallista.

Automaattinen virtaus: yhtälön toinen puolisko

Robottitartunta irrottaa kädet yksittäisistä asemista. Automaattinen siirto poistaa työvoiman asemien välillä-ja useimmat "automaattiset" linjat epäonnistuvat hiljaa.

Siirtojärjestelmän tulee ollasyklin aika sovitettu. Jos pinoamisasema kestää 8 sekuntia per kenno ja kielekehitsausasema 5 sekuntia, linja kulkee enintään 7,5 solua/min, elleivät puskurit absorboi eroa. Kolme siirtoarkkitehtuuria hallitsee:

Sylinterimäiselle pilottilinjalle kävelysäteen indeksointilaite on työhevonen: solut liikkuvat kiinteästi, jokainen asema suorittaa yhden toimenpiteen ja koko linja pulssi yhdessä. Pussikennoissa itsenäiset kuormalavat hallitsevat, koska prosessivaiheet-pinoaminen, kielekkeiden hitsaus, tiivistys, kaasunpoisto-suorittavat hyvin erilaisia ​​kestoja ja vaativat irrottamista.

Puskurointi on yksityiskohta, joka erottaa teoreettisen linjan käynnissä olevasta. Pieni puskurimakasiini nopean ja hitaan aseman välillä absorboi syklin luonnollisen vaihtelun ja estää linjaa pysähtymästä aina, kun yksittäinen asema hikoilee. Linjat ilman puskureita pysähtyvät ensimmäisessä pienessä viassa; puskureilla varustetut linjat kulkevat niiden läpi.

A vs B: puoliautomaattinen vs. täysautomaattinen kokoonpano

Rehellinen vertailu ei ole kone konetta vastaan. Se on kaksi toimintamallia.

Puoliautomaattinen malli.Yksittäiset koneet-leikkurin, kielekkeen hitsauskoneen, puristuskoneen-joitakin käyttää omistettu työntekijä, solut kuljetetaan asemien välillä käsin tai yksinkertaisilla kuljettimilla. Pääomakustannukset ovat alhaiset. Tuotos skaalautuu lineaarisesti henkilöstömäärän kanssa. Laatu riippuu operaattorin johdonmukaisuudesta. Vaihto formaattien välillä on nopeaa, koska ihmiset mukautuvat välittömästi.

Täysautomaattinen malli.Yksi integroitu linja, jossa robottikäsittely, automaattinen siirto ja sisäinen tarkastus jokaisen prosessivaiheen välillä. Pääomakustannukset ovat korkeat-yleensä 3–6 kertaa puoliautomaattinen vastaava. Tuotos määräytyy linjan tasapainotetun syklin ajan, ei henkilöstömäärän mukaan. Laatu on tasaista, koska jokainen solu seuraa samaa mekaanista reittiä. Vaihto edellyttää ohjelmistolla hallittavia resepti- ja kiinnitysmuutoksia.

Tuottoerolla on enemmän merkitystä kuin työvoimakuilulla. 5 prosentin tuottoparannus linjalla, joka tuottaa 2 miljoonaa solua vuodessa, on 100 000 hylkyä vähemmän-, mikä on enemmän materiaali- ja korjauskustannusten arvoa kuin koko operaattorin palkkasumma, jonka se korvaa.

ROI-malli: Työvoimakustannus solua kohden ja tuottomäärä

Päätösmittari on yksinkertainen: työvoimakustannus solua kohden=(operaattorit × ladatut vuotuiset työvoimakustannukset) ÷ vuotuiset tuotetut solut.

Kuormitetut työvoimakustannukset-palkat plus edut, työvuoropalkkiot ja koulutus-vaihtelevat laajasti alueittain, noin 15 000 dollarista vuodessa osissa Kaakkois-Aasiaa 60 dollariin 000+/vuosi Länsi-Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Tämä leviäminen muuttaa automaation vastauksen täysin.

Toiminut malli, 2 miljoonaa solua vuodessa:

• Puoliautomaattinen: 10 operaattoria × 40 USD,000=400 000 USD/vuosi → 0,20 USD per solu.
• Täysi automaattinen: 3 operaattoria × 40 USD, 000=USD 120 000/vuosi → 0,06 USD per solu.
• Vuosittainen työvoiman säästö: 280 000 USD.
• 1,2 miljoonan dollarin linjaa vastaan ​​pelkkä työn takaisinmaksu ≈ 4,3 vuotta-ennen tuotto- ja romun säästöjä.

Lisää tuottoparannukset (sanotaan 4 % 2 miljoonasta solusta=80 000 solua, jotka säästettiin 2,50 USD:n materiaalin hinnalla kukin=USD 200 000/v), ja takaisinmaksuaika laskee noin 2,5 vuoteen. Tästä syystä ROI-mallit, jotka laskevat vain työn, ovat systemaattisesti pessimistisiä, ja mallit, jotka laskevat vain investoinnin, ovat väärässä toisessa suunnassa.

Breakeven-viitetaulukko (takaisinmaksuvuodet, täysautomaattinen linja vs. puoliautomaattinen perusviiva)

Taulukossa oletetaan keskitason linjakustannuksia, kolmen operaattorin säästöä ja realistista tuoton parannusta. 500 000 solua vuodessa halvalla työvoimalla, täydellinen automaatio ei maksa-rehellinen suunnittelusuositus on puoliautomaattinen linja. 2 miljoonalla solulla vuodessa länsimaisilla työvoiman hinnoilla, täysautomaattinen linja on halvempi päätös jopa ennen tuottovaikutuksen laskemista.

Sylinterimäinen vs. pussi: Automaatioprofiilit eroavat toisistaan

Kaksi hallitsevaa muotoa eivät automatisoi samalla tavalla.

Sylinterimäiset kennotovat helpoin automaatioongelma. Tölkki antaa jäykän, tarttuvan rungon joka vaiheessa. Käämitys tuottaa sylinterimäisen telan, jonka sydänistukka voi nostaa yksiselitteisesti. Asemat-käämitys, kielekehitsaus, tölkin asettaminen, kannen hitsaus, puristus-ovat erillisiä ja indeksoitavia. Tästä syystä alan ensimmäiset täysin automatisoidut kokoonpanolinjat olivat sylinterimäisiä. Atäysin automatisoitu sylinterimäisen akun pilottikokoonpanolinjarobottisolunkäsittely ja inline-testaus indeksoivat solut jokaisen aseman läpi kiinteällä sävelkorkeudella, ja muodon jäykkyys pitää käsittelyn epäonnistumisasteet alhaisina.

Pussisolutovat vaikeampia. Elektrodipino on joustava, pussikalvo on herkkä, ja prosessi sisältää vaiheet-kaasunpoiston, uudelleensulkemisen ja liuskan muodostamisen-, jotka toimivat pehmeässä, mitoiltaan epävakaassa osassa. Pussien kokoamisen automatisointi nojaa itsenäisiin kuormalavoihin, jotka kuljettavat jokaisen kennon linjan läpi ilman toistuvaa uudelleen tarttumista, ja pinon hellävaraisiin tyhjiöpäätyihin. Suunnittelu on vaativampaa ja linjakustannukset korkeammat tuotantokennoa kohden, mutta myös manuaalisen pussin kokoamisen työvoimaintensiteetti on korkeampi, mikä tasapainottaa yhtälön.

Molempien formaattien yhteinen periaate: joka kerta, kun ihmiskäsi koskettaa solua, kosketus on sijoitusaikakustannus, saastumisriski ja vian mahdollisuus. Jokainen tarttujan ja kuljettimen poistama kosketus poistetaan kerralla.

Mitä automaatio ei korjaa

Automaatio ei korvaa prosessikykyä. Linja, joka syöttää robottia huonosti kierretyillä rullilla, väärin kohdistetuilla kielekkeillä tai epävakaalla elektrolyyttitäytöllä, tuottaa yksinkertaisesti automaattisia hylkyjä nopeammin kuin manuaalinen linja tuottaa manuaalisia. Alkuvaiheen prosessien-käämityksen laatu, välilehtien sijoittelu, täyttötarkkuus-on jo oltava hallinnassa, jotta automaatioinvestointi kannattaisi.

Automaatio ei myöskään tarkoita valvomatonta. Täysautomaattinen linja tarvitsee edelleen käyttäjiä materiaalin täydentämiseen, prosessin valvontaan ja vikojen korjaamiseen. Realistinen henkilöstömäärä on 2–3 per vuoro, ei nolla. Käyttöaika, ei henkilöstömäärä, on mittari, joka ohjaa tuotantoa: linja, joka kulkee 85 % ajasta kolmella operaattorilla, on parempi kuin linja, joka kulkee 60 % ajasta ilman ketään.

Myös huoltotaidot muuttuvat. Manuaalinen linja tarvitsee asentajia. Automatisoitu linja tarvitsee automaatioteknikot, jotka ymmärtävät servot, visiojärjestelmät ja PLC-logiikan. Tämä taitojen muutos on todellinen kustannus, joka kuuluu malliin, ja tyypillisesti kompensoituu toimijoiden vähentyneellä määrällä.

FAQ: Automated Battery Assembly Economics

Kuinka monta käyttäjää täysautomaattinen akun kokoonpanolinja tarvitsee?
Kahdesta kolmeen vuorossa, verrattuna 8-12 vastaavaan puoliautomaattiseen linjaan. Jäljellä oleva henkilökunta hoitaa materiaalin täydennyksen, prosessin valvonnan ja vianpalautuksen-automatisoinnin ei tarkoita, että henkilöstöä ei ole nollaa.

Mikä on automatisoidun kokoonpanolinjan realistinen takaisinmaksuaika?
2 miljoonalla solulla vuodessa keskitason työvoimakustannuksilla, noin 2,5–3 vuotta, mikä laskee sekä työvoiman säästöjä että tuoton paranemista. Alle 500 000 kennoa vuodessa puoliautomaattinen kokoonpano on yleensä halvempi päätös.

Mikä on vaikein automatisoida akun kokoonpanossa?
Elektrodipinon tai hyytelörullan käsittely ilman vaurioita. Pehmeisiin, päällystettyihin osiin ei voida tarttua kuten metalliosiin, joten päätetehostimen rakenne-sylinterirullien ydinistukat, elektrodipinojen tyhjiötyynyt- määräävät linjan luotettavuuden.

Parantaako automaatio laatua vai vähentääkö vain työvoimaa?
Molemmat. Robottisijoittelu on toistettavissa millimetrin murto-osaan koko työvuoron ajan, kun taas manuaalinen sijoittelu ajautuu kuljettajan väsymiseen. Tyypillinen ensikierron tuotto vaihtelee 80-luvun korkeasta 90-luvun puolivälistä puoliautomaattisella linjalla 96-99 %:iin ohjatulla automaattisella linjalla.

Oletko valmis mallintamaan oman linjasi?
Työvoimakustannuspäätös on aritmeettinen; tuottopäätös on tekninen. TOB New Energy suoran lähdekoodin avaimet käteen -valmistajana toimittaa täysin automatisoituja sylinterimäisiä ja pussisolujen kokoonpanolinjoja, jotka on suunniteltu kennomuodon, sykliajan ja vikabudjetin mukaan-ei yleisen robottiluettelon mukaan. Lähetä solupiirros, vuotuinen määrä ja paikallinen kuormitettu työmäärä saadaksesi asemakohtaisen linja-asetelman, ROI-mallin ja tehdassuoran tarjouksen Xiamenilta.

Tekninen referenssi, jonka TOB New Energy prosessisuunnitteluryhmä on koonnut kokoonpanolinjojen asennuksista lieriömäisten ja pussikennoohjelmien kautta maailmanlaajuisesti. Linjakohtaisen ROI- ja asemaerittelyn saat ottamalla yhteyttä Dr. Dany Huangiin LinkedInissä tai lähettämällä tuotantoparametrisi Xiamenin suunnittelupisteeseen.