Consentire una produzione ambiziosa di batterie su larga scala

Si prevede che il settore delle batterie crescerà di dieci volte entro la fine del decennio. Questa crescita è guidata dalla crescente domanda di batterie agli ioni di litio (Li-ion), prevalentemente per il trasporto elettrificato e lo stoccaggio di energia. L’elevata domanda di mercato e le politiche governative sempre più favorevoli da parte di molti paesi creano una forte concorrenza tra start-up, joint venture e operatori storici per determinare i leader di mercato. I nuovi concorrenti e i fornitori affermati devono affrontare molte delle stesse sfide su come ridurre i tempi di scale-up, ridurre i tassi di scarto e massimizzare la produttività pur rispettando gli obiettivi di costi, qualità e sostenibilità. Le pratiche di produzione tradizionali non possono soddisfare queste ambizioni.

Piuttosto, le aziende che cercano di aumentare la produzione di batterie in modo economicamente vantaggioso e di assumere una posizione di leadership sul mercato, hanno bisogno di un quadro di impresa digitale per la produzione in cui il gemello digitale della produzione sia collegato alle operazioni di fabbrica reali attraverso tecnologie di automazione e IoT industriale (IIoT) abilitato. dispositivi. Ciò consente la progettazione virtuale e l’ottimizzazione della linea di produzione e la convalida dei processi di produzione prima dell’implementazione in fabbrica, riducendo così i rischi degli investimenti e abbreviando i tempi di scalabilità.

Il collegamento del quadro digitale con hardware e software di automazione e con l’IoT industriale facilita l’integrazione end-to-end della produzione. Ciò fornisce informazioni esecutive per la produzione su larga scala e un quadro basato sui dati per migliorare continuamente la produttività, bilanciando al tempo stesso la sostenibilità del processo e la redditività a lungo termine.

Gli esempi degli ultimi anni hanno dimostrato che possono essere necessari sette anni o più affinché le aziende passino dagli annunci di gigafactory al raggiungimento di una produzione stabile su larga scala. Questo tempo lungo per aumentare la produzione rappresenta una sfida significativa in questo mercato delle batterie in rapida evoluzione. L'obiettivo dello sviluppo virtuale della produzione è accelerare la progettazione, la costruzione e il layout del tuo impianto con un'ingegneria connessa e multidisciplinare. Da lì, le aziende possono creare una versione virtuale affidabile dei propri processi, linee e impianti per commissionare processi di produzione in modo iterativo senza i costi e i rischi di farlo nel mondo reale. Inoltre, l’utilizzo delle simulazioni, dell’ingegneria e dell’ottimizzazione delle celle può essere notevolmente accelerato.

Con le simulazioni, gli ingegneri possono valutare accuratamente l'impatto di vari prodotti chimici sulle prestazioni delle celle, sulla sicurezza delle celle e sull'invecchiamento, nonché ottimizzare la progettazione delle celle per massimizzare la densità energetica e la ricarica rapida. Possono convalidare virtualmente i progetti e i comportamenti delle celle rispetto ai requisiti del pacchetto e ai requisiti del sistema finale sfruttando i gemelli digitali. Ciò libera le aziende da un approccio basato esclusivamente sui test, costoso e dispendioso in termini di tempo. Stiamo assistendo a un’accelerazione da 2 a 3 volte superiore nella progettazione e nell’ingegneria delle batterie, poiché le aziende stanno adottando il nostro framework di gemello digitale. Con una solida dorsale PLM, i gemelli digitali di prodotto, produzione e fabbrica rimangono connessi, consentendo così alle aziende di tenere conto delle interdipendenze e degli effetti del cambiamento durante l'intero ciclo di vita.

Un gemello digitale del prodotto e della produzione delle batterie sta diventando un’esigenza fondamentale per l’industria delle batterie, data la rapida evoluzione della chimica dei materiali, della progettazione delle celle e delle tecniche di produzione. Conquistare una posizione di leadership in un settore in evoluzione richiede agilità e tali cambiamenti devono essere verificati rapidamente per mantenere un utilizzo ottimale di energia e materie prime.

Uno dei nostri clienti sta sfruttando il framework del gemello digitale Siemens per accelerare la progettazione e l'ottimizzazione delle celle e commissionare virtualmente linee di produzione per il ridimensionamento della produzione su vasta scala dai processi di produzione di laboratorio. L’adozione di questo quadro ha consentito loro di abbreviare il tempo necessario affinché le celle della batteria passino dal laboratorio alla produzione su larga scala, soddisfacendo allo stesso tempo gli obiettivi di sostenibilità e i propri requisiti specifici.

Una delle maggiori sfide per la produzione su larga scala è l’elevata percentuale di scarti. Abbiamo notato che il tasso di scarto era pari o superiore al 40% all'inizio della produzione delle celle, mentre nella maggior parte dei casi rimaneva appena al di sotto del 10% quando la capacità di produzione a pieno regime viene raggiunta pochi anni dopo l'inizio della produzione. Questi livelli rappresentano i principali colli di bottiglia per ridurre i costi di produzione.