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        工業(yè)機器人在鋰電池自動化生產(chǎn)中的應用

        2019-11-27 11:44:06祁劍明
        智富時代 2019年9期
        關鍵詞:應用

        祁劍明

        【摘 要】新能源的快速發(fā)展,使得對儲能設備的需求日益突出,鋰電池儲能己成為當前的研究熱點之一。通過在鋰電池生產(chǎn)線的關鍵工藝環(huán)節(jié)引入機器人自動化生產(chǎn)線技術,可以降低人工成本,提高設備自動化水平,改善生產(chǎn)條件,降低安全風險,提高生產(chǎn)效率,不但解決了人為操作造成的生產(chǎn)效率低下問題,而且提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,提高了經(jīng)濟效益,對于促進我國鋰電池行業(yè)的產(chǎn)品升級,具有重要的現(xiàn)實意義和良好的推廣應用價值。本文分析了當前鋰電池自動化生產(chǎn)現(xiàn)狀,探討了工業(yè)機器人在鋰電池自動化生產(chǎn)中的應用。

        【關鍵詞】工業(yè)機器人;鋰電池;自動化生產(chǎn);應用

        近年來,新能源的快速發(fā)展,使得對儲能設備的需求日益突出,鋰電池儲能己成為當前的研究熱點之一。通過在鋰電池生產(chǎn)線的關鍵工藝環(huán)節(jié)引入機器人自動化生產(chǎn)線技術,可以降低人工成本,提高設備自動化水平,改善生產(chǎn)條件,降低安全風險,提高生產(chǎn)效率,不但解決了人為操作造成的生產(chǎn)效率低下問題,而且提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量,提高了經(jīng)濟效益,對于促進我國鋰電池行業(yè)的產(chǎn)品升級,具有重要的現(xiàn)實意義和良好的推廣應用價值。

        一、當前鋰電池自動化生產(chǎn)現(xiàn)狀

        鋰電池被廣泛應用于儲能電源系統(tǒng)、電動汽車、軍事、航空等領域,尤其隨著近幾年電動汽車市場的火爆,鋰電池需求量持續(xù)攀升。而目前鋰電行業(yè)自動化程度不高,生產(chǎn)效率低,產(chǎn)品穩(wěn)定性不足,這正是引發(fā)機器人應用爆點的契機。

        目前國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化存在的主要問題,是電池質(zhì)量一致性不好。究其原因,多是由于人工操作、設備精度差造成系統(tǒng)誤差大,不能連續(xù)化生產(chǎn)所致。鋰電池生產(chǎn)工藝屬于離散式生產(chǎn)放式,雖然其生產(chǎn)過程中己使用了大量的自動化專機,但整體的自動化程度仍較低,各生產(chǎn)環(huán)節(jié)之問的銜接,仍然是以人工為主。要從根本上解決鋰離子電池批產(chǎn)質(zhì)量一致性差問題,還要靠提高生產(chǎn)設備控制精度、生產(chǎn)線自動化水平來解決。動力電池和儲能電池對電池的一致性、電池生產(chǎn)線中的質(zhì)量管控,提出了更高的技術要求,客觀需要引入工業(yè)機器人技術。通過將先進的機器人技術與鋰電池生產(chǎn)技術相結(jié)合,可大幅度提高鋰電池生產(chǎn)線的自動化和智能化程度,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,帶動鋰電池生產(chǎn)企業(yè)進行技術升級和改造,從而促進我國鋰電池行業(yè)的技術創(chuàng)新和產(chǎn)品升級。

        隨著勞動力成本的迅速增長以及機器人價格的下降,在生產(chǎn)線中,應用機器人代替人工的優(yōu)勢,己經(jīng)逐漸顯現(xiàn),機器人的應用具有重復定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化等優(yōu)勢,能極大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。通過將機器人技術與鋰電池生產(chǎn)技術相結(jié)合,可大幅度提高鋰電池生產(chǎn)線的自動化和智能化程度,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,帶動鋰電池生產(chǎn)企業(yè)進行技術升級和改造。同時,與人工智能技術、自動化、信息化等智能制造技術融合,不僅是實現(xiàn)無人化工廠的前提,也是國內(nèi)鋰電池等離散制造生產(chǎn)線的未來發(fā)展趨勢。

        二、工業(yè)機器人在鋰電池自動化生產(chǎn)中的應用

        從原材料的投入到PACK的產(chǎn)出,鋰電池的生產(chǎn)過程包括涂布、分切、烘焙、卷繞、裝配、焊接、注液、化成、分容、PACK組裝等等,鋰電生產(chǎn)線每個環(huán)節(jié)實際上都可以用機器人,包括單工序和工序之間的銜接。但目前在裝配、焊接、化成、外包裝Pack組裝線這四個環(huán)節(jié)上機器人運用得較多,而其他環(huán)節(jié)的應用還有待挖掘提升。為此,很多相關企業(yè)都在做產(chǎn)線自動化以及數(shù)字化的全面升級,讓機器人滲透到鋰電池制程的各個環(huán)節(jié)。從自動化水平來看,從前往后,及到PACK階段,自動化程度依次降低,前端工藝對后端產(chǎn)品的生產(chǎn)影響較大,甚至直接關乎電池安全問題,因此,前段自動化程度顯著高于中后段及PACK段。工業(yè)機器人的應用,主要在于設備之間的連線,以直角坐標或SCARA做銜接,包裝入庫階段,可適當考慮SCARA和輕載多關節(jié)工業(yè)機器人。

        一條全自動產(chǎn)業(yè)線的形成,需要各種不同類型機器人的相互配合,在對機器人進行選型時,需要綜合考慮持重能力、工作空間、自由度、靈活度、精度、移動速度和使用領域等因素。目前,鋰電行業(yè)使用最多的機器人,是線性模組機器人和SCARA機器人,主要是在生產(chǎn)線中進行搬運和換型的工作。其中,SCARA機器人在實現(xiàn)產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)型上以及取代直線滑臺上具有優(yōu)勢,在數(shù)碼電池的生產(chǎn)過程中,因為產(chǎn)品種類多,需要頻繁換型,四軸機器人使用量比較多。而動力電池產(chǎn)品比較單一,但是在產(chǎn)線后端的搬運和裝箱方面,可以用到六軸機器人;在部分設備的前后端,可以配備六軸或四軸機器人進行產(chǎn)品的上下料工作,負載比較大。在PACK模組裝配線中,重負載的六軸機器人在產(chǎn)線中進行模組的裝配工作,臂長要求比較長;而在某些設備企業(yè)中,也有運用AGV機器人進行搬運工作。

        在鋰電池的生產(chǎn)過程中,要把成品從生產(chǎn)線上自動取下來,送到檢測處通過智能圖像處理系統(tǒng)進行外觀檢驗,然后把合格產(chǎn)品送入特定的包裝容器內(nèi),把不合格的產(chǎn)品送入另一容器內(nèi)。這是歐洲最大的電池生產(chǎn)廠家Sonnenschein在電池生產(chǎn)中,包裝前的最后一個環(huán)節(jié),而在整個電池生產(chǎn)過程中,有幾個工位用百格拉的碼垛機器人。盡管這些機器人所完成的功能不完全一樣,但采用相同的拖盤,便于不同工位產(chǎn)品的流通和通用。直角運動單元組成的上料下料機器人,搬運機器人非常適用很多種應用,不僅直觀易于理解,便于組成各種樣式的專用設備和控制簡單,而且在很多應用中,比如關節(jié)機器人,成本低,效率高,更實用,在歐美國家,被廣泛應用于醫(yī)藥,食品,化妝品,日用品,手機,傳感器,玩具,汽車和儀表等生產(chǎn)中。

        根據(jù)鋰電池生產(chǎn)的工藝流程,通過在上述生產(chǎn)過程中引入自由度工業(yè)機器人,取代了原先所需的人工操作,以機器人為中心,疊片機、焊接機及裁切機的位置布置均在機器人的臂展范圍內(nèi),在其運動區(qū)域內(nèi)應保證無干擾。考慮到日常維護等工作的方便,在布置位置時綜合考慮人的行走空問,并在周圍布置了基本的圍欄防護,防止未經(jīng)授權人員進入到機器人工作區(qū)域,安全門位置則設置了感應裝置,一旦安全門被打開,則立即減速并停止機器人的運動,確保人員安全。機器人對疊片機完成的疊片電池進行抓取,并搬運到焊接機上對極耳進行焊接,再搬運到裁切機對極耳的突出部分進行裁剪,以此實現(xiàn)無人化作業(yè)。

        綜上所述,如今鋰電池正在往安全性以及標準化的方向發(fā)展,設備的高精度、高效率、系列化以及高自動化生產(chǎn)線,將成為行業(yè)發(fā)展的大方向。工業(yè)機器人在動力鋰電池行業(yè)中的應用已經(jīng)相對成熟,可以降低人工成本,提高設備自動化,無人化,將安全風險和損失降低到最低,同時,產(chǎn)品的質(zhì)量高,品質(zhì)好,企業(yè)的產(chǎn)能得到明顯的擴充,帶來更大的效益,極大的提高企業(yè)的核心競爭力。

        【參考文獻】

        [1]萬松峰;鋰電池自動測試系統(tǒng)的研究與設計[J];機械管理開發(fā);2015年06期

        [2]超藝;李天友;電網(wǎng)企業(yè)機器人研發(fā)應用現(xiàn)狀與展望[J];電氣應用;2018年23期

        [3]楊家榮;譚福生;李佳;機器人在鋰電池生產(chǎn)線中的應用[J];上海電氣技術;2013年02期

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