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【原创】利元亨杜义贤:“解码”燃料电池制造数字化
利元亨 文章来源自:高工氢电网
2021-12-20 10:00:49 阅读:3732
摘要利元亨“海葵智造”,能够为燃料电池企业提供非常好的软硬一体的解决方案。
利元亨“海葵智造”,能够为燃料电池企业提供非常好的软硬一体的解决方案。它可以实现精准的数据采集,为智能工厂的实现打下数据基础。针对燃料电池,利元亨给出了方案,最底层是燃料电池生产的各个环节设备,外面一层是在燃料电池生产过程中可以实现的一些管理方式,最外层有一些管理系统。有些客户已安装了ERP系统、PLM系统等,利元亨系统可以将它们兼容在一起,构建信息和数据的高速公路。

 
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在2021高工氢电年会现场,利元亨研究院院长杜义贤博士发表“氢燃料电池制造数字化”的主题演讲。燃料电池智能化发展是方向,只有在数字化的基础之上,才能实现智能化。数字化的解决方案要有自动化生产的设备及工厂,当然不是说手工就不能实现数字化。数字化主要是把数据和信息拉通,它的根本不在于自动化,但自动化能够更有利于采集数据。
 
在自动化基础上加上数字化系统,再加上智能的算法就是智能制造。换言之,智能制造是在自动化和数字化的基础上构建的,从而推进企业智能化的进程。
 
在会议现场,杜义贤介绍了利元亨的全自动电堆装配线,具备以下特点:1、高度集成化,集成全自动堆叠、全自动穿螺杆、气密检测等工站;2、应用感知技术:动态力值反馈,确保穿螺杆精准到位;3、高精度叠台,基于利元亨多年锂电叠片机机构,效率可到达2S/片;4、堆叠精度:±0.1mm。
 
“要保证精度,也要保持柔性,就是要让机器人看得见、看得准,所以我们采用了多轴机器人,CCD加固定相机实现燃料电池膜电极、双极板等部件的精准上料和精准堆叠,同时为了保证这个精度,多轴耦合保持堆叠始终在一个平台上。为了保持这个压力,我们采用了实时全闭环的反馈,现在最高堆叠力度能达到600片。”杜义贤说。
 
双极板激光焊接技术方面,利元亨推荐将环形激光技术应用到双极板的焊接中,环形激光焊接适用于焊道窄(0.1mm ),飞溅非常少。
 
针对比较窄的焊道,要用振镜同轴视觉,实时跟踪焊缝的缺陷,这是利元亨独创的技术。另一个是PSO的控制技术,是基于位置同步输出的焊接过程控制技术,以前是按时间控制激光的频率,但是焊缝容易凸起,不均匀,所以利元亨采用独创PSO控制技术,以焊接点位置和移动距离为基准,解决拐角焊缝凸起、拐角焊穿和堆料等关键问题。利元亨的一整套系统能够将视觉和焊接全部集成起来。
 
在双极板贴合的过程中,喷胶工艺很重要,同时视觉的应用也非常关键。视觉就是前面一个传感器,加上三自由度移动平台,引导它闭环控制,同时加上智能的喷胶系统能够实现产品的柔性轨迹的喷胶。CNC涂胶控制、视觉以及喷胶系统的集成,能够实现高速高精度以及高柔性的闭环控制。同样,在喷完之后也实现3D视觉来检测胶路是否完成,有缺胶、少胶或者多胶的情况,每次胶清洗之后用CCD自动补偿。
 
双极板也要进行外观缺陷检测,这在锂电行业已经运用的比较成熟,在氢电行业也会有更好的应用。利元亨是用深度学习加传统算法。深度学习是用卷积神经网络进行缺陷的定位与分类,保证缺陷的可靠性。当然还有气密性的检测。
 
再回到前面的数字化话题,利元亨对数字化技术的理解是自动化的设备加智能神经系统,其实跟人的大脑一样,加在上面的是ERP系统、MES系统;中间层是人的神经网络,即总线技术;最底下是一些传感器,这样就构成了整个传感系统。
 
在这个传感系统中,要重点突破全过程数字化,就是打通数字化所有的流程,包括从生产计划一直到最末端的执行,甚至到现场。在执行的过程中有一个核心的问题,就是车间生产是一个“黑匣子”,不能实时掌握现在车间生产的每一个环节的数据,只有等班组长报告上来才知道,所以数字化是要拉通这个流程,打通所有的数据流。
 
在此基础上,利元亨提出一个典型数字化工厂的架构,从客户管理系统开始一直到智能分析报表,是全流程。生产从以产品为中心,变成以客户为中心,所以将客户管理系统放在第一位,它是所有生产的拉动源。
 
在年会现场,杜义贤着重介绍了利元亨的“海葵智造”,能够为燃料电池企业提供非常好的软硬一体的解决方案。它可以实现精准的数据采集,为智能工厂的实现打下数据基础。针对燃料电池,利元亨给出了方案,最底层是燃料电池生产的各个环节设备,外面一层是在燃料电池生产过程中可以实现的一些管理方式,最外层有一些管理系统。有些客户已安装了ERP系统、PLM系统等,利元亨系统可以将它们兼容在一起,构建信息和数据的高速公路。
 
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利元亨有一款主推产品是数字孪生平台,可精准定位基础的信息,能够通过大数据的运算实现双极板、膜电极精准的堆叠,同时也能精准分析存在的问题。
 
具体而言,有三个优势:一是换型时间段,现在燃料电池品种比较多,在自动化设备换型时,可以先在数字孪生形态上进行换型,如果可以,马上可以切换到实际生产场景当中;二是能够提高可视化,实现远程运维,一些设备现场的问题直接可以远程运维;三是实现预测性分析,降低故障停机,当数据收集到一定量时,可以知道设备存在什么样的问题。数字孪生平台有精准的数据分析和预测。
 
再往下是智能仓储,生产过程当中其实一部分的场地是用来做物流的,但对物流的自动化和物流的数字化重视不够。在此基础上,提出支持多类型、全流程仓库化的管理,包括总仓以及物流系统;支持智能数据采集,包括产线的、物流的、生产的所有信息都可以采集起来。
 
未来若数字孪生平台在行业中推广应用起来,有4个应用对象和5个阶段。4个应用对象分别是产品、设备、车间和企业;5个阶段分别是数字化的描述、数据融合、实时诊断、分析预测和自主控制。
 
利元亨分了五个层次来做数字化的工厂,从最底层的设备层、传感层、物流层、网络层和信息化来架构。
 
设备层,首先会把设备整个布局拉通起来,来看看物流是不是对的。有一些企业也很注重参观性,就要将生产的实用性和参观性结合起来,这是整个设备层的整体布局。设计过程中由于现在的产品需要柔性,第一个要解决的是模块化,只有模块化才能柔性。当工艺发生变化时,产线也是可以随时变化的。
 
模块化怎么实现的?硬件上实现模块化,软控上也实现模块化,利元亨使用了组态化的方法,将所有接口标准化,生产的控制配方化,设备变了,程序架构就随着变,这样可以实现灵活组配,实现柔性化生产;然后会进行数字化的模拟,设计完的东西到底行与不行,一定要在虚拟环境当中进行模拟,这样可以提前把90%的问题都给解决掉。
 
程序软控一定要进行仿真调试,看看程序逻辑上有没有问题,节拍上有没有问题,只有这样验证才能缩短开发周期,特别是提高设备落地可靠性。通常而言,设备的现场调试非常费时,其实有一些问题在仿真调试这一阶段做好了,90%都可以把它消灭掉。
 
物流层也是一样,做物流之前一定要进行物流调度的仿真,同时加上利元亨自研的WMS+WCS系统,可以与设备紧密配合,根据客户的需要进行定制。
 
信息化建设方面,以图形化看板为例,所见即所见,让数据立体化展示。再一个是产线智能补料,把设备上信息需求采集起来,通过SCADA系统传给MES系统,让它智能进行物料系统的拉动。
 
利元亨公司是科创板上市企业,证券代码688499,全球员工超过6000人,知识产权超过千项,主要涉及新能源(氢能/锂电/光伏)、汽车、ICT行业,主要给客户提供数字化整体工厂。做为新能源领域强大的装备企业,其在氢能领域的深耕,有助于推动燃料电池工艺装备进步及燃料电池产品提质降本。  


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