动力电池智能制造升级和降成本需求,为AMR(自主移动机器人)大规模进入锂电池自动化产线开辟了路径。
一方面,锂电池制造的前中后段工序对设备的可靠性、稳定性和对工艺控制的高精度要求,以及对生产数据的智能处理需求,倒逼动力电池产线进行自动化、智能化升级。
AMR作为智能化升级解决方案的重要组成部分,可以在动力电池智能制造过程中发挥积极作用。
另一方面,自2020年以来,全球范围内掀起新一轮动力电池产能扩充浪潮。包括宁德时代、中航锂电、比亚迪、蜂巢能源、亿纬锂能、瑞浦能源等电池企业大规模扩充电池产能,释放巨大的锂电设备采购需求,给上游自动化设备商和系统集成商产生重大利好。
新厂房、新产线的规划建设也给AMR助力动力电池物流自动化和生产效率提升以及柔性制造提供了有利条件。
业内人士认为,动力电池企业订单持续增长开启扩产模式,新建产线对于柔性化、数字化、智能化的要求持续提升,以AMR为代表的移动机器人相较于传统的自动化设备能够更好的在产线上进行快速部署、柔性应用以及形成数据流闭环,从而获得越来越多锂电池企业的关注。
不过,动力电池智能制造当前也面临诸多痛点,AMR在动力电池领域大规模应用还存在一定距离,AMR企业想要进入新能源领域也面临诸多挑战。
挖掘AMR应用新机遇
锂电池企业为保障订单稳定交付和产能扩产离不开全自动化、智能化的锂电池产线,它能够使电池厂在保证锂电池生产工艺的基础上,确保生产出的锂电池具有较好的一致性,高可靠的安全性能和直通良率,从而降低生产成本。
AMR是指“自主移动机器人”,是机器智能化、引领智能制造进程的新一代物流设备。硬件方面,集成了多传感器融合、机器视觉、混合导航等高新技术,强大的主控赋予了AMR自动驾驶、自主决策的能力。
随着AMR从技术到产品的不断成熟,越来越多AMR在锂电池生产线上替代人工的应用机会被挖掘出来。
锂电池制造整体分为前段上料、匀浆、涂布、辊压、分切和中段卷绕、制片、入壳、注液、封口以及后段化成、分容、PACK、仓储物流三大工序。每一段工序的生产工艺不同对各类别的机器人需求都不尽相同。
资料来源:高工产业研究院(GGII)
从应用现状来看,锂电池生产工艺中段环节的叠片、焊接、封装等工序涉及工业机器人较多,因为要保证生产效率及产品一致性;后段检测、组装和PACK涉及的工业机器人也较多,因为机器人能满足较大负载的抓取、搬运动作。
其中,AMR在上述工序段可以替代人工实现工艺之间的物料、半成品的运输,便于生产物料的监管。AMR在锂电池产线工序衔接及线边仓的重要程度正日益提升。
当前,锂电池企业越来越重视其原料仓、线边仓及成品仓的智能化管理,因此越来越倾向于利用自动化立体仓库提升厂区空间的利用率及电池的便捷存取,同时使用AGV/AMR实现工艺之间的物料、半成品的运输,便于生产物料的监管。
此外,将电池生产工艺与自动化物流系统完美结合,通过存储设备、输送设备、装盘区设备、NG站等专机,可实现电池生产全工艺过程的自动化、智能化,达到生产企业预期的指标。
而涂布、换卷、辊压、分切等前段工序的对上下料的对接精度要求高、极片卷重量大,输送频次高,单纯依靠人力叉车进行上下料和运输无法满足锂电池智能制造的要求,因此对AMR的产品性能要求更高,导入难度也更大。
“在辊压、涂布等工艺的极卷运输中,由于重量跨度大(几百公斤到一吨多不等),需要与上下游设备进行对接,对接精度要求高。如果只靠人工搬运的话,一方面不利于提供企业的生产效率和产品良率,另一方面也会对生产人员产生人身安全威胁。” 斯坦德机器人柔性物流生态官梁凯翔对高工锂电表示,锂电池前段工序产品性能和生产效率提升的要求给AMR替代人工提供了良好的发展机会。
业内人士指出,利用AMR在产线上替代人工是锂电池智能制造升级的发展趋势,可以实现物料自动上下料和自动化运输、减少人工接触电芯生产的机会、实现生产设备之间的信息互联和数据采集上传,形成高度柔性的生产线,从而助力锂电池企业产品性能提升和制造成本降低。
AMR进入电池产线遭遇“拦路虎”
尽管近年来动力电池制造的自动化水平大幅提升,单机设备的自动化、智能化程度已得到大幅提升,但设备之间的高精度、高效衔接协同,仍有较大的提升空间。
在此情况之下,AMR想要大规模导入动力电池生产线还需克服诸多困难。
一方面,动力电池产线导入AMR会涉及到某工序或整条产线的升级改造,而旧产线改动可发挥的空间相对较小,其生产设备在功能设计主要以人工操作为主,且设备的数据输出端口的智能化、数字化水平不高,导致在与AMR对接交互方面存在较大改造难度。
新产线尽管可以从顶层设计开始逐步搭好框架,给AMR导入预留空间,但电池企业可能会对导入AMR所产生的实际效益以及后期售后问题存在疑虑,也会成为AMR进入锂电行业的阻碍。
有动力电池企业技术高层曾表示,目前最让锂电池生产厂商头痛的是辨别供应商说的话到底“夹带”了多少水分,他们提供的交期、质量、性能等数据多少是夸张的。如果供应商能够说到做到,很大程度上产品价格往往不是最敏感的。
另一方面,不同种类电池企业的产线差异和工艺差异导致设备功能有差异,进而也会对AMR在产品设计方面提出不同的要求,而当前能够满足锂电池领域多样化非标定制的AMR供应商并不多。
AMR供应商需要针对不同种类电池企业的产线差异,需要根据电池生产工艺做出定制化的AMR。同时,还要考虑电池生产线的空间及布局,以便能够较快速的进行自转、绕行等路径的规划,从而提升定制化AMR的易用性。
打造锂电行业柔性物流样本
随着动力电池产能进一步扩充和智能制造加速升级,移动机器人迎来了大举进军锂电产业的好时机,从而吸引众多移动机器人企业入局。
作为移动机器人领域的资深玩家——斯坦德机器人实现了从机器人底层定位算法、操作系统、控制器等核心技术的自主研发全覆盖,主要业务为激光SLAM自主移动机器人(AMR)及柔性物流解决方案。
作为目前3C行业国内最大的专注于研发激光AMR的企业,斯坦德机器人已经实现对于华为、中兴、富士康在内的3C行业头部客户全覆盖,已累计交付激光AMR超2000台。
随着项目交付经验的不断积累和产品技术升级,斯坦德机器人也将其解决方案从3C领域拓展到汽配、新能源等其它行业的物流自动化场景,意图打造行业示范样本,在锂电池智能制造领域抢占市场先机。
“目前只有几家头部AMR厂家有实力尝试进军新能源领域。” 梁凯翔指出,AMR厂家想要进入新能源领域面临多重挑战,一些实力较弱的中小机器人企业难以参与竞争。
一方面,对机器人企业而言,包括结构、电气、软件等方面的非标设计研发能力非常重要;而一些中小企业只具备产品结构设计能力,但在核心算法、软件和控制技术等方面都依赖外购,无法满足锂电行业多样化定制需求。
另一方面,目前新能源行业的AMR应用还处于起步阶段,项目实施需要多方配合且时间周期较长,需要机器人企业对客户的需求理解非常深,拥有丰富的项目管理能力和经验。
而斯坦德机器人的竞争优势就在于拥有完全且强大的研发团队以及丰富的项目管理经验。
梁凯翔向高工锂电介绍到,斯坦德机器人将从标准底盘、标准接口、工具及服务四方面入手,通过自主研发生产的AMR机器人,采用激光SLAM为主,多传感器融合(可根据项目需求选装不同配置)的导航方式,可实现AMR在动力电池制造过程中批量使用,提供完整的柔性物流解决方案。
目前,斯坦德机器人正在与动力电池企业联合打造一条柔性物流自动化的示范线,打造行业示范样本,积极探索AMR在锂电池制造过程中的应用空间。
