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金通锂电池工业4.0系统


锂电池智能制造的开发始于2012年初,经大量的模型和智能系统开发,目前已经形成完整的缺陷预警系统等技术。
 

金通毛刺缺陷模型极高精度:某大型锂电池厂案例

毛刺缺陷是引发锂电池着火(比如去年三星手机锂电池爆炸事件)主要触发因素;为了在线跟踪及预警锂电池极片毛刺缺陷尺寸,金通团队为某大型锂电池厂建立了毛刺缺陷尺寸预报模型,通过模型预报值和实际测量值的对比来界定模型预报的精准度。

合作之初:该厂用此极难建模的极片分切毛刺预报模型对金通模型水平进行严格考察,要求模型命中率 85%,金通“大脑”达到了 98%命中率;在对此结果难以置信的情况下,又重新测取一批数据,金通模型命中率更高;目前毛刺预期项目二期同时针对中国制造业数据采集能力较弱的现状,成功应用行业难度极高的软测量技术;软测量就是在某参数难以直接测量时,利用高精度模型将待测量的参数预报出来。

历经第一阶段的磨合:项目第二阶段将进一步预报出失效刀具和毛刺缺陷,利用软件,实现缺陷产品尺寸的在线预警与跟踪,确保次品不发生或减少次品(次品就是当缺陷尺寸超出允许的最大值的情形)。

按照该厂内部对此项目合作的评估:目前市场上仅有金通一家能提供此结合了设备和自动化的工艺/产品模型系统。  
 
详见某大型锂电池厂案例:金通毛刺缺陷模型极高精度
 

金通锂电池工业4.0系统

锂电池制造过程本身就有几十个制造工段。在锂电池生产过程中,需要各种各样的智能系统,比如锂电池生产中就需要料准备二级系统、压片(轧制)二级系统、拉浆(涂覆)二级系统、卷绕二级系统和分容二级系统等等。

本示例是压片(轧制)二级系统,分成四大部分,每一部分都包含众多的条目。

一:总系统技术

  1. 金通工业4.0系统:包括网上订单系统和金通智能系统

  2. 金通三级计算机系统:车间层面上的三级自动化包括一级系统基础自动化,二级系统模型和逻辑,三级系统制造执行系统MES

  3. 金通锂电质量包:处理锂电池制造过程各个工段几十个常见缺陷

  4. 基于金通智能系统的技术开发:基于现有100余套锂电池模型和100余套其他传统行业模型的技术开发平台,拥有300万 行源程序和几十个常见业务领域

  5. 应用案例-极片制造类似项目:拥有与锂电池极片制造很类似的浆料,涂覆,烘烤,辊压,分切等类似工段,这个类似领域都有已经完成的智能系统

  6. 二级系统应用案例-凯斯凯特(美国):包括类似于来料处理, 浆料搅拌等环节的电炉,精炼炉和连铸的智能系统

  7. 锂电系统开发方案-参考已完成类似项目:参考早已经完成的大量智能系统项目

  8. 锂电系统定制开发-已完成模型构架:在浆料,涂覆、轧制、烘烤、分切和卷绕等领域已经完成的100多套模型

  9. 压片二级系统开发现有资源:在世界各地所收集到的各类资源,特别是轧制二级系统的大 量文档。

二: 定制过程模型(阶段一)

  1. 基础模型清单:相关的几十套模型的清单

  2. 主要测量参数:需要直接测量或者从制造执行系统得到的测量参数

  3. 辊热凸度计算:为了达到平直的辊缝,为了对消弹曲而使得轧辊刻有凸度,辊中间的直径大于两侧的直径

  4. 辊磨损模型:随着辊压的进行轧辊在磨损,所以辊缝几何形状应考虑到磨损量

  5. 极片凸度模型和形状良好条件(初设定):轧辊凸度、辊弹曲、辊热膨胀、辊磨损等等综合作用,应使得辊缝平直

  6. 极片厚度:取决于辊缝、压片力与设备刚性,轧辊及机架有弹性变形和弹曲,要综合计算获得极片的厚度

  7. 极片厚度与辊缝值的几种不同关系方程:相关的模型考虑弹性变形等

  8. 辊温度控制模型:考虑到热膨胀对辊直径的影响

  9. 辊压区热传递模型:辊轴承处温度较高,其他地方要计算相关的热传递;辊内部用高温油等要计算热膨胀和热传递

  10. 摩擦导致的温升:辊压式摩擦导致温度升高

  11. 热传导引起的极片温度变化:基于热传递和有限差分法等的温度计算

  12. 压片力模型:压片力由被轧制的极片基体和极片涂覆介质等综合力

  13. 模型开发时间计划:三个多月即可开发完成

三:质量闭环控制(阶段二)

  1. 质量闭环控制项目意义及验收目标:当将闭环控制的目标输入系统后,系统自动调节各类参数,最终达到所需的目标,比如厚度

  2. 压片过程在线控制总体需求:在线控制室需要的各类影响

  3. 闭环控制:极片厚度沿宽度一致性:极片材料沿宽度的需要在厚度方面和强度方面达到一致性

  4. 工艺参数匹配需求:考虑到各个参数的相互补偿,包括各类工艺问题和问题描述及解决方案等

  5. 工艺参数匹配需求:辊压时的速度,温度加速度等

  6. 设备参数匹配需求:设备的各类尺寸参数和运行参数

  7. 产品质量对参数的要求:对延展率、微孔架构、表面密实度、平整度和反弹性能等的质量要求

  8. 闭环控制系统(实例:厚度一致性):厚度沿宽度方向一致,而不希望中间厚两边薄或中间薄两边厚

  9. 已有闭环控制项目案例:已有的项目案例

  10. 闭环控制开发时间计划 :大约三个多月时间

四:系统 软件开发(阶段三)

软件的开发是基于开发平台,考虑到各种定制模型。

  1. 二级系统开发阶段的系统功能和验收目标:各阶段二级系统所应实现的功能

  2. 二级系统总体功能:质量要求、各类精算、过程模拟、最佳策略、自学、制约因素、人机界面和网络等等

  3. 计算与自学过程:根据在线数据对模型进行机器学习之后的模型与所对应的生产线充分绑定,也就是模型极为精准

  4. 再计算:在早期预估的计算的基础上,根据已有的实测数据进行再一次的计算,比如所实际达到的厚度与预先估值可能不同,还有温度等,很难 在早期完全估算正确

  5. 再计算触发类型

  6. 再计算处理步骤

  7. 过程模拟、策略计算和自适应:智能系统具有过程模拟的功能,可以假定,整个生产过程在运行,但是设备不运转,由于智能系统用的是在线数据精度较高,过程模拟所达到的效果跟实际生产基本相同

  8. 生产策略计算:对生产策略组参数进行的计算

  9. 工厂任务设定

  10. 生产设定计算的限制因素

  11. 人机界面

  12. 数据存储

  13. 硬件配置

  14. 二级系统与其它系统的接口

  15. 二级系统(L2)相关网络结构:在4G网络中,一级,二级,三级系统之间的相互关联
     

锂电池智能制造技术综述

 

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