स्वचालित बैटरी असेंबली लाइन: श्रम बचत वास्तव में कहां से आती है

लेखक: डैनी हुआंग, पीएच.डी.

सीईओ एवं अनुसंधान एवं विकास नेता, टीओबी न्यू एनर्जी

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कार्यकारी सारांश और मुख्य बातें

बैटरी असेंबली में श्रम लागत समान रूप से वितरित नहीं होती है -यह मुट्ठी भर दोहराए जाने वाले स्टेशनों में केंद्रित होती है: इलेक्ट्रोड स्टैकिंग, टैब वेल्डिंग, केसिंग और परीक्षण। स्वचालन उन विशिष्ट मानवीय गतियों को सर्वो-संचालित ग्रिपर्स और दृष्टि-निर्देशित स्थानांतरण के साथ प्रतिस्थापित करता है, जिससे प्रत्यक्ष श्रम में 60-80% की कटौती होती है जबकि प्रथम-पास उपज में वृद्धि होती है, क्योंकि एक रोबोट आठ घंटे में थकता नहीं है। पेबैक प्रति लाइन आउटपुट और स्थानीय लोडेड श्रम दर का एक कार्य है, न कि केवल मशीन की कीमत का।

• A अर्ध-स्वचालित बेलनाकार रेखाआमतौर पर 8-12 ऑपरेटरों की आवश्यकता होती है; एक पूरी तरह से स्वचालित समतुल्य समान आउटपुट के लिए 2-3 के साथ चलता है।
• प्रति वर्ष 1-5 मिलियन कोशिकाओं की पायलट मात्रा पर प्रति सेल प्रत्यक्ष श्रम लागत लगभग 0.10-0.20 अमेरिकी डॉलर से घटकर 0.02-0.05 अमेरिकी डॉलर हो जाती है।
• चक्र-समय-मिलान स्थानांतरण, कच्ची रोबोट गति नहीं, लाइन आउटपुट सेट करता है {{0}एक स्टेशन जो प्रति सेल 4 सेकंड लेता है, 15 सेल/मिनट की लाइन कैप करता है, चाहे रोबोट कितनी भी तेजी से चलता हो।
• स्वचालन आरओआई केवल वॉल्यूम सीमा से 24 महीने ऊपर पार करता है; इसके नीचे, सेमी-ऑटो तर्कसंगत पूंजी निर्णय बना हुआ है।

छह ऑपरेटरों वाली एक बेलनाकार सेल असेंबली लाइन अपने सर्वोत्तम समय में प्रति मिनट शायद 12-15 सेल का उत्पादन कर सकती है। सात बजे, स्टैकिंग ऑपरेटर के हाथ धीमे हो गए। टैब-वेल्ड पोजीशनिंग बहाव। परीक्षण स्टेशन बैकअप लेता है। वास्तविक थ्रूपुट नेमप्लेट के 60% के करीब पहुंच जाता है, और प्रति सेल श्रम लागत हर अस्वीकृति के साथ बढ़ती है।

असेंबली ऑटोमेशन कागज पर लाइन को तेज़ बनाने के बारे में नहीं है। यह लूप में कम हाथों के साथ, पूरी पारी में लाइन को अपनी नेमप्लेट गति बनाए रखने के बारे में है। बचत विशिष्ट, मापने योग्य परिवर्तनों से आती है: रोबोटिक ग्रिपिंग मानव प्लेसमेंट की जगह लेती है, स्वचालित स्थानांतरण चलने और प्रतीक्षा की जगह लेती है, और इनलाइन निरीक्षण अंत‑ऑफ़‑लाइन खोज की जगह लेती है।

जहां लेबर बैटरी असेंबली लाइन में छिपती है

किसी भी मैनुअल या अर्ध-स्वचालित असेंबली लाइन पर चलें और श्रम लागत उन्हीं पांच स्थानों पर केंद्रित होती है:

• इलेक्ट्रोड स्टैकिंग/वाइंडिंग लोडिंग।प्रत्येक कोशिका को एक मिलीमीटर के अंशों के भीतर संरेखित इलेक्ट्रोड, विभाजक और टैब की आवश्यकता होती है। एक मानव ऑपरेटर प्रत्येक घटक को हाथ से रखता है, और प्लेसमेंट समय और पुन: संरेखण में कुल असेंबली श्रम का 30-40% खर्च होता है।
• टैब वेल्डिंग स्थिति.सेल को उन्मुख होना चाहिए ताकि टैब वेल्ड बिंदु पर आ जाए। मैन्युअल स्थिति धीमी और परिवर्तनशील है; गलत संरेखित वेल्ड परीक्षण में ओपन-सर्किट विफलता के रूप में दिखाई देते हैं।
• आवरण और सीलिंग.जेली रोल या इलेक्ट्रोड स्टैक को कैन में डालने, कैप को वेल्डिंग करने और क्रिम्पिंग या सीलिंग के लिए लगातार बल और सफाई की आवश्यकता होती है जिसकी गारंटी हाथ एक शिफ्ट में नहीं दे सकते।
• इलेक्ट्रोलाइट भरना और संभालना।सेमी-ऑटो लाइनों में भी फिलिंग स्वचालित है, लेकिन फिलिंग फिक्स्चर को लोड करना और उतारना मैन्युअल श्रम है।
• परीक्षण और छँटाई.प्रत्येक कोशिका का गठन-चक्र, श्रेणीकरण और दृष्टिगत निरीक्षण किया जाना चाहिए। परीक्षण रैक के बीच मैन्युअल हैंडलिंग श्रम-भारी और संदूषण जोखिम दोनों है।

पैटर्न: मूल्य-जोड़ने की प्रक्रिया के चरण (वेल्डिंग, भरना) पहले से ही मशीन-चालित हैं, लेकिनउनके आसपास काम करें{{0}लोड करना, ट्रांसफर करना, ओरिएंट करना, अनलोड करना{{1}मानवीय है। वह वर्कअराउंड स्वचालन लक्ष्य है।

मैकेनिकल कोर: ग्रिपर जो बिना किसी क्षति के संभालते हैं

वर्षों तक बैटरी असेंबली द्वारा स्वचालन का विरोध करने का कारण वर्कपीस है। जेली रोल नरम होता है, आसानी से विकृत हो जाता है, और इसमें एक लेपित सतह होती है जो गलत तरीके से पकड़ने पर परतदार हो जाती है। एक घाव वाले बेलनाकार रोल को उसके मूल द्वारा उठाया जाना चाहिए या उसकी पूरी लंबाई में सहारा दिया जाना चाहिए, कभी भी एक बिंदु पर दबाया नहीं जाना चाहिए।

आधुनिक असेंबली रोबोट इसे एप्लिकेशन-विशिष्ट अंतिम प्रभावकों के साथ हल करते हैं:

• बल नियंत्रण के साथ सर्वो चालित समानांतर ग्रिपरकठोर तत्वों को पकड़ें{{0}कैन बॉडी, कैप असेंबलियां, टैब लीड्स{{1}एक प्रोग्रामयोग्य समापन बल के साथ जो कभी भी भाग की क्रश सीमा से अधिक नहीं होता है।
• नरम पैड के साथ वैक्यूम ग्रिपरसतह सक्शन द्वारा इलेक्ट्रोड और विभाजकों को उठाएं, लेपित चेहरे पर भार वितरित करें ताकि सक्रिय सामग्री फैल न जाए। स्वच्छ वातावरण में कोई कण न छोड़ने के लिए पैड सामग्री का चयन किया जाता है।
• बेलनाकार जेली रोल के लिए कोर-ग्रिपिंग चकबाहरी हवा को छुए बिना रोल को उठाते हुए, खोखले मेन्ड्रेल के अंदर विस्तार करें।
• दृष्टि-निर्देशित चयन-और-स्थानपकड़ने से पहले प्रत्येक भाग का पता लगाता है, स्थिति बिखराव को सहन करता है जो एक कन्वेयर और अपस्ट्रीम स्टेशन अनिवार्य रूप से पेश करते हैं।

इंजीनियरिंग का मुद्दा यह है कि एक रोबोट उतना ही अच्छा होता है जितना उसका अंतिम प्रभावकारक और उसकी दृष्टि। जेनेरिक ग्रिपर्स से बनी एक स्वचालित लाइन कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाएगी और कम अपटाइम पर चलेगी। लाइन डिज़ाइन पार्ट-हैंडलिंग भौतिकी से शुरू होता है, रोबोट मॉडल से नहीं।

स्वचालित प्रवाह: समीकरण का दूसरा भाग

रोबोटिक ग्रिपिंग अलग-अलग स्टेशनों से हाथों को हटा देती है। स्वचालित स्थानांतरण से स्टेशनों के बीच का श्रम समाप्त हो जाता है-और यही वह जगह है जहां अधिकांश "स्वचालित" लाइनें चुपचाप विफल हो जाती हैं।

स्थानांतरण प्रणाली होनी चाहिएचक्र-समय का मिलान हुआ. यदि एक स्टैकिंग स्टेशन प्रति सेल 8 सेकंड लेता है और टैब-वेल्डिंग स्टेशन 5 सेकंड लेता है, तो लाइन अधिकतम 7.5 सेल/मिनट पर चलती है जब तक कि बफ़र्स अंतर को अवशोषित नहीं करते। तीन स्थानांतरण आर्किटेक्चर हावी हैं:

एक बेलनाकार पायलट लाइन के लिए, वॉकिंग-बीम इंडेक्सर वर्कहॉर्स है: कोशिकाएं एक निश्चित पिच पर चलती हैं, प्रत्येक स्टेशन एक ऑपरेशन करता है, और पूरी लाइन एक साथ स्पंदित होती है। थैली कोशिकाओं के लिए, स्वतंत्र पैलेट हावी होते हैं क्योंकि प्रक्रिया चरण {{1}स्टैकिंग, टैब वेल्डिंग, सीलिंग, डीगैसिंग {{2}बहुत अलग अवधि पर चलते हैं और डीकॉउलिंग की आवश्यकता होती है।

बफ़रिंग वह विवरण है जो एक सैद्धांतिक रेखा को चालू रेखा से अलग करता है। तेज़ स्टेशन और धीमे स्टेशन के बीच एक छोटी बफर पत्रिका चक्र समय में प्राकृतिक भिन्नता को अवशोषित करती है और जब भी कोई एकल स्टेशन हिचकी लेता है तो लाइन को रुकने से रोकती है। बफ़र्स रहित लाइनें पहली छोटी खराबी पर रुक जाती हैं; बफ़र्स वाली रेखाएँ उनके माध्यम से गुजरती हैं।

ए बनाम बी: सेमी-ऑटोमैटिक बनाम फुली ऑटोमैटिक असेंबली

ईमानदार तुलना मशीन-खिलाफ-मशीन नहीं है। यह दो ऑपरेटिंग मॉडल है.

अर्ध-स्वचालित मॉडल।अलग-अलग मशीनें {{0}एक वाइन्डर, एक टैब वेल्डर, एक क्रिम्पर{{1}प्रत्येक एक समर्पित कार्यकर्ता द्वारा संचालित होती हैं, जिसमें सेल को स्टेशनों के बीच हाथ से या साधारण कन्वेयर पर ले जाया जाता है। पूंजीगत लागत कम है. आउटपुट स्केल हेडकाउंट के साथ रैखिक रूप से होता है। गुणवत्ता ऑपरेटर की निरंतरता पर निर्भर करती है। प्रारूपों के बीच बदलाव तेजी से होता है क्योंकि मनुष्य तुरंत अनुकूलन कर लेते हैं।

पूरी तरह से स्वचालित मॉडल.प्रत्येक प्रक्रिया चरण के बीच रोबोटिक हैंडलिंग, स्वचालित स्थानांतरण और इनलाइन निरीक्षण के साथ एक एकीकृत लाइन। पूंजीगत लागत अधिक है -आम तौर पर 3-6× सेमी-ऑटो समकक्ष। आउटपुट लाइन के संतुलित चक्र समय द्वारा निर्धारित किया जाता है, हेडकाउंट द्वारा नहीं। गुणवत्ता सुसंगत है क्योंकि प्रत्येक कोशिका एक ही यांत्रिक पथ का अनुसरण करती है। चेंजओवर के लिए सॉफ़्टवेयर द्वारा प्रबंधित रेसिपी और फिक्सचर परिवर्तनों की आवश्यकता होती है।

उपज का अंतर श्रम के अंतर से अधिक मायने रखता है। प्रति वर्ष 2 मिलियन सेल का उत्पादन करने वाली लाइन पर 5% उपज में सुधार 100,000 कम रिजेक्ट है {{5} जो कि पूरे ऑपरेटर पेरोल की तुलना में सामग्री और पुनः कार्य लागत में अधिक है।

आरओआई मॉडल: प्रति सेल श्रम लागत और ब्रेकईवन वॉल्यूम

निर्णय मीट्रिक सरल है: प्रति सेल श्रम लागत=(ऑपरेटर × लोड की गई वार्षिक श्रम लागत) ÷ उत्पादित वार्षिक सेल।

भारित श्रम लागत {{0}मजदूरी प्लस लाभ, शिफ्ट प्रीमियम और प्रशिक्षण {{1}क्षेत्र के अनुसार व्यापक रूप से भिन्न होती है, दक्षिण पूर्व एशिया के कुछ हिस्सों में लगभग 15,000 अमेरिकी डॉलर प्रति वर्ष से लेकर पश्चिमी यूरोप और उत्तरी अमेरिका में 60 अमेरिकी डॉलर प्रति वर्ष तक। वह प्रसार स्वचालन उत्तर को पूरी तरह से बदल देता है।

कार्यशील मॉडल, प्रति वर्ष 2 मिलियन सेल:

• सेमी-ऑटो: 10 ऑपरेटर × USD 40, 000=USD 400,000/वर्ष → USD 0.20 प्रति सेल।
• पूर्ण ऑटो: 3 ऑपरेटर × USD 40, 000=USD 120,000/वर्ष → USD 0.06 प्रति सेल।
• वार्षिक श्रम बचत: 280,000 अमेरिकी डॉलर।
• 1.2 मिलियन अमेरिकी डॉलर की लाइन के मुकाबले, अकेले श्रम पर भुगतान ≈ 4.3 साल - उपज और स्क्रैप बचत से पहले।

उपज में सुधार जोड़ें (मान लें कि 2 मिलियन सेल्स का 4%=80,000 सेल्स 2.50 अमेरिकी डॉलर सामग्री लागत पर बचाए गए हैं, प्रत्येक=यूएसडी 200,000/वर्ष), और पेबैक लगभग 2.5 साल तक गिर जाता है। यही कारण है कि आरओआई मॉडल जो केवल श्रम की गणना करते हैं वे व्यवस्थित रूप से निराशावादी हैं, और जो मॉडल केवल पूंजीगत व्यय की गणना करते हैं वे दूसरी दिशा में गलत हैं।

ब्रेकईवन संदर्भ तालिका (भुगतान वर्ष, पूर्ण-ऑटो लाइन बनाम सेमी-ऑटो बेसलाइन)

तालिका एक मध्य-श्रेणी लाइन लागत, तीन ऑपरेटर बचत और एक यथार्थवादी उपज सुधार मानती है। सस्ते श्रम के साथ प्रति वर्ष 500,000 सेल पर, पूर्ण स्वचालन भुगतान नहीं करता है {{3} ईमानदार इंजीनियरिंग अनुशंसा एक सेमी-ऑटो लाइन है। पश्चिमी श्रम दरों के साथ प्रति वर्ष 2 मिलियन सेल पर, उपज प्रभाव की गणना करने से पहले ही पूर्ण-ऑटो लाइन कम लागत वाला निर्णय है।

बेलनाकार बनाम थैली: स्वचालन प्रोफ़ाइल भिन्न होती है

दो प्रमुख प्रारूप एक ही तरह से स्वचालित नहीं होते हैं।

बेलनाकार कोशिकाएँआसान स्वचालन समस्या हैं। कैन हर कदम पर एक कठोर, पकड़ने योग्य शरीर देता है। वाइंडिंग से एक बेलनाकार रोल बनता है जिसे एक कोर चक स्पष्ट रूप से उठा सकता है। स्टेशन {{3}वाइंडिंग, टैब वेल्डिंग, कैन इंसर्शन, कैप वेल्डिंग, क्रिम्पिंग{{4}अलग-अलग और इंडेक्सेबल हैं। यही कारण है कि उद्योग में पहली पूर्णतः स्वचालित असेंबली लाइनें बेलनाकार थीं। एपूरी तरह से स्वचालित बेलनाकार बैटरी पायलट असेंबली लाइनरोबोटिक सेल हैंडलिंग और इनलाइन परीक्षण के साथ प्रत्येक स्टेशन के माध्यम से कोशिकाओं को एक निश्चित पिच पर अनुक्रमित किया जाता है, और प्रारूप की कठोरता विफलता दर को कम रखती है।

थैली कोशिकाएंकठिन हैं. इलेक्ट्रोड स्टैक लचीला है, पाउच फिल्म नाजुक है, और इस प्रक्रिया में चरण शामिल हैं {{1}डिगैसिंग, री-सीलिंग, टैब फॉर्मिंग{{2}जो एक नरम, आयामी रूप से अस्थिर हिस्से पर काम करते हैं। पाउच असेंबली का स्वचालन स्वतंत्र पैलेट्स पर निर्भर करता है जो प्रत्येक सेल को बार-बार रिग्रिपिंग के बिना लाइन के माध्यम से ले जाता है, और स्टैक के लिए कोमल वैक्यूम एंड इफ़ेक्टर्स पर निर्भर करता है। इंजीनियरिंग अधिक मांग वाली है और आउटपुट की प्रति सेल लाइन लागत अधिक है, लेकिन मैनुअल पाउच असेंबली की श्रम-तीव्रता भी अधिक है, जो समीकरण को संतुलित करती है।

दोनों प्रारूपों में साझा सिद्धांत: हर बार जब कोई मानव हाथ किसी कोशिका को छूता है, तो वह स्पर्श एक प्लेसमेंट-समय लागत, एक संदूषण जोखिम और एक दोष अवसर होता है। ग्रिपर और कन्वेयर द्वारा हटाए गए प्रत्येक स्पर्श को एक ही बार में हटा दिया जाता है।

स्वचालन क्या ठीक नहीं करता

स्वचालन प्रक्रिया क्षमता का विकल्प नहीं है। एक लाइन जो रोबोट को खराब घाव रोल, गलत संरेखित टैब, या अस्थिर इलेक्ट्रोलाइट भरण के साथ फ़ीड करती है, वह मैन्युअल लाइन की तुलना में तेजी से स्वचालित रिजेक्ट उत्पन्न करेगी। स्वचालन निवेश के भुगतान के लिए अपस्ट्रीम प्रक्रियाएँ {{2}वाइंडिंग गुणवत्ता, टैब पोजिशनिंग, भरने की सटीकता{{3}पहले से ही नियंत्रण में होनी चाहिए।

स्वचालन का अर्थ अप्राप्य भी नहीं है। पूरी तरह से स्वचालित लाइन को अभी भी सामग्री पुनःपूर्ति, प्रक्रिया निगरानी और दोष पुनर्प्राप्ति के लिए ऑपरेटरों की आवश्यकता होती है। यथार्थवादी स्टाफिंग प्रति शिफ्ट 2-3 है, शून्य नहीं। अपटाइम, हेडकाउंट नहीं, वह मीट्रिक है जो आउटपुट को संचालित करती है: एक लाइन जो तीन ऑपरेटरों के साथ 85% समय चलती है, उस लाइन से बेहतर प्रदर्शन करती है जो 60% समय किसी के साथ नहीं चलती है।

रखरखाव कौशल सेट भी बदलता है। एक मैनुअल लाइन के लिए फिटर की आवश्यकता होती है। एक स्वचालित लाइन को स्वचालन तकनीशियनों की आवश्यकता होती है जो सर्वो, विज़न सिस्टम और पीएलसी तर्क को समझते हैं। वह कौशल बदलाव एक वास्तविक लागत है जो मॉडल से संबंधित है, आमतौर पर ऑपरेटरों की कम संख्या से ऑफसेट होती है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: स्वचालित बैटरी असेंबली अर्थशास्त्र

पूर्णतः स्वचालित बैटरी असेंबली लाइन को कितने ऑपरेटरों की आवश्यकता होती है?
तुलनीय अर्ध-स्वचालित लाइन के लिए प्रति शिफ्ट दो से तीन, बनाम 8-12। शेष कर्मचारी सामग्री पुनःपूर्ति, प्रक्रिया निगरानी और दोष पुनर्प्राप्ति को संभालते हैं {{3}स्वचालन का मतलब शून्य कर्मचारियों की संख्या नहीं है।

स्वचालित असेंबली लाइन के लिए यथार्थवादी भुगतान अवधि क्या है?
मध्य-श्रेणी की श्रम लागत के साथ प्रति वर्ष 2 मिलियन सेल पर, श्रम बचत और उपज में सुधार दोनों को ध्यान में रखते हुए लगभग 2.5-3 वर्ष। प्रति वर्ष 500,000 कोशिकाओं से कम, अर्ध-स्वचालित असेंबली आमतौर पर कम लागत वाला निर्णय होता है।

बैटरी असेंबली में स्वचालित करने का सबसे कठिन हिस्सा कौन सा है?
इलेक्ट्रोड स्टैक या जेली रोल को बिना किसी क्षति के संभालना। नरम, लेपित भागों को धातु के हिस्सों की तरह नहीं पकड़ा जा सकता है, इसलिए अंतिम प्रभावकार डिज़ाइन {{1}बेलनाकार रोल के लिए कोर चक, इलेक्ट्रोड स्टैक के लिए वैक्यूम पैड {{2}लाइन विश्वसनीयता निर्धारित करता है।

क्या स्वचालन से गुणवत्ता में सुधार होता है या श्रम कम हो जाता है?
दोनों। रोबोटिक प्लेसमेंट पूरी शिफ्ट में एक मिलीमीटर के अंशों तक दोहराया जा सकता है, जबकि मैन्युअल प्लेसमेंट ऑपरेटर की थकान के साथ कम हो जाता है। विशिष्ट प्रथम-पास उपज सेमी-ऑटो पर उच्च 80-मध्य 90 के दशक से नियंत्रित स्वचालित लाइन पर 96-99% तक चलती है।

क्या आप अपनी खुद की लाइन मॉडल करने के लिए तैयार हैं?
श्रम-लागत निर्णय अंकगणितीय है; उपज निर्णय इंजीनियरिंग है. टीओबी न्यू एनर्जी, एक प्रत्यक्ष स्रोत टर्नकी निर्माता के रूप में, आपके सेल प्रारूप, चक्र समय और दोष बजट के अनुसार इंजीनियर की गई पूरी तरह से स्वचालित बेलनाकार और पाउच सेल असेंबली लाइनों की आपूर्ति करती है, किसी सामान्य रोबोट कैटलॉग के आसपास नहीं। ज़ियामेन से स्टेशन-दर-स्टेशन लाइन लेआउट, आरओआई मॉडल और फैक्ट्री-डायरेक्ट कोटेशन प्राप्त करने के लिए सेल ड्राइंग, वार्षिक वॉल्यूम और अपनी स्थानीय लोडेड श्रम दर भेजें।

दुनिया भर में बेलनाकार और पाउच सेल कार्यक्रमों में असेंबली लाइन इंस्टॉलेशन से टीओबी न्यू एनर्जी प्रोसेस इंजीनियरिंग समूह द्वारा संकलित तकनीकी संदर्भ। लाइन-विशिष्ट आरओआई और स्टेशन ब्रेकडाउन के लिए, लिंक्डइन पर डॉ. डैनी हुआंग से जुड़ें या ज़ियामेन इंजीनियरिंग डेस्क पर अपने उत्पादन पैरामीटर सबमिट करें।