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Jul 15, 2023

野心的な電池の大規模生産を可能にする

バッテリー産業は、2010 年代の終わりまでに 10 倍に成長すると予測されています。 この成長は、主に電化製品向けのリチウムイオン (Li-ion) 電池の需要の増加によって推進されています。

バッテリー産業は、2010 年代の終わりまでに 10 倍に成長すると予測されています。 この成長は、主に電化輸送およびエネルギー貯蔵用として、リチウムイオン (Li-ion) 電池の需要の増加によって推進されています。 市場の需要が高く、多くの国で政府の支援が増えているため、新興企業、合弁事業、既存企業の間で市場のリーダーを決める熾烈な競争が生じています。 新規参入者と既存のサプライヤーは、コスト、品質、持続可能性の目標を達成しながらスケールアップ時間を短縮し、スクラップ率を削減し、スループットを最大化する方法という同じ課題の多くに直面しています。 従来の製造慣行では、これらの目標を達成することはできません。

むしろ、費用対効果の高い方法でバッテリー生産を拡大し、市場で主導的な地位を獲得しようとしている企業には、自動化テクノロジーと産業用 IoT (IIoT) を活用して、生産のデジタル ツインが実際の工場の運用に接続される、製造用のデジタル エンタープライズ フレームワークが必要です。デバイス。 これにより、生産ラインの仮想設計と最適化、および工場現場での実装前に生産プロセスの検証が可能になり、投資のリスクが軽減され、拡張までの時間が短縮されます。

デジタル フレームワークをオートメーション ハードウェアおよびソフトウェア、および産業用 IoT と接続することで、生産のエンドツーエンドの統合が促進されます。 これにより、大規模生産に対する実行上の洞察と、長期的にプロセスの持続可能性と収益性のバランスをとりながら、生産スループットを継続的に向上させるデータ駆動型フレームワークが提供されます。

過去数年の例では、企業がギガファクトリーの発表から大規模な安定した生産を実現するまでに 7 年以上かかる可能性があることが示されています。 急速に変化する電池市場においては、生産規模を拡大するまでにこの長い時間がかかることが大きな課題となっています。 製造業の仮想開発の目標は、複数の分野にまたがるエンジニアリングを接続して、プラントの設計、建設、レイアウトを迅速化することです。 そこから、企業はプロセス、ライン、プラントの信頼できる仮想バージョンを作成し、現実世界で行うようなコストやリスクを負うことなく、生産プロセスを繰り返し委託することができます。 さらに、シミュレーション、セルエンジニアリング、最適化を活用すると、大幅に加速できます。

エンジニアは、シミュレーションを使用して、セルの性能、セルの安全性、劣化に対するさまざまな化学物質の影響を正確に評価し、セルの設計を最適化してエネルギー密度と急速充電を最大化できます。 デジタルツインを活用して、パック要件やエンドシステム要件に照らしてセルの設計と動作を仮想的に検証できます。 これにより、企業はコストと時間がかかるテストのみのアプローチから解放されます。 企業が当社のデジタル ツイン フレームワークを採用するにつれて、バッテリーの設計とエンジニアリングが 2 倍から 3 倍高速化されています。 堅牢な PLM バックボーンにより、製品、生産、工場のデジタル ツインが接続されたままになるため、企業はライフサイクル全体にわたって相互依存性や変化の影響を考慮できるようになります。

材料化学、セル設計、製造技術の急速な進化を考慮すると、バッテリー製品と生産のデジタルツインがバッテリー業界にとって重要なニーズになりつつあります。 変化する業界でリーダーの地位を獲得するには機敏性が必要であり、最適なエネルギーと原材料の使用を維持するためにそれらの変化を迅速に検証する必要があります。

当社の顧客の 1 つは、シーメンスのデジタル ツイン フレームワークを活用してセル エンジニアリングと最適化を加速し、実験室の生産プロセスからスケールアップした本格的な製造ラインを仮想的に委託しています。 このフレームワークを採用することで、バッテリーセルが実験室から大規模な生産に至るまでの時間を短縮できると同時に、持続可能性の目標と独自の要件も満たすことができました。

大規模生産における最大の課題の 1 つは、非常に高いスクラップ率です。 セル生産開始時のスクラップ率は 40% 以上である一方、生産開始から数年後にフルスピードの生産能力に達した時点では、ほとんどの場合 10% 未満に留まることが確認されています。 これらのレベルは、生産コストを削減する上での重要なボトルネックとなります。