Gagner en efficacité en automatisant une ligne complète de production de matériaux pour les cathodes de batteries

Saisir une opportunité de marché mondial

Fondée en 1997 dans la ville de Taoyuan, dans le nord de Taïwan, HCM fournit des matériaux secondaires de lithium-ferrum (fer) phosphate de manganèse (LMFP) pour les batteries lithium-ion. Avec l'essor de l'énergie verte, le véhicule électrique (EV) est une tendance mondiale. La technologie des batteries joue un rôle important dans l'industrie des véhicules électriques, où le matériau de cathode est la clé du succès. Parmi les matériaux de cathode populaires, le LMFP se distingue par ses caractéristiques uniques : sécurité, coût réduit et densité énergétique plus élevée. HCM travaille avec des clients de premier plan aux États-Unis, en Europe et au Japon, principalement dans le secteur des véhicules électriques et des batteries, pour fournir leurs poudres spécifiques aux clients.

Les avantages du PFLM par rapport à d'autres matériaux sont compensés par des inconvénients tels qu'un degré de complexité plus élevé et un effort de production plus important. "La production de LMFP nécessite sans aucun doute un système de fabrication flexible", déclare Vincent Huang, directeur principal de la recherche et du développement (R&D) HCM. "Sur ce marché en pleine croissance, la seule façon de rendre l'entreprise plus compétitive est de développer des équipements à faible consommation d'énergie, avec un système de fabrication efficace et une capacité maximale dans les plus brefs délais."

L'avantage unique de HCM s'est avéré être la capacité de l'une de ses divisions commerciales à développer l'équipement système de fabrication requis. Par conséquent, l'entreprise peut répondre rapidement aux nouvelles exigences, adapter le processus de production et atteindre la capacité de fabriquer des produits en série.

En outre, la Division des activités d'équipement HCM Equipment fournit des solutions clés en main à d'autres fabricants de matériaux ayant des processus de production similaires, tels que les matériaux céramiques pour condensateurs céramiques multicouches (MLCC). La seule façon de répondre aux exigences spécifiques du client sans tester et refaire l'équipement en interne avant la mise en service est d'utiliser un jumeau numérique complet de l'équipement et un système de simulation performant.

Vers une plus grande efficacité

C'est là qu'intervient Plant Simulation du portefeuille de Tecnomatix®, l'une des solutions de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, composée de logiciels, de matériel et de services. Le système a été mis en œuvre par HCM en septembre 2021. La première étape après la mise en œuvre a consisté à simuler la ligne de production existante et à ajuster les différences au résultat réel, afin d'obtenir des résultats de simulation cohérents avec le comportement des processus de production. "Tecnomatix simule avec précision la production, la consommation d'énergie, la main-d'œuvre et les coûts de production, ce qui nous aide à passer de l'échelle du laboratoire à l'échelle industrielle", explique William Chen, vice-président adjoint, Responsable Technologie de production et contrôle qualité, HCM Material Business. "Le système nous a également aidés à analyser les goulots d'étranglement de fabrication et à améliorer la consommation et les coûts d'énergie, ce qui correspond à la valeur fondamentale de l'industrie des véhicules électriques : la réduction des émissions de carbone."

Après cette première phase de vérification, HCM a utilisé le logiciel pour simuler le meilleur déploiement pour chaque poste de travail. Comme certaines stations fonctionnaient selon le cycle et d'autres suivaient des processus discontinus, il était essentiel de les déployer correctement. Dans le cas contraire, les temps d'inactivité des équipements réduiraient considérablement l'efficacité de la production. L'utilisation de Tecnomatix a permis de réduire considérablement le temps d'inactivité des équipements et d'améliorer l'efficacité de la production. Par exemple, grâce à Plant Simulation, elle a augmenté l'efficacité de production de son usine de sable de 15 %, le taux d'utilisation du four à rouleaux de 10 % et la consommation d'azote de 10 % et celle d'électricité de 5 %.

Mais cette application n'était que la première étape. HCM avait pour objectif de devenir une usine entièrement automatisée et sans personnel. À l'étape suivante, l'entreprise de fabrication a optimisé la séquence du processus de production en simulant le système de fabrication automatisé. Chaque fois que des modifications doivent être apportées au système de production automatisé et flexible, la réalisation de simulations avant la phase d'entrée peut confirmer que toutes les exigences de conception sont satisfaites. Cela permet d'économiser de la main-d'œuvre pour le contrôle de la qualité et les ajustements.

Plant Simulation peut être interfacée avec le contrôle central du système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA)/système d'exécution de la fabrication (MES), que HCM appelle son système de fabrication intelligent. Outre l'affichage d'informations en temps réel, le système peut également effectuer des simulations prédictives, analyser des anomalies ou des problèmes et confirmer les effets à l'avance.

Une réduction du temps de conception de 50 %

Après des vérifications répétées, les unités d'équipement optimisées ont été construites à l'aide des modules Plant Simulation. Lorsque les objets utilisateur standard ont été créés, ils peuvent être utilisés comme base de données de conception. Une fois qu'il y a une nouvelle exigence de processus, elle peut être réalisée dans le système Plant Simulation pour simuler les résultats opérationnels. HCM peut réaffecter ou ajuster la conception pour répondre à ses besoins à l'aide de cet outil. Cela permet d'éliminer de nombreuses modifications. Au contraire, il fournit des données de performance fiables et prévisibles avec moins d'efforts, de temps et de coûts.

"Nos modules de fabrication pour tous les postes de travail servent de base de données de fabrication" explique Jack Lee, vice-président adjoint senior de la Division des activités d'équipement HCM. "Cela permet de réduire le temps de conception d'au moins 50 %. Le système simule avec précision le processus et montre les résultats dans différentes circonstances, ce qui nous permet d'économiser de nombreuses modifications que nous exécutions par le passé."

Ainsi, pour chaque matériau spécifique proposé par HCM au client, les changements de production requis peuvent être exécutés rapidement et en toute sécurité. Plant Simulation peut être appliqué à la planification des processus de fabrication de nouveaux produits, qui peuvent être utilisés à l'avance pour simuler la production, la consommation d'énergie, les besoins en main-d'œuvre et les coûts de production. Il permet également de réduire le temps nécessaire, le risque d'échec et le coût des nouveaux produits, de la phase de recherche et développement (R&D) à la production de masse.

Concevoir des lignes de production automatisées pour des matériaux similaires

La Division des activités d'équipement HCM conçoit également des équipements spécifiques aux clients et des lignes de production complètes pour d'autres fabricants de matériaux ayant des processus de production similaires, tels que le titanate de lithium (LTO) ou les matériaux céramiques pour MLCC. Outre les avantages de conception de la base de données de fabrication, Tecnomatix peut également être utilisé pour stimuler les ventes : "Au cours de la phase de planification du projet, nous pouvons fournir aux clients des résultats de simulation proches de la situation réelle afin de réduire les malentendus et de les convaincre de notre solution", explique M. Lee. Plant Simulation est le meilleur outil pour l'intégration d'un système de projet clé en main."