通过实现电池正极材料全线生产工厂的自动化来提高效率

抓住全球市场机遇

HCM 于 1997 年在台湾北部桃园市成立，为锂离子电池供应锂铁（铁）磷酸锰 (LMFP) 二级材料。随着绿色能源的蓬勃发展，电动汽车 (EV) 已成为全球趋势。电池技术在电动汽车行业中发挥着重要作用，正极材料是成功的关键。在流行的正极材料中，LMFP 因其独特的特性——安全性、更低的成本和更高的能量密度脱颖而出。HCM 与美国、欧洲和日本的一级客户（主要是电动汽车和电池行业）合作，为其客户提供客户特定的粉末。

与其他材料相比，LMFP 的优势被诸如更高的复杂性和更多的生产工作等缺点所抵消。“LMFP 生产肯定需要灵活的制造系统，”HCM 研发 (R&D) 高级经理 Vincent Huang 说。“在这个快速增长的市场中，提高公司竞争力的必由之路就是在尽可能短的时间内开发能耗低、制造系统高效且产能高的设备。”

事实证明，HCM 的独特优势在于其中一个业务部门开发所需制造系统设备的能力。因此，公司可以快速响应新要求，调整生产工艺，实现批量生产产品的能力。

此外，HCM 设备业务部还为具有类似生产工艺的其他材料制造商提供交钥匙解决方案，例如用于多层陶瓷电容器 (MLCC) 的陶瓷材料。使用设备的全面数字孪生和功能强大的仿真系统，而不必在调试前在内部测试和重做设备，从而满足客户特定要求的唯一办法就是使用设备的全面数字孪生和功能强大的仿真系统。

迈向更高的效率

这正是 Tecnomatix® 产品组合中 Plant Simulation 的用武之地，它是 Siemens Xcelerator 软件、硬件和服务业务平台的解决方案之一。HCM 于 2021 年 9 月实施该系统。实施后的第一步是对现有生产线进行仿真，并将差异调整为真实结果，从而提供与生产流程行为相一致的仿真结果。“Tecnomatix 可以准确地对产量、能耗、劳动力和生产成本进行仿真，帮助我们从实验室规模扩展到工业规模，”HCM 材料业务部生产技术和质量控制助理副总裁 William Chen 说。“该系统还帮助我们分析了制造瓶颈，降低了能耗和成本，从而解决了电动汽车行业的核心价值——减少碳排放。”

在第一阶段验证之后，HCM 使用该软件来模拟每个工作站的最佳部署。由于部分工位采用循环流程，而其他工位则采用批处理流程，因此正确部署每个工位至关重要。否则，设备闲置时间将大大降低生产效率。使用 Tecnomatix 大大减少了设备的闲置时间，提高了生产效率。例如，使用 Plant Simulation 将其砂磨机的生产效率提高了 15%，烧结窑 (RHK) 的利用率提高了 10%，氮气消耗降低了 10%，电力消耗降低了 5%。

但这只是应用的第一步。HCM 的目标是成为一家全线自动化和无人值守工厂。因此，在下一步中，这家制造企业通过仿真自动化制造系统来优化生产流程的顺序。每当必须对自动化柔性生产系统进行更改时，在引入更改之前进行仿真可以确认是否满足所有设计要求。这节省了质量控制和调整的人力。

Plant Simulation 可以与中央控制的监控和数据采集 (SCADA)/制造执行系统 (MES) 连接，HCM 将其称为“智能制造系统”。除了实时信息显示外，系统还可以进行预测性仿真，分析异常或问题并提前确认效果。

工程时间削减 50%

经过反复验证，已使用 Plant Simulation 模块构建优化的设备单元。构建标准用户对象后，可将这些对象用作设计数据库。一旦有新的工艺需求，就可以在 Plant Simulation 系统中实现，对工序结果进行仿真。HCM 可以使用此工具重新分配或调整设计以满足其需求。这样可以消除大量的修改。相反，它能以更少的精力和时间以及更低的成本提供可靠且可预测的性能数据。

“我们用于所有工作站的制造模块都用作制造数据库，”HCM 设备业务部高级助理副总裁 Jack Lee 说。“这样可以将设计时间缩短至少 50%。该系统可以准确地仿真工艺并在各种情况下显示结果，从而为我们节省了过去执行的许多修改。”

因此，对于 HCM 提供的每一种客户特定材料，都可以快速安全地执行生产中所需的更改。Plant Simulation 可以应用于新产品制造工艺规划，可以提前使用来模拟产量、能耗、人力需求和生产成本。它还可以减少新产品从研发 (R&D) 阶段到量产所需的时间和失败风险以及成本。

为类似材料设计自动化生产线

HCM 设备业务部还为其他具有类似生产工艺的材料制造商设计客户特定设备和完整生产线，例如钛酸锂 (LTO) 或 MLCC 陶瓷材料。除了制造数据库的设计优势外，Tecnomatix 还可用于推动销售：“在项目规划阶段，我们可以为客户提供接近实际情况的仿真结果，以减少误解并说服他们相信我们的解决方案，”Lee 说。“Plant Simulation 是一站式项目系统集成的适当工具。”