Сергеев А.Н., Марченко В.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛИТИЙ-ИОННЫХ БАТАРЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА *
Аннотация:
в статье рассматривается производственный процесс сборки литий-ионных аккумуляторных батарей на примере технологической линии компании Tritek, включающей девять основных этапов: тестирование BMS, сортировку ячеек, автоматизированные операции точечной и лазерной сварки, сборку корпуса, старение, тестирование герметичности и финальный EOL-контроль. На основе анализа сильных и слабых сторон процесса предлагаются направления цифровизации в контексте концепции Индустрии 4.0, включая внедрение MES-уровня, сквозной трассируемости изделий и автоматизированного EOL-тестирования. Далее создаётся цифровой двойник производственной линии в среде AnyLogic, позволяющий количественно оценить влияние улучшений на производительность, стабильность цикла и уровень брака. Проведённое сравнение показало, что применение методов Индустрии 4.0 — синхронизированного документооборота, интеллектуального контроля качества и оптимизации загрузки оборудования — приводит к снижению среднего времени цикла, уменьшению вариативности и значительному сокращению дефектов на критических этапах.
Ключевые слова:
цифровой двойник, математическая модель, автоматизация, процесс
Цифровой двойник (Digital Twin) — это виртуальная копия физического объекта, процесса или системы, которая синхронизируется с реальным аналогом в реальном времени через датчики и IoT-устройства. Эта технология стала одним из ключевых драйверов Четвертой промышленной революции (Индустрия 4.0) [1]. Tritek – производитель литий-ионных батарей (Китай). OEM/ODM-производитель литий-ионных аккумуляторов и систем управления батареей (BMS), с фокусом на решения для легкого электротранспорта (LEV) и систем накопления энергии (ESS). Делают полный цикл: разработка секций батарей (PACK), собственные BMS, производство и послепродажная поддержка, на сайте отдельно выделены направления LEV, портативные накопители, ESS. В материалах Tritek «умная батарея» = классический PACK + интегрированная Smart BMS. Типовые возможности, которые они подчёркивают: мониторинг и защита (напряжение/ток/температура, защита от перезаряда/переразряда/КЗ/перегрева). балансировка ячеек (в т.ч. активная в линейке Tritek). коммуникации – поддержка CAN, RS-485, UART (обмен телеметрией и командами с контроллерами ТС/ЗУ/ШК). производственная трассируемость и тесты – Tritek расписывает процесс изготовления PACK из 9 шагов (BMS-тест до интеграции, сортировка ячеек, автоматическая точечная/лазерная сварка, финальные испытания), что критично для повторяемости «умных» функций. Этапы производства [2]: проверка/тест BMS (системы управления аккумулятором) до сборки, сортировка ячеек, монтаж ячеек в держатели, сопротивительная (точечная) сварка модуля, лазерная сварка, сборка корпуса/клеевая фиксация, старение батареи, проверка герметичности, тестирование окончательного продукта PACK. На рисунке 1 представлена блок-схема процесса производственной линии аккумуляторов, в которой представлены все этапы производства. . Рисунок 1. Блок-схема производственной линии. В процессе уже используется привязка данных старения к штрих-коду, но можно формализовать это как элемент MES-системы: каждому PACK/модулю при сборке присваивается уникальный ID (штрих-код или QR), под этим ID в базе автоматически накапливаются данные ключевых операций, результаты первичного теста BMS, партия и параметры ячеек (напряжение, внутреннее сопротивление), результаты старения и EOL-теста. На рисунке 2 представлена базовая схема технологического процесса, разработанная в программе AnyLogic [3], производства аккумуляторных модулей, включающая операции тестирования, сварки, сборки, старения, контроля утечек и финального EOL-теста. Диаграмма демонстрирует последовательность прохождения изделия через ключевые участки, загрузку оборудования, а также распределения времени производства и прочностных характеристик сварки. Эта схема используется как основа для последующего сравнения влияния внедрения концепции Индустрии 4.0 на параметры производственного цикла. По статистике производственная эффективность компании Tritek составляет от 4000 секций батарей в день [4]. . Рисунок 2. Схема производства. Индустрия 4.0 предполагает переход к полностью цифровизированному и взаимосвязанному производству, где ключевую роль играют автоматизация, сенсорные системы, киберфизические устройства и аналитика данных в реальном времени [5]. В рамках моделируемой технологической цепочки аккумуляторных модулей эта концепция была реализована через оптимизацию узких мест процесса, сокращение времени документального обмена и повышение точности контроля качества. В модели были реализованы следующие улучшения: DocBMS и DocEOL – время документарных операций снижено: Industry4.0: 0.1 мин вместо 2 мин, что отражает переход к полностью цифровому документообороту, BatchAging – увеличена вместимость партии батарей: 40 модулей вместо 30, что улучшает пропускную способность Aging-линии, Aging – уменьшено время старения батарей: 600 мин вместо 720 мин, как результат оптимизации температурных профилей и цифрового мониторинга, EOL Test – ускорен финальный тест батареи: 3 мин вместо 5 мин, благодаря внедрению цифровых диагностических алгоритмов, AfterLeak – повышена точность теста на герметичность: вероятность успешного прохождения выросла с 0.95 до 0.97. Совокупно эти изменения отражают влияние цифровизации, автоматизации и улучшенного контроля качества, лежащих в основе Индустрии 4.0. Сравнительный анализ результатов работы системы: до внедрения Industry 4.0 – среднее время прохождения полного цикла составляло 1332 мин, после внедрения Industry 4.0 – среднее время сократилось до 1098 мин, снижение брака на критических этапах Leak/EOL – количество дефектов уменьшилось с 4 до 1 шт., что связано с повышенной точностью EOL-теста и улучшенным обнаружением микроутечек, Aging – загрузка уменьшилась с 0.20 до 0.12, EOL – загрузка снизилась с 0.12 до 0.09. Это говорит о более равномерном распределении нагрузки и устранении bottleneck-ов. Применение подходов Индустрии 4.0 позволило: ускорить процесс прохождения батареи через цепочку технологических операций, снизить вариативность времени производства, повысив стабильность выпуска, уменьшить долю брака на ключевых этапах контроля, снизить загрузку оборудования на наиболее проблемных операциях, обеспечить цифровизацию документации и ускорить информационный обмен. В результате внедрения решений Индустрии 4.0 среднее время прохождения полного производственного цикла сократилось с 1332 до 1058 минут. При неизменной конфигурации производственных мощностей это обеспечивает рост потенциальной суточной производительности примерно на 18%.
Номер журнала Вестник науки №12 (93) том 4 ч. 1
Ссылка для цитирования:
Сергеев А.Н., Марченко В.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ЛИТИЙ-ИОННЫХ БАТАРЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА // Вестник науки №12 (93) том 4 ч. 1. С. 780 - 787. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/27861 (дата обращения: 07.02.2026 г.)
Вестник науки © 2025. 16+