Wie die Batteriefabrik der Zukunft aussehen könnte Intelligente Fertigung von Batteriezellen
Wer ein Elektro-Auto fährt, muss sich auf die Batterie verlassen können. Um deren Qualität zu gewährleisten, sind bei der Fertigung erhebliche Anstrengungen nötig. Denn in jeder der vielen Batteriezellen stecken hauchdünne Elektroden, die sehr empfindlich sind. Eine hochautomatisierte Fertigung könnte die Fehler noch während der Produktion erkennen und gegensteuern. Die Technische Universität Braunschweig beteiligt sich an einem Forschungsprojekt, das sich mit den Voraussetzungen einer solchen Zukunftsfabrik beschäftigt.
Um herauszufinden, welche Anforderungen an eine Batteriefabrik der Zukunft gestellt werden, haben sich die TU Braunschweig und weitere Forschungseinrichtungen zusammengetan. Unter der Leitung des Fraunhofer IPA wird ein virtuelles Produktionssystem für die Batteriezellenfertigung aufgebaut. Dazu werden alle Arbeitsschritte bei der Batteriezellfertigung in Simulationsmodellen abgebildet. Schließlich werden diese vielen Einzelmodelle auf einer digitalen Plattform, dem ViPro-System, zusammengeführt. So entsteht ein virtuelles Bild der gesamten Fertigung.
Das virtuelle Produktionssystem hat mehrere Vorteile. Vor allem dient es der Steuerung und Optimierung der gesamten Fertigung. Als Digitaler Zwilling der physischen Maschinen sammelt es in Echtzeit die Daten der zahlreichen Sensoren und Schaltstellen. Registrieren die Fühler eine Abweichung von der Norm, muss das Bauteil nicht unbedingt ausgemustert werden. Der Fehler lässt sich möglicherweise in den nächsten Arbeitsschritten mit veränderten Einstellungen ausgleichen. Das System lernt selbst, welche Konstellationen zum besten Ergebnis führen. So kann das virtuelle Produktionssystem auch dazu beitragen, die Anlage zu optimieren.
Seitens der TU Braunschweig ist das Institut für Werkzeugmaschinen zuständig für die Konzeptionierung und Umsetzung der prozessübergreifenden Produktionssteuerung und des intelligenten Betriebsleitsystems. Das heißt, hier werden jene Komponenten des Gesamtsystems untersucht, die die Entscheidungen für die weitere Produktion treffen. Dabei arbeiten die Braunschweiger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den Daten aus Modellen sowie mit echten Produktionsdaten, um mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens die Zwischenprodukte zu beurteilen und die Produktionsparameter von Folgeprozessen zu optimieren. Zur Halbzeit des Projektes können die Forschenden der TU Braunschweig ein Konzept der übergreifenden Systemarchitektur präsentieren, das die Verknüpfung der prozessübergreifenden Produktionssteuerung und des intelligenten Betriebsleitsystems mit den Modellen sowie einer Datenbank darstellt und die Funktionen der Steuerungskomponenten näher beschreibt.
Weitere ausführliche Informationen zum Projekt:
Projektdaten:
Das Vorhaben „Virtuelle Produktionssysteme in der Batteriezellfertigung zur prozessübergreifenden Produktionssteuerung“ (ViPro) wird vom 01.10.2020 bis 30.09.2023 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Dachkonzepts »Forschungsfabrik Batterie« im Batterie-Cluster InZePro gefördert (Projektträger Jülich (PtJ), Förderkennzeichen: 03XP0324A). Die Fördersumme beträgt insgesamt 2,2 Mio. Euro. Beteiligt sind unter Federführung des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig, das Institut für Produktionstechnik (wbk) desKarlsruher Instituts für Technologie und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).