Проектирование роботизированной линии для производства литий-ионных батарей в Боливии
Аннотация
Актуальность и степень разработанности темы исследования.
Автоматизация технологических процессов в машиностроении и проектирование автоматизированных линий с высокой долей роботизации является актуальным направлением развития прикладной науки и важной составляющей цифровой трансформации производства в рамках идеологии Индустрии 4.0. Не менее актуальной является проблема обеспечения энергией автономных транспортных средств и роботов, для чего необходимо производить хорошего качества аккумуляторы. Одним из пригодных типов аккумуляторов являются литий-ионные аккумуляторы.
Соленое озеро Салар-де-Уюни расположено на юго-западе Боливии недалеко от гребня Анд на высоте 3656 метров над уровнем моря и содержит 21 % мировых запасов лития. Запасы оцениваются примерно в 9 миллионов тонн ценного минерала. Это месторождение в настоящее время не разрабатывается на высоком уровне и остается предметом повышенного интереса многих международных компаний, поскольку литий является важнейшим химическим компонентом при производстве литий-ионных аккумуляторов. Электрические батареи этого типа используются в электронных устройствах, включая сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, а также в качестве источников питания для транспортных средств и мобильных роботов.
Обладая необходимыми ресурсами, Боливия способна создать собственное производство литий-ионных аккумуляторов, пользующихся большим спросом внутри страны и на мировом рынке. На этапе создания инновационной отрасли для Боливии может быть полезным сотрудничество с другими индустриальными странами. Таким образом, автоматизированный завод по производству литий-ионных аккумуляторов представляется экономически выгодным проектом для всех участников благодаря выгодному расположению вблизи литиевого месторождения. И первые шаги в этом направлении уже сделаны. Боливия начала проект с серии пилотных заводов, более того, в настоящее время она планирует произвести около 400 тонн карбоната лития (начальная фаза производства батарей) из своих запасов в солончаках Уюни и Койпаса.
Сегодня завод по производству карбоната лития производит около 20 тонн в месяц. Однако ожидается, что объем производства будет увеличен со строительством еще одного завода по производству карбоната лития специально для аккумуляторов в объеме 15 тыс. тонн в год. Автоматизированная линия является наиболее подходящим способом организации производства литий-ионных аккумуляторов ввиду большого объема производства и повторяемости технологических операций. Роботы и системы управления на автоматизированной линии позволяют эффективно производить высококачественные изделия благодаря высокоскоростному и высокоточному позиционированию.
Целью настоящей научно-квалификационной работы является разработка методов проектирования гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей с использованием коллаборативных роботов совместно с системой управления. В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
1. Составить формализованное описание гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей.
2. Разработать компьютерную модель гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей.
3. Разработать метод совместного проектирования гибкого производственного комплекса и системы его управления с учетом применения коллаборативных роботов.
Научная новизна представленных в научно-квалификационной работе результатов состоит в следующем:
1. Разработан новый подход к моделированию автоматизированной технологической линии, который позволяет учесть гибкую структуру производства в рамках параметрической модели управляемых операций.
2. Разработан новый метод планирования производственной системы, гибкость которой определяется многофункциональными промышленными роботами с развитым человеко-машинным интерфейсом.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Практическая ценность выполненной работы определяется пригодностью результатов исследования для планирования и строительства автоматизированного завода по изготовлению литий-ионных батарей вблизи одного из крупнейших в мире месторождения лития на территории Боливии. Следует отметить, что в соответствии с действующим договором, разработка месторождения будет выполняться совместно с Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом».
Теоретическая значимость работы заключается в том, что разработан метод проектирования оптимальной автоматизированной линии, оснащенной коллаборативными роботами.
Методология и методы научного исследования.
Для решения задач исследования были использованы методы компьютерного моделирования и автоматизированного проектирования, теории автоматического управления, системного анализа.
Личный вклад автора.
Выбор направления исследования, цели и задачи научно-квалификационной работы, интерпретация полученных результатов и выводов осуществлялись совместно с научным руководителем О.М. Огородниковой. Автором самостоятельно было разработано техническое решение, созданы модели, представлены результаты работы на конференциях.
Степень достоверности и апробации результатов.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается использованием сертифицированного программного обеспечения, апробированных методов выполнения вычислительных эксп6риментов.
Публикации.
Основные результаты исследований представлены в 7 научных публикациях, из них 3 статьи соответствуют требованиям ВАК РФ и индексированы в международной базе SCOPUS, 4 статьи опубликованы в трудах международных и российских конференций.
Автоматизация технологических процессов в машиностроении и проектирование автоматизированных линий с высокой долей роботизации является актуальным направлением развития прикладной науки и важной составляющей цифровой трансформации производства в рамках идеологии Индустрии 4.0. Не менее актуальной является проблема обеспечения энергией автономных транспортных средств и роботов, для чего необходимо производить хорошего качества аккумуляторы. Одним из пригодных типов аккумуляторов являются литий-ионные аккумуляторы.
Соленое озеро Салар-де-Уюни расположено на юго-западе Боливии недалеко от гребня Анд на высоте 3656 метров над уровнем моря и содержит 21 % мировых запасов лития. Запасы оцениваются примерно в 9 миллионов тонн ценного минерала. Это месторождение в настоящее время не разрабатывается на высоком уровне и остается предметом повышенного интереса многих международных компаний, поскольку литий является важнейшим химическим компонентом при производстве литий-ионных аккумуляторов. Электрические батареи этого типа используются в электронных устройствах, включая сотовые телефоны, ноутбуки, цифровые фотоаппараты, а также в качестве источников питания для транспортных средств и мобильных роботов.
Обладая необходимыми ресурсами, Боливия способна создать собственное производство литий-ионных аккумуляторов, пользующихся большим спросом внутри страны и на мировом рынке. На этапе создания инновационной отрасли для Боливии может быть полезным сотрудничество с другими индустриальными странами. Таким образом, автоматизированный завод по производству литий-ионных аккумуляторов представляется экономически выгодным проектом для всех участников благодаря выгодному расположению вблизи литиевого месторождения. И первые шаги в этом направлении уже сделаны. Боливия начала проект с серии пилотных заводов, более того, в настоящее время она планирует произвести около 400 тонн карбоната лития (начальная фаза производства батарей) из своих запасов в солончаках Уюни и Койпаса.
Сегодня завод по производству карбоната лития производит около 20 тонн в месяц. Однако ожидается, что объем производства будет увеличен со строительством еще одного завода по производству карбоната лития специально для аккумуляторов в объеме 15 тыс. тонн в год. Автоматизированная линия является наиболее подходящим способом организации производства литий-ионных аккумуляторов ввиду большого объема производства и повторяемости технологических операций. Роботы и системы управления на автоматизированной линии позволяют эффективно производить высококачественные изделия благодаря высокоскоростному и высокоточному позиционированию.
Целью настоящей научно-квалификационной работы является разработка методов проектирования гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей с использованием коллаборативных роботов совместно с системой управления. В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи:
1. Составить формализованное описание гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей.
2. Разработать компьютерную модель гибкого организационно-технологического комплекса для производства литий-ионных батарей.
3. Разработать метод совместного проектирования гибкого производственного комплекса и системы его управления с учетом применения коллаборативных роботов.
Научная новизна представленных в научно-квалификационной работе результатов состоит в следующем:
1. Разработан новый подход к моделированию автоматизированной технологической линии, который позволяет учесть гибкую структуру производства в рамках параметрической модели управляемых операций.
2. Разработан новый метод планирования производственной системы, гибкость которой определяется многофункциональными промышленными роботами с развитым человеко-машинным интерфейсом.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Практическая ценность выполненной работы определяется пригодностью результатов исследования для планирования и строительства автоматизированного завода по изготовлению литий-ионных батарей вблизи одного из крупнейших в мире месторождения лития на территории Боливии. Следует отметить, что в соответствии с действующим договором, разработка месторождения будет выполняться совместно с Государственной корпорацией по атомной энергии «Росатом».
Теоретическая значимость работы заключается в том, что разработан метод проектирования оптимальной автоматизированной линии, оснащенной коллаборативными роботами.
Методология и методы научного исследования.
Для решения задач исследования были использованы методы компьютерного моделирования и автоматизированного проектирования, теории автоматического управления, системного анализа.
Личный вклад автора.
Выбор направления исследования, цели и задачи научно-квалификационной работы, интерпретация полученных результатов и выводов осуществлялись совместно с научным руководителем О.М. Огородниковой. Автором самостоятельно было разработано техническое решение, созданы модели, представлены результаты работы на конференциях.
Степень достоверности и апробации результатов.
Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается использованием сертифицированного программного обеспечения, апробированных методов выполнения вычислительных эксп6риментов.
Публикации.
Основные результаты исследований представлены в 7 научных публикациях, из них 3 статьи соответствуют требованиям ВАК РФ и индексированы в международной базе SCOPUS, 4 статьи опубликованы в трудах международных и российских конференций.