ある特別なクリスマスに、私は今までで最高のプレゼントを受取ったことを覚えています。それは1/18スケールの赤くて派手なシェルビーのリモコンカーです。私はこの火の玉のような車で何時間も遊び、リビングルームの周りを走らせたものです。しかし、バッテリが切れてしまったため、その楽しさは一挙に終わり、年明けまで交換することはできませんでした。最近の子どもたちはおもちゃにリチウムバッテリを使うようになりました。それがどんなにラッキーなことか!
電気自動車(EV)のドライバーや、電気駆動のトレインを設計しているエンジニアは、この問題をよく理解しています。信頼性が高く、予測可能な充電の必要性は、バッテリ技術の進歩がこの分野の将来において重要な役割を果たすことを浮き彫りにしています。このことは、自動車産業における既存の秩序を破壊しようとする新興企業の急増を目の当たりにして、より明白になってきています。
企業や個人による電気自動車の普及を支えるためには、増大する需要に対応し、市場の急激な成長を促すようなバッテリ用のインフラを整備する必要があります。この課題は、国際エネルギー機関(IEA)によって強調されており、世界の推定EV生産目標を達成するためには、EV用バッテリの世界生産能力を2025年までに少なくとも3倍にする必要があると試算しています。
バッテリメーカが成長を遂げるためには、従来の生産技術や製造方法をさらに拡大する必要があります。電気自動車が必要とする数十億ワットのエネルギーを供給するための1つのアプローチは、「ギガファクトリー」(電気自動車用のバッテリを巨大な規模で生産するための専用施設)を作ることです。
スマートマニュファクチャリングの能力の導入は、大規模なギガファクトリー運営のための強固な基盤を築くための重要なステップとなります。高速かつ柔軟で効率的なバッテリ生産の青写真を描く上で、EV分野の経営者は、自社の施設の技術的な背骨を定義する一連の構造的な決定を下すことが求められています。しかし、決断をせず、機械メーカに決断を委ねることは、TCOの高い低パフォーマンスの工場というリスクにさらされることになります。
しかし、このようなリスクを軽減するためにできる決定があります。その重要なポイントは、以下の4つです。
バッテリの製造工程は研究開発から始まります。ギガファクトリーモデルで、バッテリメーカは仮想ツールを利用して、設計を最適化し、プロセスをエンド･ツー･エンドで調整し、製品開発の多くの段階でより高い効率を実現します。やがて、この仮想環境からのデータが集約･処理され、よりスリムで効率的な生産サイクルにつながる迅速な製品テストが可能になります。
工場設備や工程の「デジタルツイン」の開発は、バーチャルプロダクションの重要な要素です。物理的な環境をデジタルで再現することで、デジタル･ツイン･ソフトウェアは、新しいプロセスに関するスタッフのトレーニングや、人員や場所を超えた情報の容易な伝達を可能にするなど、製造の全範囲にわたってメリットを提供することができるのです。
バッテリが製造され、販売され、使用されるにつれ、データはセンサベースの技術によって物理的な世界で収集され、仮想世界にフィードバックされます。この2つの領域を融合させることで、バッテリメーカは、より多くのデータを消化･理解することで継続的に改善される、より無駄のないプロセスを生み出すことができるのです。
オペレーション規模が大きくなるにつれて、生産の可視化に対するニーズが高まります。製造実行システム(MES)ソフトウェアは、制御システムとビジネスシステムの両方を統合して、企業全体の注文の実行と追跡を改善することで、この要件を満たします。適切なコンテキストがあれば、生産データを実用的な情報に変換することは、はるかに容易な作業となります。また、機械オペレータが問題や不具合を追跡、特定し、対処することができるため、ダウンタイムのリスクを低減し、全体的な生産性を向上させることができます。
これらのアプリケーションを時間をかけて企業全体に拡大することで、すべてのオペレーションにおいて真に単一のバージョンが得られるようになります。データを正確に収集し、オペレーションの可視性を高めることで、企業は場所に関係なく、さまざまな異なるマシンをベンチマークすることができます。
例えば、世界10カ所に工場を持つ電気自動車メーカは、どの設備、ライン、機械が他より優れているかを確認し、それに応じて調整することができます。このように、現場からのリアルタイムな情報を他の重要なデータソースと統合することで、分散し、ある程度孤立していたオペレーションを360度見渡すことができるようになるのです。
3. マテリアルハンドリングのハードウェアを、ソフトウェアと同じ優先順位で選択する
多くのビジネスリーダは、スマートマニュファクチャリングの焦点はソフトウェアにあると考えます。しかし、これでは、デジタル工場が生み出すインパクトの大部分を見逃してしまいます。ハードウェアは、ギガファクトリーが必要とする俊敏性のレベルを達成し、設計によって効率化された無駄のないコンパクトな工場レイアウトを促進する上で、重要な役割を担っています。
ソフトウェアの高度化にかかわらず、従来の搬送システムのような柔軟性に欠ける設備は、業務のスピードを低下させるだけです。これらのシステムでは、回転駆動のチェーン、ベルト、ギアボックスなど、何百もの機械的な細部を持つモーションコントロール技術を使用しているため、利用できる柔軟性が限られています。また、動作速度や加速度･減速度にも限界があり、ギガファクトリーのニーズには応えることができません。
ギガファクトリーの効果を最大化するためには、ソフトウェアとともにハードウェアの変革に注力する必要があります。これは、独立してプログラム可能なムーバを使用して、従来の搬送システムの制約から生産を解放する独立型カートテクノロジ(ICT)の実装を含むことができます。より速く、より柔軟なラインを可能にすることで、エンドユーザはモジュール生産と切換え時間の短縮の恩恵を受けることができます。
接続性は、ギガファクトリーのオペレーションにスピードと応答性をもたらし、堅牢で安全なネットワークとソフトウェア基盤で高度な機械を支える重要な役割を担っています。このような環境では、複数のベンダーのマシンが同時に稼働することが一般的です。各機械に統一された制御システムを選択しないと、エンドユーザはラインごとでプログラミングと実行を行なうことになり、工程が遅くなり、柔軟な運用ができなくなります。
しかし、バッテリ業界では、エンドユーザがセンサやPLCレベルで統一されたプラットフォームの採用をグローバルサプライヤに強制することはできません。そこで、「将来も使い続けられる」ネットワークアーキテクチャを手に入れるための改善策は、エッジからクラウドまでの高速でセキュアな接続性を備えた、インターフェイスレベルのプロセスを標準化することです。
そのため、統一された制御操作の採用により、現場や遠隔地から操作するすべてのユーザが安全かつ簡単にアクセスできる統一された可視化システムを使用して、データが豊富な組織の利点を体験することができます。
急成長する電気自動車市場が世界的な潜在力を発揮するためには、ギガファクトリーが可能にする高い効率性と柔軟性が前提条件となります。生産データと先進のソフトウェア、ハードウェアを組み合わせることで、スマートな製造プロセスを実現し、大量かつ高速に、安定した品質で電気自動車用バッテリを生産することができます。
バッテリ市場はまだ初期段階にあるものの、10年後には大きく成長することが予想されています。世界的な需要に対応するために必要なインフラを構築することは、EV生産のあらゆる側面を拡大するための方法と実践について、リーダシップを発揮するための方向性を示しています。研究開発からエンドユーザまで、そしてデータ駆動型のフィードバックサイクルを通じて、よりスマートな製造プロセスを活用することで、電気自動車部門は、企業や消費者にとって魅力的な価格レベルで、より質の高い製品を提供することができるようになります。
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地球を守り、運転する興奮を持続させる、手頃な価格のクルマを再発明しよう。それが人間の本性なのかどうかはわかりませんが、私の本性であることは間違いありません。
公開 2022年5月18日
