電池智能制造手冊

編者介紹
致謝
譯者序
緒論　邁向可持續(xù)、高質(zhì)量的電池制造　// 1
第一部分　電池制造中的智能制造
第1章　電池制造過程概述　// 12
1.1　鋰離子電池的興起　// 12
1.2　電池制造的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)　// 13
1.2.1　電極制造　// 14
1.2.2　電池組裝　// 17
1.2.3　最終步驟　// 17
1.2.4　模塊和電池組裝　// 18
1.2.5　航空電動化的現(xiàn)狀　// 21
1.3　電池制造的成本因素　// 28
參考文獻　// 29
第2章　實現(xiàn)智能制造的技術　// 32
2.1　概述　// 32
2.2　制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的定義　// 32
2.2.1　生產(chǎn)和制造的定義　// 32
2.2.2　數(shù)字化與自動化　// 33
2.2.3　整體數(shù)字化轉(zhuǎn)型　// 33
2.2.4　電池生產(chǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型概述　// 34
2.3　生產(chǎn)中數(shù)字化轉(zhuǎn)型的技術和推動因素　// 34
2.3.1　信息物理系統(tǒng)　// 34
2.3.2　云計算　// 35
2.3.3　移動通信標準——5G　// 35
2.3.4　人工智能　// 36
2.3.5　區(qū)塊鏈　// 37
2.3.6　數(shù)字孿生　// 37
2.3.7　增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實　// 37
2.3.8　機器人和自動導引車（AGV）　// 38
2.4　總結(jié)與展望　// 38
參考文獻　// 39
第3章　電池制造的數(shù)字化現(xiàn)狀　// 42
3.1　概述　// 42
3.2　方法　// 42
3.2.1　研究現(xiàn)狀—科學文獻分析　// 43
3.2.2　制造業(yè)現(xiàn)狀—招聘廣告分析　// 44
3.3　評估與解讀　// 46
3.4　結(jié)論　// 48
參考文獻　// 48
第二部分　電池制造業(yè)的數(shù)字化規(guī)劃
第4章　電池工廠的數(shù)字化建設規(guī)劃　// 50
4.1　數(shù)字化工廠的規(guī)劃重點　// 50
4.2　工廠規(guī)劃框架和制訂者　// 51
4.3　規(guī)劃電池工廠的側(cè)重點和挑戰(zhàn)　// 53
4.4　支持工廠規(guī)劃的數(shù)字技術　// 55
參考文獻　// 58
第5章　電池制造中的建模與仿真——概念與應用　// 60
5.1　多尺度生產(chǎn)模擬　// 60
5.1.1　材料尺度上的模擬　// 61
5.1.2　電池尺度上的模擬　// 62
5.1.3　系統(tǒng)級仿真　// 66
5.1.4　過程層面的模擬　// 67
5.1.5　生產(chǎn)鏈模擬　// 68
5.1.6　工廠建筑及其技術設備模擬　// 71
5.2　建模和仿真的分類　// 72
5.2.1　模型的分類　// 73
5.2.2　工業(yè)4.0中的仿真方法　// 76
5.3　多尺度模型耦合和交互　// 79
5.3.1　產(chǎn)品級多尺度模擬　// 79
5.3.2　過程級多尺度仿真　// 81
參考文獻　// 84
第三部分　運行電池生產(chǎn)線中的數(shù)字化工具
第6章　完全可追溯性——在數(shù)字影子的框架內(nèi)建立智能制造的基礎　// 92
6.1　概述　// 92
6.2　數(shù)字影子的理論背景　// 93
6.2.1　理論概念、差異化和采用　// 93
6.2.2　一般結(jié)構概述　// 94
6.3　鋰離子電池生產(chǎn)背景下的挑戰(zhàn)　// 95
6.3.1　可追溯性系統(tǒng)　// 95
6.3.2　鋰離子電池的具體單元可追溯性　// 96
6.3.3　鋰離子電池生產(chǎn)中通過使用可追溯系統(tǒng)減少成本　// 97
6.4　電池生產(chǎn)的可追溯性概念　// 98
6.4.1　電池生產(chǎn)中的追蹤物　// 99
6.4.2　鑒定技術和形態(tài)學分析　// 99
6.5　采用數(shù)字影子的可追溯性概念　// 102
6.6　識別技術的實施概念　// 104
6.6.1　第1組：漿料混合　// 104
6.6.2　第2和第3組：電極生產(chǎn)—涂敷和切割（線圈和副線圈部分）　// 105
6.6.3　第4組：電池組裝　// 106
6.6.4　第5組：最終加工　// 106
6.7　總結(jié)　// 106
參考文獻　// 107
第7章　經(jīng)典IT系統(tǒng)架構實現(xiàn)數(shù)字化的電池組裝　// 109
7.1　概述　// 109
7.2　IT系統(tǒng)架構演變　// 110
7.2.1　自動化金字塔　// 110
7.2.2　工業(yè)4.0服務導向架構　// 111
7.3　電池組裝　// 112
7.3.1　常規(guī)電池生產(chǎn)過程中的電池組裝　// 112
7.3.2　電池制造中心—電池制造的實驗室環(huán)境　// 112
7.3.3　電池制造中心電池組裝操作順序　// 112
7.4　服務導向型IT系統(tǒng)架構　// 113
7.4.1　方法　// 113
7.4.2　概念　// 116
7.4.3　實施　// 116
7.5　討論　// 120
7.6　總結(jié)　// 120
參考文獻　// 121
第8章　電池制造供應鏈管理的數(shù)字化理念　// 122
8.1　概述　// 122
8.2　數(shù)字化供應鏈管理的一般概念　// 123
8.2.1　計劃流程數(shù)字化　// 125
8.2.2　來源流程數(shù)字化　// 125
8.2.3　生產(chǎn)過程數(shù)字化　// 126
8.2.4　交付流程數(shù)字化　// 127
8.2.5　返回流程數(shù)字化　// 127
8.3　原材料質(zhì)量控制數(shù)字化　// 128
8.3.1　概念框架　// 128
8.3.2　原料質(zhì)量特性　// 130
8.3.3　整合供應商信息　// 130
8.3.4　進貨檢驗和過程監(jiān)控　// 130
8.3.5　離線和在線概念的實施　// 131
8.4　結(jié)論　// 132
參考文獻　// 132
第9章　服務于生產(chǎn)工人信息需求的視覺輔助系統(tǒng)技術評估　// 134
9.1　概述　// 134
9.2　技術發(fā)展水平　// 134
9.2.1　制造業(yè)的生產(chǎn)工人　// 135
9.2.2　電池制造過程　// 135
9.2.3　生產(chǎn)工人輔助系統(tǒng)的相關綜述　// 136
9.3　評價視覺信息方法的途徑　// 137
9.3.1　以人為本的設計過程　// 138
9.3.2　電池制造實例　// 138
9.3.3　使用要求　// 139
9.3.4　技術解決方案　// 140
9.3.5　評估技術方案的方法　// 140
9.4　結(jié)果　// 143
9.4.1　專家評估　// 143
9.4.2　總分的解釋　// 144
9.5　結(jié)論與展望　// 148
參考文獻　// 149
第10章　電池生產(chǎn)線環(huán)境的可持續(xù)性管理　// 153
10.1　概述　// 153
10.2　定義和問題陳述　// 154
10.3　電池制造碳核算現(xiàn)狀分析　// 155
10.3.1　測量和比較電池制造系統(tǒng)二氧化碳的相關性　// 155
10.3.2　生命周期評估數(shù)據(jù)不足且數(shù)據(jù)質(zhì)量不確定　// 155
10.4　基于原始數(shù)據(jù)的碳核算和最新技術　// 156
10.4.1　整合供應鏈的原始數(shù)據(jù)　// 157
10.4.2　在產(chǎn)品層面整合數(shù)據(jù)　// 158
10.5　可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)基于原始數(shù)據(jù)的生命周期評估　// 160
10.6　電池和車輛的生命周期能量標簽　// 163
10.7　結(jié)論　// 163
參考文獻　// 164
第四部分　使用數(shù)字化工具優(yōu)化電池生產(chǎn)線
第11章　電池制造中的生產(chǎn)力和質(zhì)量擴展模型　// 170
11.1　在線數(shù)據(jù)采集—用于質(zhì)量控制和提高生產(chǎn)力的傳感器集成　// 170
11.2　串聯(lián)式電池生產(chǎn)　// 171
11.2.1　用于電池制造的傳感器網(wǎng)絡　// 172
11.2.2　質(zhì)量和故障傳播　// 173
11.3　總結(jié)　// 175
參考文獻　// 175
第12章　電池生產(chǎn)中過程品質(zhì)特性識別方法及適宜的測量系統(tǒng)　// 177
12.1　概述　// 177
12.2　研究議題　// 178
12.3　目前發(fā)展水平　// 179
12.3.1　工藝-結(jié)構-特征關系中的變量　// 180
12.3.2　過程相關變量的識別和選擇　// 180
12.3.3　測量系統(tǒng)　// 182
12.3.4　現(xiàn)有技術總結(jié)　// 183
12.4　建立過程質(zhì)量特征和適當測量系統(tǒng)程序的步驟　// 183
12.4.1　影響變量的識別和選擇　// 183
12.4.2　合適測量系統(tǒng)的選擇　// 187
12.5　結(jié)論　// 188
參考文獻　// 188
第13章　通過數(shù)字網(wǎng)絡化過程站實現(xiàn)電池生產(chǎn)的跨工藝穩(wěn)定與優(yōu)化　// 190
13.1　概述　// 190
13.2　鋰離子電池和制造方法發(fā)展—理論背景　// 191
13.2.1　電化學存儲系統(tǒng)　// 191
13.2.2　過程穩(wěn)定與優(yōu)化方法　// 192
13.2.3　機器間通信　// 192
13.3　研發(fā)方法　// 193
13.3.1　單個過程的開發(fā)方法　// 194
13.3.2　交叉過程方法　// 195
13.4　過程理解和系統(tǒng)分析　// 197
13.4.1　方法測試的系統(tǒng)邊界　// 197
13.4.2　鋰離子電池生產(chǎn)結(jié)構示例　// 197
13.4.3　過程階段PA082和過程階段PA082.1的分析和特征識別　// 199
13.5　個性化流程技術實現(xiàn)與建?！?/ 200
13.5.1　IT系統(tǒng)和控制技術體系結(jié)構設計　// 200
13.5.2　PA082過程部分數(shù)據(jù)模型　// 201
13.5.3　單個過程PA082過程建?！?/ 201
13.6　實驗步驟與評價　// 201
13.7　跨過程方法的理論思考　// 203
13.7.1　PA090的分析與特征識別　// 203
13.7.2　PA090交叉方法過程建?！?/ 204
13.8　總結(jié)與展望　// 205
參考文獻　// 205
第14章　生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的分析和最大化—— 瓶頸識別和預測性維護　// 208
14.1　概述　// 208
14.2　停機時間和性能損失的根本原因分析　// 210
14.2.1　文獻綜述　// 210
14.2.2　概念　// 210
14.2.3　利用遷移學習方法進行高效建?！?/ 212
14.2.4　瓶頸分析的應用　// 212
14.3　預測性維護　// 214
14.3.1　文獻綜述　// 214
14.3.2　概念　// 214
14.3.3　識別預測性維護機器和部件的示例　// 216
14.3.4　預測性維護集成到維護過程中的示例　// 216
14.4　總結(jié)與展望　// 218
參考文獻　// 218
第五部分　智能電池產(chǎn)品的生命周期優(yōu)化
第15章　電池循環(huán)經(jīng)濟——定義、意義和報廢策略　// 222
15.1　概述　// 222
15.2　電池循環(huán)經(jīng)濟—定義與意義　// 223
15.3　電池系統(tǒng)的壽命終結(jié)策略　// 225
15.3.1　再使用　// 226
15.3.2　再利用—調(diào)整應用場景　// 227
15.3.3　再制造　// 227
15.3.4　再循環(huán)　// 228
15.4　歸納與總結(jié)　// 229
參考文獻　// 230
第16章　數(shù)字化——循環(huán)經(jīng)濟解決方案的驅(qū)動力　// 233
16.1　概述　// 233
16.2　數(shù)字化的定義和意義　// 234
16.2.1　CPS架構　// 236
16.2.2　物聯(lián)網(wǎng)和云組件　// 236
16.2.3　數(shù)字孿生　// 237
16.2.4　可視化—AR和VR　// 237
16.2.5　企業(yè)資源計劃和制造執(zhí)行系統(tǒng)　// 237
參考文獻　// 238
第17章　智能測量——回收電池的測量評估　// 240
17.1　回收電池的生命周期優(yōu)化使用　// 240
17.2　回收電池的評估—智能測量　// 240
17.3　電池電芯評估方法概述　// 241
17.4　不確定性管理　// 242
17.5　總結(jié)　// 242
參考文獻　// 243
第18章　拆解——電池系統(tǒng)高效循環(huán)的要求　// 244
18.1　概述　// 244
18.2　拆解場景　// 246
18.2.1　拆解模式　// 246
18.2.2　拆解計劃　// 249
18.2.3　電池系統(tǒng)的拆解場景　// 250
18.3　電池系統(tǒng)的拆解工廠　// 251
18.3.1　分類　// 251
18.3.2　網(wǎng)絡　// 251
18.3.3　布局　// 252
18.4　結(jié)論　// 253
參考文獻　// 253
第19章　電池回收——材料回收過程　// 255
19.1　概述　// 255
19.2　鋰離子電池加工的一般類型　// 257
19.2.1　熱加工　// 257
19.2.2　機械加工　// 257
19.2.3　火法冶金加工　// 257
19.2.4　濕法冶金加工　// 258
19.2.5　生物冶金加工　// 259
19.3　鋰離子電池回收的工業(yè)應用加工路線　// 259
19.4　鋰離子電池的一種新興處理途徑—直接回收　// 264
19.5　結(jié)論　// 265
參考文獻　// 266
第20章　二次利用電池的商業(yè)模式　// 270
20.1　概述　// 270
20.2　商業(yè)模式的背景和使用　// 271
20.3　電池再制造的商業(yè)模式　// 271
20.4　電池再利用的商業(yè)模式　// 274
20.5　結(jié)論　// 278
參考文獻　// 279
第六部分　展望
第21章　超越鋰離子——全固態(tài)電池　// 286
21.1　自上而下：為什么是固態(tài)電池　// 286
21.2　粉末態(tài)固態(tài)電解質(zhì)：界面接觸挑戰(zhàn)　// 287
21.3　制造固態(tài)電池的五個主要方案　// 288
21.4　混合方法　// 289
21.5　固體是什么　// 290
21.6　制造是固態(tài)電池的最大障礙　// 290
21.7　固態(tài)電解質(zhì)的成本影響產(chǎn)品的選擇　// 291
21.8　固態(tài)電池制造如何實現(xiàn)數(shù)字化　// 291
21.9　固態(tài)電池的進一步發(fā)展　// 292
參考文獻　// 292