DE102024001340A1

DE102024001340A1 - Method for designing a manufacturing system for producing battery modules and control units

Info

Publication number: DE102024001340A1
Application number: DE102024001340.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Krauss
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2024-04-25
Filing date: 2024-04-25
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (1) zum Auslegen eines Fertigungssystems (2) zum Herstellen von Batteriemodulen. Dabei wird in einer Maßnahme a) ein Produktionsmodell des Fertigungssystems (2) erstellt, wobei alle Teilprozesse (3) des Fertigungssystems (2) zueinander angeordnet, parametrisiert und miteinander verknüpft werden. In einer Maßnahme b) wird dann basierend auf dem erstellten Produktionsmodell das Fertigungssystem (2) ausgelegt.Die Erfindung betrifft auch eine Steuerungseinheit zum Ausführen des Verfahrens (1).The invention relates to a method (1) for designing a production system (2) for producing battery modules. In a step a), a production model of the production system (2) is created, whereby all sub-processes (3) of the production system (2) are arranged relative to one another, parameterized and linked to one another. In a step b), the production system (2) is then designed based on the created production model. The invention also relates to a control unit for carrying out the method (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslegen eines Fertigungssystems zum Herstellen von Batteriemodulen, wobei das Fertigungssystem mehrere Moduleinheiten mit jeweils wenigstens einem Modul aufweist und jede Moduleinheit im Betrieb des Fertigungssystems in einem Teilprozess abhängig von der Anzahl der Module eine herstellbare Ausbringungsmenge eines Teilprodukts bereitstellen kann. Die Erfindung betrifft auch eine Steuerungseinheit zum Ausführen des Verfahrens.The invention relates to a method for designing a production system for producing battery modules, wherein the production system has a plurality of module units, each with at least one module, and each module unit can provide a producible output quantity of a sub-product in a sub-process depending on the number of modules during operation of the production system. The invention also relates to a control unit for carrying out the method.

Eine Kapazitätsberechnung und eine Bedarfsrechnung für ein Fertigungssystem zum Herstellen von Batteriemodulen ist sehr komplex. Fehlt eine frühzeitige und zuverlässige Auslegung des Fertigungssystems, so ist damit ein erhöhter finanzieller Aufwand durch eine Installation der Moduleinheiten mit einer zu hoher oder zu geringer Kapazität verbunden. Nachteiligerweise können dabei auch Engpässe nicht zuverlässig identifiziert werden, was zum Verlust der Ausbringungsmenge führen kann.A capacity calculation and a requirement calculation for a production system for producing battery modules is very complex. If the production system is not designed early and reliably, this will result in increased financial expenditure due to the installation of module units with too high or too low a capacity. The disadvantage is that bottlenecks cannot be reliably identified, which can lead to a loss of output.

DE 10 2009 007 477 A1 offenbart ein Verfahren zur Planung eines Fertigungssystems mit mehreren Moduleinheiten. Dabei werden Modelle der Moduleinheiten mit Informationsträgern versehen, sodass deren Lage nach erfolgter Platzierung auf einer Unterlage mittels digitaler Bildverarbeitung ermittelt werden kann. Dadurch können die Modelle der Moduleinheiten einer anschaulichen Planung des Fertigungssystems mittels eines dreidimensionalen Modells dienen. EN 10 2009 007 477 A1 discloses a method for planning a production system with several modular units. Models of the modular units are provided with information carriers so that their position can be determined after they have been placed on a base using digital image processing. The models of the modular units can therefore be used to clearly plan the production system using a three-dimensional model.

DE 10 2010 018 634 A1 offenbart ein Verfahren zur Planung eines Fertigungssystems mit mehreren Moduleinheiten. Dabei werden Modelle der Moduleinheiten auf einer Unterlage platziert, so dass deren Lage nach erfolgter Platzierung mittels digitaler Bildverarbeitung ermittelt werden kann. Ein Planungsprogramm kann insbesondere Kollisionen eines Flächenbedarfs erkennen und einen optimierten Vorschlag ausgeben. Dadurch können die intuitive Planung und die Planung des Fertigungssystems mittels des Planungsprogramms miteinander kombiniert werden. EN 10 2010 018 634 A1 discloses a method for planning a production system with several modular units. Models of the modular units are placed on a base so that their position can be determined after placement using digital image processing. A planning program can in particular detect collisions in space requirements and issue an optimized proposal. In this way, intuitive planning and planning of the production system can be combined using the planning program.

Derzeit ist kein Verfahren bekannt, das eine Kapazitätsberechnung und eine Bedarfsrechnung für ein Fertigungssystem zum Herstellen von Batteriemodulen in einer frühen Auslegungsphase des Fertigungssystems ermöglicht.Currently, no method is known that enables a capacity calculation and a demand calculation for a manufacturing system for producing battery modules in an early design phase of the manufacturing system.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auslegen eines Fertigungssystems zum Herstellen von Batteriemodulen bereitzustellen, wobei das Verfahren in einer frühen Phase der Auslegung des Fertigungssystems das Fertigungssystem schnell und ganzheitlich und näher spezifizieren kann, um dadurch die betriebliche Effizienz des Fertigungssystems zu steigern, den Ressourceneinsatz zu optimieren und die Auslegungsgenauigkeit zu erhöhen. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine entsprechende Steuerungseinheit zum Ausführen des Verfahrens bereitzustellen.The object of the invention is therefore to provide an improved or at least alternative embodiment for a method of the generic type in which the disadvantages described are overcome. In particular, the object of the invention is to provide a method for designing a production system for producing battery modules, wherein the method can specify the production system quickly and holistically and in more detail in an early phase of the design of the production system in order to thereby increase the operational efficiency of the production system, optimize the use of resources and increase the design accuracy. The object of the invention is also to provide a corresponding control unit for carrying out the method.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Auslegen eines Fertigungssystems zum Herstellen von Batteriemodulen vorgesehen bzw. ausgelegt. Das Fertigungssystem weist dabei mehrere Moduleinheiten mit jeweils wenigstens einem Modul auf, wobei jede Moduleinheit im Betrieb des Fertigungssystems in einem Teilprozess abhängig von der Anzahl der Module eine herstellbare Ausbringungsmenge eines Teilprodukts herstellen kann. In dem Verfahren werden dabei die Maßnahmen a) und b) durchgeführt. In der Maßnahme a) wird ein Produktionsmodell des Fertigungssystems in Schritten i), ii) und iii) erstellt. Im Schritt i) der Maßnahme a) werden dabei alle in den Moduleinheiten durchzuführenden Teilprozesse entsprechend einer zeitlichen Herstellungsabfolge der Batteriemodule und eines Zusammenhangs der Teilprozesse parallel oder seriell zueinander anordnet. Im Schritt ii) der Maßnahme a) werden dann alle Teilprozesse mit wenigstens einem teilprozess- und/oder teilproduktrelevanten Parameter parametrisiert. The method according to the invention is intended or designed for designing a manufacturing system for producing battery modules. The manufacturing system has a plurality of module units, each with at least one module, wherein each module unit can produce a producible output quantity of a sub-product in a sub-process depending on the number of modules during operation of the manufacturing system. In the method, measures a) and b) are carried out. In measure a), a production model of the manufacturing system is created in steps i), ii) and iii). In step i) of measure a), all sub-processes to be carried out in the module units are arranged in parallel or in series with one another in accordance with a chronological manufacturing sequence of the battery modules and a relationship between the sub-processes. In step ii) of measure a), all sub-processes are then parameterized with at least one sub-process and/or sub-product-relevant parameter.

Im Schritt iii) der Maßnahme a) werden die Teilprozesse über die herstellbare Ausbringungsmenge entsprechend der zeitlichen Herstellungsabfolge und entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge unter Berücksichtigung des Zusammenhangs der Teilprozesse miteinander verknüpft. In der Maßnahme b) wird dann das Fertigungssystem basierend auf dem erstellten Produktionsmodell des Fertigungssystems ausgelegt.In step iii) of measure a), the sub-processes are linked to one another via the output quantity that can be produced in accordance with the chronological production sequence and against the chronological production sequence, taking into account the relationship between the sub-processes. In measure b), the production system is then designed based on the production model of the production system that has been created.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle zum Herstellen der Batteriemodule relevante Teilprozesse berücksichtigt und mit den teilprozess- und/oder teilproduktrelevanten Parametern parametrisiert werden. Dadurch können in den jeweiligen Teilprozessen die auf die Ausbringungsmenge des Teilprodukts wirkenden Parameter berücksichtigt werden. Ferner können die einzelnen Teilprozesse über die herstellbare Ausbringungsmenge der in diesen Teilprozessen hergestellten Teilprodukte miteinander entsprechend und entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge der Batteriemodule mit Berücksichtigung des herstellungsbedingten Zusammenhangs der einzelnen Teilprozesse miteinander verknüpft werden. Bei den Teilprozessen kann dabei die herstellbare Ausbringungsmenge der jeweiligen Moduleinheit abhängig von der Anzahl deren Module berücksichtigt werden. Dadurch kann das Fertigungssystem in dem Produktionsmodell wahrheitstreu abgebildet werden und eine Kapazitätsberechnung und eine Bedarfsrechnung für das Fertigungssystem anhand des Produktionsmodells in einer frühen Auslegungsphase des Fertigungssystems vorgenommen werden. Insbesondere kann eine notwendige Anzahl der Module der jeweiligen Moduleinheiten zum Erreichen einer vorgegebenen Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule und/oder eine Gesamt-Ausbringungsmenge beim Vorliegen einer vorgegebenen Anzahl der Module der jeweiligen Moduleinheiten berechnet werden. Durch die Verknüpfung der Teilprozesse miteinander kann bei der Änderung in einem der Teilprozesse der Einfluss auf alle weiteren zusammenhängenden Teilprozesse betrachtet werden. Dabei kann auch ein optimierter Betriebspunkt des Fertigungssystems ermittelt bzw. eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden. Eine Durchführung von unterschiedlichsten Szenarien beim Auslegen des Fertigungssystems ist dabei innerhalb von wenigen Stunden möglich.In the method according to the invention, all sub-processes relevant to the manufacture of the battery modules can be taken into account and parameterized with the sub-process and/or sub-product relevant parameters. This means that the parameters affecting the output quantity of the sub-product can be taken into account in the respective sub-processes. Furthermore, the individual sub-processes can be linked to one another via the producible output quantity of the sub-products manufactured in these sub-processes in accordance with and against the temporal Manufacturing sequence of the battery modules can be linked together, taking into account the manufacturing-related connection of the individual sub-processes. In the sub-processes, the producible output quantity of the respective module unit can be taken into account depending on the number of its modules. This means that the manufacturing system can be faithfully represented in the production model and a capacity calculation and a requirement calculation for the manufacturing system can be carried out based on the production model in an early design phase of the manufacturing system. In particular, a necessary number of modules of the respective module units to achieve a specified total output quantity of the battery modules and/or a total output quantity when a specified number of modules of the respective module units are present can be calculated. By linking the sub-processes with one another, the influence on all other related sub-processes can be considered when changing one of the sub-processes. An optimized operating point of the manufacturing system can also be determined or a sensitivity analysis can be carried out. A wide variety of scenarios can be carried out when designing the manufacturing system within a few hours.

Beim Verknüpfen der Teilprozesse miteinander werden die Teilprozesse im Schritt iii) der Maßnahme a) entsprechend der zeitlichen Herstellungsabfolge und entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge unter Berücksichtigung des Zusammenhangs der Teilprozesse miteinander verknüpft. Die zeitliche Herstellungsabfolge gibt dabei an, in welcher sinnvollen Reihenfolge die Teilprozesse beim Herstellen der Batteriemodule durchgeführt werden können. Insbesondere berücksichtigt die zeitliche Herstellungsabfolge, welche Teilprozesse erst nach dem Beenden der anderen Teilprozesse bzw. seriell mit diesen Teilprozessen oder gleichzeitig mit den anderen Teilprozessen bzw. parallel mit diesen Teilprozessen durchführbar sind. Dabei wird insbesondere der Zusammenhang der einzelnen Teilprozesse berücksichtig. Beim Durchgehen der Teilprozesse entsprechend der zeitlichen Herstellungsabfolge werden die Teilprozesse zeitlich voran durchgegangen. Dabei wird bei dem ersten Teilprozess bzw. den ersten Teilprozessen gestartet und mit dem letzten Teilprozess bzw. den letzten Teilprozessen beendet. Beim Durchgehen der Teilprozesse entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge werden die Teilprozesse zeitlich zurück durchgegangen. Dabei wird bei dem letzten Teilprozess bzw. den letzten Teilprozessen gestartet und mit dem ersten Teilprozess bzw. den ersten Teilprozessen beendet.When linking the sub-processes with one another, the sub-processes in step iii) of measure a) are linked with one another according to the chronological production sequence and against the chronological production sequence, taking into account the connection between the sub-processes. The chronological production sequence indicates the sensible order in which the sub-processes can be carried out when manufacturing the battery modules. In particular, the chronological production sequence takes into account which sub-processes can only be carried out after the other sub-processes have been completed, or in series with these sub-processes, or simultaneously with the other sub-processes, or in parallel with these sub-processes. In particular, the connection between the individual sub-processes is taken into account. When going through the sub-processes according to the chronological production sequence, the sub-processes are gone through chronologically. The process starts with the first sub-process or sub-processes and ends with the last sub-process or sub-processes. When going through the sub-processes against the chronological production sequence, the sub-processes are gone through backwards in time. It starts with the last subprocess or subprocesses and ends with the first subprocess or subprocesses.

Beim Verknüpfen der Teilprozesse miteinander werden die Teilprozesse im Schritt iii) der Maßnahme a) über die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem jeweiligen Teilprozess miteinander verknüpft. Die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts kann dabei gleich einer maximalen Ausbringungsmenge des Teilprodukts in der jeweiligen Moduleinheit oder gleich einer berechneten Ausbringungsmenge des Teilprodukts in der jeweiligen Moduleinheit sein. Die maximale Ausbringungsmenge des Teilprodukts wird dabei basierend auf der maximalen Ausbringungsmenge und der Anzahl der Module der jeweiligen Moduleinheit bestimmt. Die berechnete Ausbringungsmenge des Teilprodukts wird dabei basierend auf der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem zeitlich vorangehenden und zusammenhängenden Teilprozess berechnet. Abhängig von der Auslegung der jeweiligen Moduleinheit können sich die maximale Ausbringungsmenge und die berechnete Ausbringungsmenge voneinander unterscheiden. Ist die maximale Ausbringungsmenge kleiner als die berechnete Ausbringungsmenge, so wird die herstellbare Ausbringungsmenge gleich der maximalen Ausbringungsmenge gesetzt. In diesem Fall liefert die jeweilige Moduleinheit die Ausbringungsmenge des Teilprodukts, die kleiner als basierend auf der Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem vorangegangenen Teilprozess herstellbar ist. Es liegt also eine Unterkapazität der jeweiligen Moduleinheit vor. ist die berechnete Ausbringungsmenge kleiner als die maximale Ausbringungsmenge, so wird die herstellbare Ausbringungsmenge gleich der berechneten Ausbringungsmenge gesetzt. In diesem Fall liefert die jeweilige Moduleinheit die Ausbringungsmenge des Teilprodukts, die kleiner als basierend auf ihrer maximalen Ausbringungsmenge des Teilprodukts herstellbar ist. Es liegt also eine Überkapazität der jeweiligen Moduleinheit vor.When linking the sub-processes with one another, the sub-processes in step iii) of measure a) are linked with one another via the producible output quantity of the sub-product in the respective sub-process. The producible output quantity of the sub-product can be equal to a maximum output quantity of the sub-product in the respective module unit or equal to a calculated output quantity of the sub-product in the respective module unit. The maximum output quantity of the sub-product is determined based on the maximum output quantity and the number of modules of the respective module unit. The calculated output quantity of the sub-product is calculated based on the producible output quantity of the sub-product in the preceding and related sub-process. Depending on the design of the respective module unit, the maximum output quantity and the calculated output quantity can differ from one another. If the maximum output quantity is smaller than the calculated output quantity, the producible output quantity is set equal to the maximum output quantity. In this case, the respective module unit delivers the output quantity of the sub-product that is smaller than what can be produced based on the output quantity of the sub-product in the previous sub-process. This means that the respective module unit is undercapable. If the calculated output quantity is smaller than the maximum output quantity, the output quantity that can be produced is set equal to the calculated output quantity. In this case, the respective module unit delivers the output quantity of the sub-product that is smaller than what can be produced based on its maximum output quantity of the sub-product. This means that the respective module unit is overcapable.

Beim Verknüpfen der Teilprozesse miteinander im Schritt iii) der Maßnahme a) kann bei allen Teilprozessen die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in jedem zeitlich unmittelbar vorangehenden Teilprozess als Input-Daten jedes zeitlich unmittelbar nachfolgenden und zusammenhängenden Teilprozesses gesetzt werden. Dadurch werden die Teilprozesse entsprechend der zeitlichen Herstellungsabfolge der Batteriemodule miteinander verknüpft. Zudem kann bei allen Teilprozessen die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in jedem zeitlich unmittelbar nachfolgenden Teilprozess als Input-Daten jedes zeitlich unmittelbar vorangehenden und zusammenhängenden Teilprozesses gesetzt werden. Dadurch werden die Teilprozesse entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge der Batteriemodule miteinander verknüpft.When linking the sub-processes with one another in step iii) of measure a), the producible output quantity of the sub-product in each immediately preceding sub-process can be set as input data for each immediately subsequent and related sub-process for all sub-processes. This links the sub-processes to one another in accordance with the chronological production sequence of the battery modules. In addition, the producible output quantity of the sub-product in each immediately preceding sub-process can be set as input data for each immediately preceding and related sub-process for all sub-processes. This links the sub-processes to one another in opposition to the chronological production sequence of the battery modules.

Beim Auslegen des Fertigungssystems in der Maßnahme b) können dabei die Maßnahme b1) und/oder die Maßnahme b2) durchgeführt werden. In der Maßnahme b1) kann eine Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule abhängig von einer vorgegebenen Anzahl der Module in den jeweiligen Moduleinheiten anhand des Produktionsmodells berechnet werden. In der Maßnahme b2) kann eine Anzahl der notwendigen Module in den jeweiligen Moduleinheiten abhängig von einer vorgegebenen Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule anhand des Produktionsmodells berechnet werden. Im Folgenden werden die Maßnahmen b1) und die Maßnahme b2) näher erläutert.When designing the production system in measure b), measure b1) and/or measure b2) can be carried out. In measure b1), a total output In measure b2), the number of necessary modules in the respective module units can be calculated based on the production model, depending on a specified number of modules in the respective module units. In measure b1), the number of necessary modules in the respective module units can be calculated based on the production model, depending on a specified total output quantity of the battery modules. Measures b1) and b2) are explained in more detail below.

In der Maßnahme b1) können die Maßnahmen b1-1), b1-2) und b1-3) durchgeführt werden. In der Maßnahme b1-1) können dem zeitlich ersten Teilprozess seine maximale Ausbringungsmenge des Teilprodukts als Input-Daten gesetzt werden. In der Maßnahme b1-2) kann dann bei allen Teilprozessen entsprechend der zeitlichen Herstellungsreihenfolge die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts berechnet werden. Dabei wird die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem zeitlich vorangehenden Teilprozess als Input-Daten des zeitlich nachgeordneten und zusammenhängenden Teilprozesses gesetzt. In der Maßnahme b1-3) wird dann die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule als die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem zeitlich letzten Teilprozess gesetzt. Dadurch ist in der Maßnahme b1) möglich, die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule des geplanten oder bestehenden Fertigungssystems zu prüfen.In measure b1), measures b1-1), b1-2) and b1-3) can be carried out. In measure b1-1), the maximum output quantity of the sub-product can be set as input data for the first sub-process in time. In measure b1-2), the producible output quantity of the sub-product can then be calculated for all sub-processes in accordance with the chronological production sequence. The producible output quantity of the sub-product in the preceding sub-process is set as input data for the subsequent and related sub-process. In measure b1-3), the total output quantity of the battery modules is then set as the producible output quantity of the sub-product in the last sub-process in time. This makes it possible in measure b1) to check the total output quantity of the battery modules of the planned or existing production system.

Zudem kann in der Maßnahme b1) eine Überkapazität der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts wenigstens einer der Moduleinheiten berechnet werden. Dabei können eine berechnete Ausbringungsmenge des Teilprodukts der jeweiligen Moduleinheit und eine maximale Ausbringungsmenge des Teilprodukts der jeweiligen Moduleinheit berücksichtigt werden. Die Überkapazität kann insbesondere als eine Differenz zwischen der maximal möglichen Ausbringungsmenge des Teilprodukts und der berechneten Ausbringungsmenge des Teilprodukts in der jeweiligen Moduleinheit berechnet werden. Diese Differenz bzw. die Überkapazität kann dann beim weiteren Auslegen des Fertigungssystems berücksichtigt bzw. beachtet werden. Insbesondere kann die Differenz bzw. die Überkapazität der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts bezüglich der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts wenigstens einer der Moduleinheiten visualisiert und an einen Nutzer ausgegeben werden. Die Visualisierung kann beispielweise in einem Balkendiagramm erfolgen.In addition, in measure b1), an overcapacity of the producible output quantity of the sub-product of at least one of the modular units can be calculated. In this case, a calculated output quantity of the sub-product of the respective modular unit and a maximum output quantity of the sub-product of the respective modular unit can be taken into account. The overcapacity can be calculated in particular as a difference between the maximum possible output quantity of the sub-product and the calculated output quantity of the sub-product in the respective modular unit. This difference or the overcapacity can then be taken into account or observed when further designing the production system. In particular, the difference or the overcapacity of the producible output quantity of the sub-product with respect to the producible output quantity of the sub-product of at least one of the modular units can be visualized and output to a user. The visualization can be done, for example, in a bar chart.

Zudem kann in der Maßnahme b1) eine Unterkapazität der Ausbringungsmenge des Teilprodukts wenigstens einer der Moduleinheiten berechnet werden. Dabei können eine berechnete Ausbringungsmenge des Teilprodukts der jeweiligen Moduleinheit und eine maximale Ausbringungsmenge des Teilprodukts der jeweiligen Moduleinheit berücksichtigt werden. Die Unterkapazität kann insbesondere als eine Differenz zwischen der berechneten Ausbringungsmenge des Teilprodukts und der maximalen Ausbringungsmenge des Teilprodukts in der jeweiligen Moduleinheit berechnet werden. Diese Differenz bzw. die Unterkapazität kann dann beim weiteren Auslegen des Fertigungssystems berücksichtigt bzw. beachtet werden. Insbesondere kann die Differenz bzw. die Unterkapazität der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts bezüglich der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts wenigstens einer der Moduleinheiten visualisiert und an einen Nutzer ausgegeben werden. Die Visualisierung kann beispielweise in einem Balkendiagramm erfolgen.In addition, in measure b1), an undercapacity of the output quantity of the sub-product of at least one of the modular units can be calculated. In this case, a calculated output quantity of the sub-product of the respective modular unit and a maximum output quantity of the sub-product of the respective modular unit can be taken into account. The undercapacity can be calculated in particular as a difference between the calculated output quantity of the sub-product and the maximum output quantity of the sub-product in the respective modular unit. This difference or the undercapacity can then be taken into account or observed when further designing the production system. In particular, the difference or the undercapacity of the producible output quantity of the sub-product with respect to the producible output quantity of the sub-product of at least one of the modular units can be visualized and output to a user. The visualization can be done, for example, in a bar chart.

In der Maßnahme b2) können die Maßnahmen b2-1), b2-2) und b2-3) durchgeführt werden. In der Maßnahme b2-1) kann die vorgegebene Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule dem zeitlich letzten Teilprozess als Input-Daten gesetzt werden. In der Maßnahme b2-2) kann bei allen Teilprozessen entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts berechnet werden. Dabei kann die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem zeitlich nachgeordneten Teilprozess als Input-Daten des zeitlich vorangehenden und zusammenhängenden Teilprozesses gesetzt werden. In der Maßnahme b2-3) kann dann die Anzahl der notwendigen Module jeder zum Durchführen des einzelnen Teilprozesses vorgesehenen Moduleinheit basierend auf der herstellbaren Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem jeweiligen Teilprozess berechnet werden. In der Maßnahme b2-3) kann dabei die Anzahl der notwendigen Module in der jeweiligen Moduleinheit als ein auf ein Ganzes aufgerundetes oder auf ein Ganzes abgerundetes Verhältnis der berechneten Ausbringungsmenge des Teilprodukts der Moduleinheit und einer maximal möglichen Ausbringungsmenge des Teilprodukts des einzelnen Moduls bestimmt werden.In measure b2), measures b2-1), b2-2) and b2-3) can be carried out. In measure b2-1), the specified total output quantity of the battery modules can be set as input data for the last sub-process. In measure b2-2), the producible output quantity of the sub-product can be calculated for all sub-processes contrary to the chronological production sequence. The producible output quantity of the sub-product in the chronologically subsequent sub-process can be set as input data for the chronologically preceding and related sub-process. In measure b2-3), the number of modules required for each module unit intended to carry out the individual sub-process can then be calculated based on the producible output quantity of the sub-product in the respective sub-process. In measure b2-3), the number of modules required in the respective module unit can be determined as a ratio, rounded up or down to a whole, of the calculated output quantity of the sub-product of the module unit and a maximum possible output quantity of the sub-product of the individual module.

Insbesondere ist in der Maßnahme b2) möglich, die Anzahl der notwenigen Module der jeweiligen Moduleinheit bzw. das notwendige Equipment des Fertigungssystems in einer frühen Auslegungsphase des Fertigungssystems zu bestimmen. Insbesondere können anhand der Maßnahme b) die Kosten des Equipments des Fertigungssystems auf Engpässe untersucht werden und das Fertigungssystem optimiert werden. Insbesondere können basierend darauf Ramp-Up-Kurven mit theoretischen Ausbringungsverläufen erzeugt werden. Ferner können auch Benchmark-Kurven und Kundenbedarfe verglichen und Zielwerte für einen Hoch-Lauf des Fertigungssystems definiert werden.In particular, measure b2) makes it possible to determine the number of modules required for the respective module unit or the necessary equipment for the production system in an early design phase of the production system. In particular, measure b) can be used to examine the costs of the equipment in the production system for bottlenecks and to optimize the production system. In particular, ramp-up curves with theoretical output curves can be generated based on this. Furthermore, benchmark curves and customer requirements can be compared and target values for ramping up the production system can be defined.

In der Maßnahme a) im Schritt ii) kann wenigstens einer der Teilprozesse, vorzugsweise alle Teilprozesse, mit einer Verfügbarkeit, vorzugsweise mit einer Gesamtanlageneffektivität, und/oder mit einer Herstellungsgeschwindigkeit und/oder mit einem Ausschuss und/oder mit einer Taktzeit als einem der wenigstens einen Parameter parametrisiert werden. Zudem kann wenigstens einer der Teilprozesse, vorzugsweise alle Teilprozesse, oder das Produktionsmodell insgesamt mit einem Arbeitsmodell, insbesondere mit einer erreichbaren Arbeitszeit der jeweiligen Moduleinheit pro Tag und/oder pro Woche und/oder pro Jahr, parametrisiert werden. Durch die genannte Parametrisierung können die genannten Parameter beim Auslegen des Fertigungssystems berücksichtigt werden und deren Auswirkung auf die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule betrachtet bzw. ausgewertet werden.In measure a) in step ii), at least one of the sub-processes, preferably all sub-processes, can be parameterized with an availability, preferably with an overall equipment effectiveness, and/or with a production speed and/or with a reject rate and/or with a cycle time as one of the at least one parameters. In addition, at least one of the sub-processes, preferably all sub-processes, or the production model as a whole can be parameterized with a work model, in particular with an achievable working time of the respective module unit per day and/or per week and/or per year. Through the said parameterization, the said parameters can be taken into account when designing the production system and their effect on the total output of the battery modules can be considered or evaluated.

Die Ausbringungsmenge des Teilprodukts kann beispielweise als eine Tages-Ausbringungsmenge des Teilprodukts verwendet werden. Die Tages-Ausbringungsmenge des Teilprodukts gibt dabei eine Menge des in dem jeweiligen Teilprozess in der jeweiligen Moduleinheit erstellten Teilprodukts pro Tag an. Die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule kann als eine Tages-Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule oder als eine Jahres-Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule verwendet werden. Dabei geben Tages-Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule eine Menge des in dem Fertigungssystem erstellten Batteriemodule pro Tag und die Jahres-Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule eine Menge der in dem Fertigungssystem erstellten Batteriemodule pro Jahr an. Die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule kann alternativ oder zusätzlich als eine Jahr-Kapazität-Ausbringungsmenge der Batteriemodule, die eine in Watt pro Stunde erfasste Energiekapazität der in dem Fertigungssystem erstellten Batteriemodule pro Jahr angibt, verwendet werden.The output quantity of the sub-product can, for example, be used as a daily output quantity of the sub-product. The daily output quantity of the sub-product indicates a quantity of the sub-product produced in the respective sub-process in the respective module unit per day. The total output quantity of the battery modules can be used as a total daily output quantity of the battery modules or as a total annual output quantity of the battery modules. The total daily output quantity of the battery modules indicates a quantity of the battery modules produced in the production system per day and the total annual output quantity of the battery modules indicates a quantity of the battery modules produced in the production system per year. The total output quantity of the battery modules can alternatively or additionally be used as an annual capacity output quantity of the battery modules, which indicates an energy capacity of the battery modules produced in the production system per year recorded in watts per hour.

Die Erfindung betrifft auch eine Steuerungseinheit. Die Steuerungseinheit ist dabei zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens ausgelegt. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen verwiesen.The invention also relates to a control unit. The control unit is designed to carry out the method described above. In order to avoid repetition, reference is made to the above statements at this point.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein the same reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Auslegen eines Fertigungssystems;
2 eine Ansicht einzelnen Teilprozesse eines beispielhaften Fertigungssystems in dem erfindungsgemäßen Verfahren;
3 eine Darstellung einer Überkapazität der Teilprozesse des beispielhaften Fertigungssystems;
4 eine Darstellung einer Unterkapazität der Teilprozesse des beispielhaften Fertigungssystems;
5 ein zeitabhängiger Verlauf einer Ausbringungsmenge bei einem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems;
6 ein zeitabhängiger Verlauf einer Gesamt-Ausbringungsmenge bei dem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems;
7 ein zeitabhängiger Verlauf von Engpässen bei dem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems;
8 ein zeitlicher Verlauf von Ausschuss bei dem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems.

Shown schematically:

1 a flow chart of a method according to the invention for designing a manufacturing system;
2 a view of individual sub-processes of an exemplary manufacturing system in the method according to the invention;
3 a representation of an overcapacity of the subprocesses of the exemplary manufacturing system;
4 a representation of an undercapacity of the subprocesses of the exemplary manufacturing system;
5 a time-dependent course of an output quantity during a ramp-up of the exemplary production system;
6 a time-dependent course of a total output quantity during the ramp-up of the exemplary production system;
7 a time-dependent course of bottlenecks during the ramp-up of the exemplary manufacturing system;
8th a temporal progression of scrap during the ramp-up of the exemplary manufacturing system.

1 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zum Auslegen eines Fertigungssystems zum Herstellen von Batteriemodulen. Das Fertigungssystem umfasst mehrere Moduleinheiten mit jeweils wenigstens einem Modul, wobei jede Moduleinheit im Betrieb des Fertigungssystems in einem Teilprozess abhängig von der Anzahl der Module eine herstellbare Ausbringungsmenge eines Teilprodukts herstellen kann. 1 shows a flow chart of a method 1 according to the invention for designing a production system for producing battery modules. The production system comprises several module units, each with at least one module, wherein each module unit can produce a producible output quantity of a sub-product in a sub-process during operation of the production system depending on the number of modules.

Dabei wird in einer Maßnahme a) ein Produktionsmodell des Fertigungssystems erstellt. Dabei werden im Schritt i) alle Teilprozesse parallel oder seriell zueinander angeordnet und im Schritt ii) parametrisiert. Die Parameter können beispielweise eine Verfügbarkeit, vorzugsweise eine Gesamtanlageneffektivität, und/oder eine Herstellungsgeschwindigkeit und/oder ein Ausschuss und/oder eine Taktzeit sein. In dem Schritt iii) werden dann die einzelnen Teilprozesse über die herstellbare Ausbringungsmenge miteinander verknüpft.In one measure a), a production model of the manufacturing system is created. In step i), all sub-processes are arranged in parallel or in series with one another and parameterized in step ii). The parameters can be, for example, availability, preferably overall equipment effectiveness, and/or production speed and/or rejects and/or cycle time. In step iii), the individual sub-processes are then linked to one another via the output quantity that can be produced.

Dann kann in einer Maßnahme b) das Fertigungssystem ausgelegt werden. Dabei können in der Maßnahme b1) die Anzahl AM der Module in der jeweiligen Moduleinheit vorgegeben werden und eine Gesamt-Ausbringungsmenge G-AM der Batteriemodule in dem Fertigungssystem berechnet werden. In der Maßnahme b2) kann die Gesamt-Ausbringungsmenge G-AM der Batteriemodule vorgegeben werden und die Anzahl AM der Module in den jeweiligen Moduleinheiten berechnet werden.Then, in measure b), the production system can be designed. In measure b1), the number AM of modules in the respective module unit can be specified and a total output quantity G-AM of the battery modules in the production system can be calculated. In measure b2), the total output quantity G-AM of the battery modules can be specified and the number AM of modules in the respective module units can be calculated.

In der Maßnahme b1) werden dabei die Maßnahmen b1-1), b1-2) und b1-3) durchgeführt. In der Maßnahme b1-1) wird dabei dem zeitlich ersten Teilprozess seine maximale Ausbringungsmenge als Input-Daten gesetzt. In der Maßnahme b1-2) werden dann basierend darauf bei allen Teilprozessen zeitlich vorangehend die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts berechnet. In der Maßnahme b1-3) wird dann die Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule als die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in dem zeitlich letzten Teilprozess gesetzt.In measure b1), measures b1-1), b1-2) and b1-3) are carried out. In measure b1-1), the maximum output quantity is set as input data for the first sub-process. In measure b1-2), the producible output quantity of the sub-product is then calculated based on this for all sub-processes preceding it. In measure b1-3), the total output quantity of the battery modules is then set as the producible output quantity of the sub-product in the last sub-process.

In der Maßnahme b2) werden die Maßnahmen b2-1), b2-2) und b2-3) durchgeführt. In der Maßnahme b2-1) wird die vorgegebene Gesamt-Ausbringungsmenge der Batteriemodule dem zeitlich letzten Teilprozess als Input-Daten gesetzt. In der Maßnahme b2-2) wird bei allen Teilprozessen entgegen der zeitlichen Herstellungsabfolge die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts berechnet. In der Maßnahme b2-3) wird die Anzahl der Module jeder Moduleinheit in dem jeweiligen Teilprozess berechnet. Die Anzahl AM der notwendigen Module in der jeweiligen Moduleinheit kann dabei als ein Verhältnis der herstellbaren Ausbringungsmenge der Moduleinheit und der maximalen Ausbringungsmenge des einzelnen Moduls bestimmt werden.In measure b2), measures b2-1), b2-2) and b2-3) are carried out. In measure b2-1), the specified total output quantity of the battery modules is set as input data for the last sub-process. In measure b2-2), the producible output quantity of the sub-product is calculated for all sub-processes contrary to the chronological production sequence. In measure b2-3), the number of modules of each module unit in the respective sub-process is calculated. The number AM of the necessary modules in the respective module unit can be determined as a ratio of the producible output quantity of the module unit and the maximum output quantity of the individual module.

2 zeigt eine Ansicht einzelnen Teilprozesse 3 eines beispielhaften Fertigungssystems 2, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren 1 durch ein Produktionsmodell abgebildet und ausgelegt wird. Die zeitliche Herstellungsabfolge HF ist hier mit Pfeil gekennzeichnet. In dem Verfahren 1 werden - wie oben bereits beschrieben ist - die einzelnen Teilprozesse 3 zum Erstellen des Produktionsmodells des Fertigungssystems 2 entsprechend der zeitlichen Herstellungsabfolge HF angeordnet, parametrisiert und miteinander verknüpft. 2 shows a view of individual sub-processes 3 of an exemplary manufacturing system 2, which is mapped and designed in the method 1 according to the invention by a production model. The temporal production sequence HF is marked here with an arrow. In the method 1 - as already described above - the individual sub-processes 3 for creating the production model of the manufacturing system 2 are arranged, parameterized and linked to one another in accordance with the temporal production sequence HF.

Die einzelnen Teilprozesse 3 sind hier: Mischen MI-A einer Anode der herzustellenden Batteriemodule (Mixen Anode), Mischen MI-C eine Kathode der herzustellenden Batteriemodule (Mixen Kathode), Beschichten CO-A der Anode (Coating Anode), Beschichten CO-C der Kathode (Coating Kathode), Zeitrechnen CL-A der Anode (Calendaring Anode), Zeitrechnen CL-C der Kathode (Calendaring Kathode), Kerben NO-A der Anode (Notching Anode), Kerben NO-C der Kathode (Notching Kathode), Stapeln STA (Stacking), Zellenmontage CA (Cell assembly), thermische Behandlung BAK (Baking), erste Füllung 1FIL (1st Filling), zweite Füllung 2FIL (2nd Filling), elektrische Behandlung EL (Electrical treatment), Montage M der herzustellenden Batteriemodule (Module assembly). Die einzelnen Teilprozesse 3 werden entweder parallel (MI-A und Ml-C, CO-A und CO-C, CL-A und CL-C, NO-A und NO-C) oder seriell (MI-AlMI-C; CO-A/CO-C, CL-AlCL-C, NO-A/NO-C, STA, CA, BAK, 1FIL, 2FIL, EL, M) durchgeführt.The individual sub-processes 3 are here: Mixing MI-A of an anode of the battery modules to be manufactured (Mixing Anode), Mixing MI-C of a cathode of the battery modules to be manufactured (Mixing Cathode), Coating CO-A of the anode (Coating Anode), Coating CO-C of the cathode (Coating Cathode), Calendering CL-A of the anode (Calendaring Anode), Calendering CL-C of the cathode (Calendaring Cathode), Notching NO-A of the anode (Notching Anode), Notching NO-C of the cathode (Notching Cathode), Stacking STA (Stacking), Cell assembly CA (Cell assembly), Baking thermal treatment BAK (Baking), 1st Filling (1FIL), 2nd Filling (2FIL), Electrical treatment EL (Electrical treatment), Module assembly M of the battery modules to be manufactured. The individual sub-processes 3 are carried out either in parallel (MI-A and Ml-C, CO-A and CO-C, CL-A and CL-C, NO-A and NO-C) or serially (MI-AlMI-C; CO-A/CO-C, CL-AlCL-C, NO-A/NO-C, STA, CA, BAK, 1FIL, 2FIL, EL, M).

Die einzelnen Teilprozesse 3 werden dabei in Moduleinheiten 4 mit mehreren Modulen 5 durchgeführt. Die einzelnen Module 5 der einzelnen Moduleinheiten 4 sind in 2 entsprechend dem jeweiligen Teilprozess 3 mit einer nachfolgenden Zahl bezeichnet. Der Teilprozess Mi-A wird mit den Modulen MI-A1 bis MI-A10; der Teilprozess MI-C wird mit den Modulen MI-C1 bis MI-C10; der Teilprozess CO-A wird mit den Modulen CO-A1 bis CO-A4; der Teilprozess CO-C wird mit den Modulen CO-C1 bis CO-C4; der Teilprozess CL-A wird mit den Modulen CL-A1 bis CL-A5; der Teilprozess CL-C wird mit den Modulen CL-C1 bis CL-C5; der Teilprozess NO-A wird mit den Modulen NO-A1 bis NO-A11; der Teilprozess NO-C wird mit den Modulen NO-C1 bis NO-C11; der Teilprozess STA wird mit den Modulen STA1 bis STA4; der Teilprozess CA wird mit den Modulen CA1 bis CA4; der Teilprozess BAK wird mit den Modulen BAK1 bis BAK4; der Teilprozess 1FIL wird mit den Modulen 1FIL1 bis 1FIL4; der Teilprozess 2FIL wird mit den Modulen 2FIL1 bis 2FIL4; der Teilprozess EL wird mit den Modulen EL1 bis EL4; der Teilprozess M wird mit den Modulen M-1 bis M-5 durchgeführt.The individual sub-processes 3 are carried out in modular units 4 with several modules 5. The individual modules 5 of the individual modular units 4 are in 2 corresponding to the respective sub-process 3 with a subsequent number. The sub-process Mi-A is assigned to the modules MI-A1 to MI-A10; the sub-process MI-C is assigned to the modules MI-C1 to MI-C10; the sub-process CO-A is assigned to the modules CO-A1 to CO-A4; the sub-process CO-C is assigned to the modules CO-C1 to CO-C4; the sub-process CL-A is assigned to the modules CL-A1 to CL-A5; the sub-process CL-C is assigned to the modules CL-C1 to CL-C5; the sub-process NO-A is assigned to the modules NO-A1 to NO-A11; the sub-process NO-C is assigned to the modules NO-C1 to NO-C11; the sub-process STA is assigned to the modules STA1 to STA4; the sub-process CA is assigned to the modules CA1 to CA4; the sub-process BAK is assigned to the modules BAK1 to BAK4; the sub-process 1FIL is carried out with the modules 1FIL1 to 1FIL4; the sub-process 2FIL is carried out with the modules 2FIL1 to 2FIL4; the sub-process EL is carried out with the modules EL1 to EL4; the sub-process M is carried out with the modules M-1 to M-5.

In dem Verfahren 1 kann dann anhand des erstellten Produktionsmodells die zeitliche Dimension der Installation von einzelnen Modulen 5 bzw. des Equipments und der Hochlauf des Fertigungssystems 2 betrachten werden. Über die Verkettung bzw. Verknüpfung der Teilprozesse 3 können Hochlaufszenarien schnell und einfach gebildet, visualisiert und einem Benchmark gegenübergestellt werden. Da das Fertigungssystem 2 zum Herstellung der Batteriemodule für die Automobilindustrie üblicherweise Investmentkosten von über 500 Millionen EUR erfordert, kann dadurch ein großes Geldersparnis erzielt werden. Ein zeitgleicher Ramp-Up jeder einzelnen Moduleinheit 4 ist dadurch nicht realisierbar und es werden deshalb zwei bis vier Hochlaufsequenzen anvisiert. Mit dem Verfahren 1 kann für jede einzelne Moduleinheit 4 bzw. jede Hochlaufsequenz ein individueller Hochlauf konfiguriert werden.In method 1, the time dimension of the installation of individual modules 5 or the equipment and the ramp-up of the production system 2 can then be considered based on the production model created. By linking or connecting the sub-processes 3, ramp-up scenarios can be quickly and easily created, visualized and compared with a benchmark. Since the production system 2 for producing battery modules for the automotive industry usually requires investment costs of over EUR 500 million, this can result in large financial savings. A simultaneous ramp-up of each individual module unit 4 is therefore not feasible and two to four ramp-up sequences are therefore envisaged. Using method 1, an individual ramp-up can be configured for each individual module unit 4 or each ramp-up sequence.

Mit der Anzahl der Moduleinheiten 4, dem entsprechend gewähltem Ramp-Up und der Hochlaufsequenz ergeben sich in der Verkettung eine tägliche theoretisch maximal mögliche Gesamtkapazität, die durch den jeweils schwächsten Teilprozess bzw. einen sogenannten Bottleneck begrenzt wird. Um den sich täglich einstellenden bzw. sich verändernden Bottleneck-Prozess zu betrachten, können dabei täglich für jedes Teilprodukt die mögliche Ausbringung von den Teilprozessen dargestellt und aufsummiert werden. Unabhängig von Tagesschwankungen, die in den Entkopplungsbereichen abgefangen werden können, ergibt sich im Ramp-Up im Normalfall immer ein sogenanntes chronisches Bottleneck, das den Gesamtoutput begrenzt und nur bedingt durch Arbeitszeitmodelle oder Entkopplungen eliminiert werden kann.With the number of module units 4, the corresponding ramp-up and the high In the sequence of operations, the chain results in a theoretically maximum possible total capacity per day, which is limited by the weakest sub-process or a so-called bottleneck. In order to consider the bottleneck process that occurs or changes on a daily basis, the possible output of the sub-processes can be displayed and summed up for each sub-product on a daily basis. Regardless of daily fluctuations that can be absorbed in the decoupling areas, a so-called chronic bottleneck normally always results in the ramp-up, which limits the total output and can only be eliminated to a limited extent by working time models or decoupling.

3 zeigt eine Darstellung einer Überkapazität K+ der Teilprozesse 3 des beispielhaften Fertigungssystems 2, die in dem Verfahren 1 mittels des Produktionsmodels berechnet werden können. Mit der durchbrochenen Linie ist die herstellbare Ausbringungsmenge des Teilprodukts in den jeweiligen Teilprozessen 3 gezeigt. Die Überkapazität K+ ist dabei die Differenz, die über der herstellbaren Ausbringungsmenge liegt. In 3 ist die Überkapazität K+ in Teilprodukten pro Tag für jeden Teilprozess 3 dargestellt. 3 shows a representation of an overcapacity K+ of the sub-processes 3 of the exemplary manufacturing system 2, which can be calculated in the method 1 using the production model. The broken line shows the producible output quantity of the sub-product in the respective sub-processes 3. The overcapacity K+ is the difference that lies above the producible output quantity. In 3 the excess capacity K+ in sub-products per day for each sub-process 3 is shown.

4 zeigt eine Darstellung einer Unterkapazität K- der Teilprozesse 3 des beispielhaften Fertigungssystems 1, die in dem Verfahren 1 mittels des Produktionsmodels berechnet werden können. Die Unterkapazität K- kann dabei als eine Differenz der herstellbaren Ausbringungsmenge der jeweiligen Moduleinheit 4 und der maximalen Ausbringungsmenge der jeweiligen Moduleinheit 4 berechnet werden. In 4 ist die Unterkapazität K- in Teilprodukten pro Tag für jeden Teilprozess 3 dargestellt. 4 shows a representation of an undercapacity K- of the sub-processes 3 of the exemplary manufacturing system 1, which can be calculated in the method 1 using the production model. The undercapacity K- can be calculated as a difference between the producible output quantity of the respective module unit 4 and the maximum output quantity of the respective module unit 4. In 4 the undercapacity K- is shown in subproducts per day for each subprocess 3.

5 zeigt einen zeitabhängigen Verlauf einer Ausbringungsmenge A bei einem Hochlauf des Fertigungssystems 2. Die Zeitachse ermöglicht eine tägliche oder wöchentliche oder monatliche Darstellung. Dieser Darstellung können für den Ramp-Up wichtige Informationen wie Fokusbereiche entnommen werden. 5 shows a time-dependent progression of an output quantity A during a ramp-up of the production system 2. The time axis enables a daily, weekly or monthly representation. Important information for the ramp-up, such as focus areas, can be obtained from this representation.

6 zeigt einen zeitabhängigen Verlauf einer Gesamt-Ausbringungsmenge P bei dem Hochlauf des Fertigungssystems 1. Mit Balken sind hier Stresstest visualisiert, die regelmäßig - beispielweise monatlich - beim Hochlauf des Fertigungssystems 2 durchgeführt werden können. Das Zusammenspiel zwischen den Stresstest, die das Fertigungssystems 2 über ein bis drei Tage hinweg an ihre Grenzen bringt, und einer Erholungszeit zwischen den Stresstest ermöglicht es, die Erkenntnisse über das Fertigungssystem 2 zu verbessern und sind sehr wichtig. Nach einer Zeit kann auch mit täglichen Produktionszielen eine kontinuierliche Verbesserung der Anlagenperformance erreicht werden. 6 shows a time-dependent curve of a total output quantity P during the ramp-up of the production system 1. Stress tests are visualized here with bars, which can be carried out regularly - for example monthly - during the ramp-up of the production system 2. The interaction between the stress tests, which push the production system 2 to its limits over one to three days, and a recovery time between the stress tests enables the knowledge about the production system 2 to be improved and is very important. After a time, a continuous improvement in the system performance can also be achieved with daily production targets.

7 zeigt einen zeitabhängigen Verlauf von Engpässen bei dem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems 2. 8 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Ausschuss bei dem Hochlauf des beispielhaften Fertigungssystems 1. 7 shows a time-dependent course of bottlenecks during the ramp-up of the exemplary production system 2. 8th shows a temporal progression of scrap during the ramp-up of the exemplary production system 1.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009007477 A1 [0003]
DE 102010018634 A1 [0004]

Claims

Method (1) for designing a manufacturing system (2) for producing battery modules, wherein the manufacturing system (2) has a plurality of module units (4), each with at least one module (5), and each module unit (4) can produce a producible output quantity of a sub-product in a sub-process (3) depending on the number of modules (5) during operation of the manufacturing system (2); comprising the following measures: a) Creating a production model of the manufacturing system (2), comprising the following steps: i. Arranging all sub-processes (3) to be carried out in the module units (4) in parallel or in series with one another in accordance with a temporal manufacturing sequence (HF) of the battery modules and a relationship between the sub-processes (3); ii. Parameterizing all sub-processes (3) with at least one sub-process and/or sub-product-relevant parameter; iii. Linking the sub-processes (3) via the producible output quantity in accordance with the temporal production sequence (HF) and against the temporal production sequence (HF), taking into account the relationship between the sub-processes (3); b) Designing the manufacturing system (2) based on the created production model of the manufacturing system (2).

Procedure (1) according to Claim 1 , characterized in that - in step iii) of measure a), for all sub-processes (3), the producible output quantity of the sub-product in each immediately preceding sub-process (3) is set as input data for each immediately subsequent and related sub-process (3), and - that in step iii) of measure a), for all sub-processes (3), the producible output quantity of the sub-product in each immediately preceding and related sub-process (3) is set as input data for each immediately preceding and related sub-process (3).

Procedure (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that in measure b): - in a measure b1) a total output quantity of the battery modules is calculated depending on a predetermined number of modules (5) in the respective module units (4) using the production model, and/or - in a measure b2) a number of necessary modules (5) in the respective module units (4) is calculated depending on a predetermined total output quantity of the battery modules using the production model.

Procedure (1) according to Claim 3 , characterized in that in measure b1): - in a measure b1-1) the maximum output quantity of the sub-product is set as input data for the temporally first sub-process (3); - in a measure b1-2) the producible output quantity of the sub-product is calculated for all sub-processes (3) according to the temporal production sequence, wherein the producible output quantity of the sub-product in the temporally preceding sub-process (3) is set as input data for the temporally subsequent and related sub-process (3); and - in a measure b1-3) the total output quantity of the battery modules is set as the producible output quantity of the sub-product in the temporally last sub-process (3).

Procedure (1) according to Claim 4 , characterized in that - in measure b1) an overcapacity of the producible output quantity of the partial product of at least one of the modular units (4) is calculated based on a calculated output quantity of the partial product of the respective modular unit (4) and a maximum output quantity of the partial product of the respective modular unit (4), and/or - in measure b1) an undercapacity of the producible output quantity of the partial product of at least one of the modular units (4) is calculated based on a calculated output quantity of the partial product of the respective modular unit (4) and a maximum output quantity of the partial product of the respective modular unit (4).

Procedure (1) according to Claim 5 , characterized in that - the excess capacity of the producible output quantity of the partial product of at least one of the modular units (4) with respect to the producible output quantity of the partial product is visualized and output to a user, and/or - the undercapacity of the producible output quantity of the partial product of at least one of the modular units (4) with respect to the producible output quantity of the partial product is visualized and output to a user.

Method (1) according to one of the Claims 3 until 6 , characterized in that in measure b2): - in a measure b2-1) the predetermined total output quantity of the battery modules is set as input data for the temporally last sub-process (3); - in a measure b2-2) for all sub-processes (3) contrary to the temporal production sequence (HF), the producible output quantity of the sub-product is calculated, whereby the producible output output quantity of the sub-product in the temporally subsequent sub-process (3) is set as input data of the temporally preceding and related sub-process (3); and - in a measure b2-3) the number of modules (5) of each module unit (4) intended to carry out the individual sub-process (3) is calculated based on the producible output quantity of the sub-product in the respective sub-process (3).

Procedure (1) according to Claim 7 , characterized in that in measure b2-3) the number of necessary modules (5) in the respective module unit (4) is determined as a ratio, rounded up or rounded down to a whole, of the producible output quantity of the partial product of the module unit (4) and the maximum output quantity of the partial product of the individual module (5).

Method (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - in measure a) in step ii) at least one of the sub-processes (3), preferably all sub-processes (3), is parameterized with an availability, preferably with an overall equipment effectiveness, as one of the at least one parameters; and/or - in measure a) in step ii) at least one of the sub-processes (3), preferably all sub-processes (3), is parameterized with a production speed as one of the at least one parameters; and/or - in measure a) in step ii) at least one of the sub-processes (3), preferably all sub-processes (3), is parameterized with a reject as one of the at least one parameters; and/or - in measure a) in step ii) at least one of the sub-processes (3), preferably all sub-processes (3), is parameterized with a cycle time as one of the at least one parameters; and/or - that in measure a) in step ii) at least one of the sub-processes (3), preferably all sub-processes (3), is parameterized with a work model, in particular with an achievable working time of the respective modular unit (4) per day and/or per week and/or per year, as one of the at least one parameters; and/or - that in measure a) the production model as a whole is parameterized with a work model, in particular with an achievable working time of the respective modular unit (4) per day and/or per week and/or per year, as one of the at least one parameters.

Method (1) according to one of the preceding claims, characterized in that - the output quantity of the partial product is used as a daily output quantity of the partial product, which indicates a quantity of the partial product produced in the respective sub-process (3) in the respective module unit (4) per day, and/or - the total output quantity of the battery modules is used as a daily total output quantity of the battery modules, which indicates a quantity of the battery modules produced in the production system (2) per day, and/or - the total output quantity of the battery modules is used as an annual total output quantity of the battery modules, which indicates a quantity of the battery modules produced in the production system (2) per year, and/or - the total output quantity of the battery modules is used as an annual capacity output quantity of the battery modules, which indicates an energy capacity of the battery modules produced in the production system (2) per year, recorded in watts per hour. indicates is used.

Control unit, wherein the control unit is designed to carry out the method (1) according to one of the preceding claims.