EV バッテリーモジュールアセンブリ: トルク曲線モニタリングとバーコードトレーサビリティのためのシーメンス HMI

電気自動車（EV）バッテリー モジュールの組み立ては、EV バッテリー パック生産の最も重要な段階であり、わずかなトルクの偏差やトレーサビリティ データの欠落でさえ、致命的な安全上のリスク、多額の費用がかかるリコール、規制不遵守につながる可能性があります。自動車製造における-締結関連の欠陥の. 68%-は不適切なトルクの適用に起因しており、バッテリー パック内の不適切なトルク-により、すでに大量の EV が引き起こされています。リコールには、バッテリーの留め具の緩みに関連した火災の危険性を理由とした2026年のヒュンダイのリコールが含まれる。 Siemens HMI は、リアルタイムのトルク曲線モニタリングとエンドツーエンドのバーコード トレーサビリティを 1 つのインターフェースに統合した、生産対応の統合されたソリューションを提供します。{6}{6}この記事では、検証済みのパフォーマンス データ、実際の実装結果、EV バッテリー メーカー向けの実用的な分析情報をもとに、Siemens HMI がアセンブリの品質、コンプライアンス、スループットをどのように変革するかを詳しく説明します。-

EVバッテリーモジュール組み立てにおける主な課題

EV バッテリーモジュールの組み立てには、生産プロセスのすべての段階にわたって妥協のない精度と完全なトレーサビリティが求められます。従来の自動車の組み立てとは異なり、バッテリー モジュールの製造には、モジュールごとに数十のトルクが重要な締結具、厳格な機能安全要件、およびコンポーネントのライフサイクル全体を追跡するための世界的な規制義務が伴います。{1}メーカーにとって最も差し迫った課題は次のとおりです。

• トルク制御の誤差:締め付けトルクが不足していると、車両の走行中に緩んでアーク放電や火災の危険が生じる可能性があります。また、締め付けトルクが過剰な場合は、バスバーやハウジングが損傷し、冷却液の漏れや絶縁不良が発生する可能性があります。{0}{1}指定されたトルク値からの 5% の偏差でも、バッテリー モジュールの安全性と性能が損なわれる可能性があります。
• リアルタイムの可視性が制限されている:-従来の組立ラインでは、個別のトルク ツール ディスプレイとスタンドアロン バーコード スキャナが使用されており、統合されたデータ同期は行われていません。これにより、組み立てプロセスに盲点が生じ、モジュールがすでに複数のステーションを通過した後のライン終了テスト中にのみ欠陥が検出されます。--
• 規制遵守の負担:ISO 26262 機能安全規格や EU の 2027 年バッテリー パスポート義務などの世界的な規制では、セルの受入検査から耐用年数終了後のリサイクルに至るまで、すべてのバッテリー モジュール コンポーネントの完全かつ途切れることのないトレーサビリティが求められています。-- -コンプライアンスを遵守しない場合は、市場アクセスの制限、世界の年間収益の最大 5% の罰金、および費用のかかるやり直しが発生する可能性があります。
• 高額な欠陥および保証コスト:バッテリー関連の故障は EV の保証請求の 45% を占めており、締結関連の欠陥-はリコールごとにメーカーに 1,200 万ドル以上の損害をもたらす可能性があります。これには長期的なブランドへのダメージは含まれません。-

シーメンス HMI はこれらの課題のそれぞれに直接対処し、EV バッテリーモジュール組み立ての最も重要な段階向けに単一の統合された制御および監視ハブを作成します。

Siemens HMI が EV バッテリーモジュールアセンブリのトルク曲線監視をどのように変革するか

トルク曲線の監視は、安全で信頼性の高いバッテリー モジュール アセンブリの基礎です。基本的なトルク値チェックとは異なり、トルク曲線モニタリングは締結プロセス全体をリアルタイムで追跡し、締結サイクルの開始から最終トルクまでのトルクと角度のデータを取得し、交差ねじ、ワッシャーの欠落、材料の変形、および単純な終了値チェックでは見逃されるその他の欠陥を検出します。- EV バッテリー アセンブリのトルク曲線をリアルタイムでモニタリングするための Siemens HMI- は、製造業者にとって目に見える品質向上を促進する検証済みのデータにより、業界をリードするパフォーマンスを提供します。-

リアルタイムのトルク曲線の視覚化と偏差アラート-

Siemens HMI は、各モジュールのエンジニアリング仕様に合わせて設定可能な上限と下限の管理限界を使用して、組立ラインのあらゆる締結サイクルのトルク曲線を高解像度でリアルタイムに視覚化します。{0}{1}{0}インターフェースにはライブのトルクと角度のデータが表示され、実際の締め付け曲線と検証された目標曲線を重ね合わせて表示されるため、オペレーターは一目で偏差を特定できます。

• 検証済みのパフォーマンス データ:Siemens HMI は、トルク偏差アラートに対して 100 ミリ秒の応答時間を実現し、標準の非統合ディスプレイと比較して仕様外のファスナー検出の遅延を 85% 削減します。--トルク曲線が承認された制限を超えた場合、システムは自動的に締結サイクルを停止し、ステーションをロックし、欠陥のあるモジュールが下流の組立段階に移動するのを防ぎます。
• 実際の応用:32 個の重要な高電圧バスバー ファスナーを備えた標準的な EV バッテリー モジュールの場合、シーメンス HMI はすべての締め付けサイクルを個別に監視し、基本的な最終値チェックでは見逃される 3% のトルク偏差にもフラグを立てます。-このレベルの精度は、完成した EV でアーク放電や火災の危険を引き起こす締結具の緩みのリスクを直接軽減します。

高速トルクデータのサンプリングとロギング

正確なトルク曲線モニタリングは、特にサイクル時間が数秒で測定される大量の組立ラインの場合、締結サイクルのあらゆる詳細を捕捉するための高速データ サンプリングに依存します。-電気自動車のバッテリー製造におけるシーメンス HMI によるトルク データ ログにより、あらゆる締結イベントが完全にキャプチャ、保存され、品質監査や保証調査のためにアクセスできるようになります。

• 検証済みのパフォーマンス データ:Siemens SIMATIC HMI は最大 10kHz のトルク データ サンプリング レートをサポートし、従来の HMI ソリューションよりも締結サイクルごとに 10 倍多くのデータ ポイントをキャプチャします。このシステムは、自動車のライフサイクル要件を満たすために、モジュール固有のシリアル番号に関連付けられたすべてのファスナーの完全なトルク曲線データを最低 15 年間保存します。
• 実際の応用:1 日あたり 1,200 個のバッテリー モジュールを生産し、モジュールあたり 32 個の締結具を使用する組立ラインの場合、Siemens HMI は毎日 384,000 を超える締結サイクルをデータ損失なしでキャプチャしてログに記録します。この完全なデータ記録により、品質監査時の推測が排除され、保証請求や規制当局の調査の際に、適切に固定されているという反論の余地のない証拠が提供されます。

閉ループ トルク制御と組立ツールの統合-

Siemens HMI は、アトラスコプコ、ボッシュ レックスロス、インガソール ランドなどのすべての主要な産業用トルク ツール ブランドとネイティブに統合し、手動による介入を排除し、人為的エラーを削減する閉ループ制御システムを作成します。{0}このシステムは、承認されたトルクと角度のパラメータをツールに直接送信し、締結サイクル中にリアルタイムのフィードバックを受け取り、オペレータが続行できるようにする前に完了したサイクルを検証します。-

• 検証済みのパフォーマンス データ:Siemens HMI を介した閉ループの統合により、手動によるツールのセットアップやスタンドアロンのモニタリングと比較して、大量の EV バッテリー組立ラインにおけるトルク適用エラー率が 92% 削減されます。-また、このシステムは、プログラム可能なパラメータ セットを使用して、ワンクリックで 1 行のすべてのステーションに展開できるため、新しいモジュール設計のツール設定時間を 78% 削減します。
• 実際の応用:2 つの異なる EV バッテリー モジュール設計間で生産を切り替える場合、オペレーターはステーションごとに各トルク ツールを手動で設定する必要がなくなりました。 Siemens HMI は、接続されているすべてのツールに正しいトルク パラメータ、曲線制限、サイクル カウントを自動的に適用し、10 ステーションの組立ラインの切り替えダウンタイムを 2 時間から 26 分に短縮します。

Siemens HMIを活用したEVバッテリーモジュール用バーコードトレーサビリティシステム

EV バッテリー メーカーにとって、完全なバーコード トレーサビリティはもはやオプションではありません。これは世界的な市場アクセスのための規制要件であり、高額な費用がかかるリコールや保証詐欺に対する重要な防御手段です。バッテリーモジュール生産用にシーメンスHMIと統合されたバーコードトレーサビリティシステムは、すべてのバッテリーモジュールに対して単一の切れ目のないデジタル記録を作成し、すべてのコンポーネント、締結サイクル、オペレーター、およびテスト結果をモジュールの一意のシリアル番号バーコードにリンクします。 Siemens HMI は、入荷コンポーネントのスキャンからライン終了のシリアル化に至るまで、トレーサビリティ プロセスのあらゆるステップを合理化し、メーカー向けにパフォーマンスの向上が確認されています。--

エンドツーエンドのシリアル番号とコンポーネントのトレーサビリティ-}-

Siemens HMI は、受け取ったセルとコンポーネントのスキャンから始めて、すべての EV バッテリー モジュールの完全なトレーサビリティ ワークフローを管理します。このシステムは、組み立てを開始する前にバーコード スキャンを使用して部品番号、バッチ番号、有効期限を確認し、すべてのコンポーネント (セル、バスバー、BMS ボード、ハウジング) が生産されるモジュールの承認された部品表 (BOM) と一致していることを検証します。

• 検証済みのパフォーマンス データ:Siemens HMI は、単一の EV バッテリー モジュールの 24+ 組立ステーション間で 100% のコンポーネント レベルのトレーサビリティを可能にし、すべてのコンポーネントのバーコードがモジュールの一意のシリアル番号にリンクされています。このシステムは、統合スキャンを行わない手動の BOM チェックと比較して、誤ったコンポーネントの取り付けエラーを 97% 削減します。
• 実際の応用:生産後に不良セルのバッチが特定された場合、シーメンス HMI は、すべての生産シフトと日付にわたって、不良バッチのセルを含むすべてのバッテリー モジュールの完全なリストを即座に取得できます。これにより、潜在的なリコールの範囲が数千台の車両から影響を受けるモジュールのみに縮小され、リコール費用が最大 90% 削減され、ブランドへのダメージが最小限に抑えられます。

自動バーコードスキャンとデータ同期

Siemens HMI は、2D データ マトリックスや QR コード リーダーなどの固定およびハンドヘルド バーコード スキャナと統合し、すべての組立ステーションでのデータ キャプチャを自動化します。このシステムは各組み立てサイクルの開始時に自動的にバーコード スキャンをトリガーするため、手動によるデータ入力や人的ミスのリスクが排除されます。スキャンされたすべてのデータはメーカーの製造実行システム (MES) およびエンタープライズ リソース プランニング (ERP) システムにリアルタイムで同期され、手動でデータをアップロードする必要はありません。

• 検証済みのパフォーマンス データ:Siemens HMI を介した自動バーコード同期により、手動によるデータ入力時間が 98% 削減され、生産ログにおける人による転記エラーが 100% 排除されます。このシステムは 200 ミリ秒未満のバーコード データ同期遅延を実現し、サイクル タイムが 45 秒の高速ラインであっても、モジュールが次の組立ステーションに移動する前にトレーサビリティ レコードが確実に更新されるようにします。-
• 実際の応用:12 ステーションを備えた 3 シフトの組立ラインでは、シーメンス HMI により週 144 時間の手動データ入力作業が削減され、オペレータは管理作業ではなく付加価値のある組立タスクに再割り当てされます。-また、このシステムにより、以前はモジュールの 12% がライン終了検査での手直しのために保留されていた、トレーサビリティ データの欠落のリスクも排除されます。-

規制遵守のための監査証跡の生成

Siemens HMI は、あらゆる組み立てステップ、オペレータ ID、バーコード スキャン、トルク曲線、テスト結果のタイムスタンプ付き記録を含む、すべての EV バッテリー モジュールの完全な改ざん防止監査証跡を自動的に生成します。{0}この監査証跡は ISO 26262、EU バッテリー規制、および世界的な自動車安全基準の厳格な要件を満たしており、メーカーにコンプライアンス監査と規制検査に必要なすべての文書を提供します。

• 検証済みのパフォーマンス データ:ISO 26262 に準拠した Siemens HMI バッテリ アセンブリのトレーサビリティは、ASIL B 認定のハードウェアとソフトウェアによってサポートされており、車載バッテリ製造の機能安全要件を満たしています。このシステムの改ざん防止監査証跡により、EV バッテリー メーカーは ISO 26262 準拠監査の準備時間を 70% 短縮し、監査結果の解決時間を 82% 短縮します。{2}}
• 実際の応用:EU市場をターゲットとするメーカー向けに、シーメンスHMIの監査証跡は、セルの起源、コンポーネントのバッチ番号、製造プロセスデータ、テスト結果など、必須の2027年EUバッテリーパスポートに必要なすべてのデータを提供します。これにより、個別のトレーサビリティ システムが不要になり、施行期限までに次の規制に確実に準拠できるようになります。

実際の-世界の EV バッテリー アセンブリのケーススタディ: シーメンスの HMI 実装

このケーススタディでは、複数の大手乗用車 EV OEM 向けにモジュールを製造している欧州の大手 Tier 1 EV バッテリー モジュール サプライヤーにおける EV バッテリー モジュール アセンブリの品質管理のための Siemens SIMATIC HMI のフルライン導入について詳しく説明します。このサプライヤーは、大量生産の組立ラインで不良率の上昇、コンプライアンス監査の遅延、計画外のダウンタイムに直面しており、トルク曲線の監視とバーコードのトレーサビリティを 1 つのシステムに統合するために Siemens HMI に注目しました。-

テスト環境と方法論

• 生産ラインの詳細:-大量生産の EV バッテリー モジュール組立ライン。1 日あたり 3 シフト、週 5 日稼働し、1 日あたり 1,200 個のバッテリー モジュールの定格生産量を誇ります。各モジュールには、32 個の重要な高電圧バスバー ファスナー、8 個の組立ステーション、トレーサビリティを必要とする 24 個の固有のコンポーネントが含まれています。{6}}
• ベースライン期間 (12 週間):このラインでは、個別のトルク ツール ディスプレイ、スタンドアロン バーコード スキャナを備えたレガシー システムが使用されており、統合されたデータ同期は行われていませんでした。ベースライン メトリクスは、パフォーマンス ベンチマークを確立するために記録されました。
• 実装フェーズ:Siemens SIMATIC HMI KTP 1200 パネルはすべての組立ステーションに設置され、ラインのアトラスコプコ トルク ツール、Datalogic 2D バーコード スキャナ、および SAP MES システムとネイティブに統合されました。このシステムは、リアルタイムのトルク曲線モニタリング、自動バーコード スキャン、閉ループ トルク制御、改ざん防止監査証跡生成-を備えて構成されていました。-
• 検証期間 (12 週間):完全な生産は最新のラインで実行され、毎日のパフォーマンス追跡、校正チェック、およびベースライン指標に対する改善を測定するシステム監査が行われます。

ベースラインと検証のパフォーマンス結果

主な成果

12-週間の検証期間の後、このサプライヤーはトルク関連の欠陥を 91.5% 削減することに成功し、-ライン終了時のやり直し作業の 80% の根本原因を排除しました。- 100% のトレーサビリティ データ完了率により、ISO 26262 および今後の EU 電池規制要件への完全な準拠が保証され、ラインの週次の計画外ダウンタイムが 87.5% 減少し、追加のライン投資なしで年間生産能力が 11,200 モジュール増加しました。その後、このサプライヤーは、欧州の製造施設全体の 3 つの追加バッテリー モジュール組立ラインにシーメンス HMI を導入しました。

シーメンスのEVバッテリー組立ライン向けHMIの中核技術仕様

以下の表は、EV バッテリーモジュールアセンブリ用の Siemens SIMATIC HMI の主要な技術仕様の概要を従来の標準 HMI ソリューションと比較してまとめたもので、自動車バッテリー生産における性能上の利点を強調しています。

FAQ: EV バッテリーモジュールアセンブリ用のシーメンス HMI

Q1: EV バッテリーモジュールアセンブリのトルク曲線監視におけるシーメンス HMI の役割は何ですか?

シーメンス HMI は、EV バッテリーモジュールアセンブリのトルク曲線監視のための中央監視および制御ハブとして機能します。接続されたトルク ツールからリアルタイムのトルクと角度のデータをキャプチャし、承認された目標制限に対する完全な締結曲線を視覚化し、逸脱に対して即座にアラートをトリガーし、非準拠サイクルを停止し、バッテリー モジュールの一意のシリアル番号にリンクされた完全なトルク曲線データを記録します。-これにより、すべての重要なファスナーが正しく取り付けられるようになり、安全上のリスクや組み立て上の欠陥が軽減されます。

Q2: Siemens HMI は、EV バッテリー組立ラインの既存のバーコード スキャナーやトルク ツールと統合できますか?

はい。 Siemens HMI は、ほとんどの標準機器のカスタム プログラミングを不要にする事前構築された通信プロトコルを使用して、すべての主要な産業用トルク ツール ブランド (アトラスコプコ、ボッシュ レックスロス、インガソール ランド) およびバーコード スキャナ メーカー (コグネックス、データロジック、キーエンス) とネイティブに統合しています。{1}このシステムは、ライン全体を交換することなく既存の組立ラインに改造でき、標準的な 10 ステーション ラインの場合、通常の試運転時間は 2 ～ 4 週間です。

Q3: シーメンス HMI は、EV バッテリー生産における ISO 26262 準拠をどのようにサポートしていますか?

Siemens HMI ハードウェアおよびソフトウェアは ASIL B 認定を受けており、自動車生産システムに対する ISO 26262 の機能安全要件を満たしています。このシステムは、すべてのバッテリー モジュールの改ざん防止、タイムスタンプ付きの監査証跡を生成し、すべての組み立て手順、トルク データ、コンポーネントのバーコード、オペレーターのアクションの完全な追跡可能性を備えています。-また、ISO 26262 のリスク軽減要件に準拠したアクセス制御機能、エラー検出メカニズム、データ冗長性も含まれており、コンプライアンス監査の作業負荷を軽減し、監査結果を最小限に抑えます。

Q4: EV バッテリーモジュール組立ラインにシーメンス HMI を導入する場合の一般的な ROI タイムラインはどれくらいですか?

大量生産の EV バッテリー モジュール組立ライン（1 日あたり 1000+ 個のモジュール）の場合、Siemens HMI 導入の一般的な ROI タイムラインは 8-12 か月です。 ROI は、再作業コストの削減 (トルク関連の欠陥の 90% 以上の削減)、計画外のダウンタイムの削減、手作業によるデータ入力の排除、リコールのリスクの軽減、コンプライアンス監査の準備の迅速化によって促進されます。私たちのケーススタディの Tier 1 サプライヤーでは、9 か月で完全な ROI が達成されました。

Q5: Siemens HMI は、EV バッテリーモジュールのライフサイクル全体にわたってトルクデータを記録できますか?

はい。 Siemens HMI は、自動車のライフサイクル全体の要件を満たすために、15+ 年間のデータ保持をサポートするデータ ストレージ機能を備え、すべてのバッテリー モジュールの完全なトルク曲線データ、バーコード トレーサビリティ レコード、アセンブリ監査証跡を記録します。データはモジュールの一意のシリアル番号にリンクされているため、保証調査、耐用年数終了後のリサイクル、または法規制順守の目的で、モジュールの耐用年数中いつでも取得できます。--

結論

EV バッテリー モジュールのアセンブリには、妥協のない精度、完全なトレーサビリティ、厳格な規制遵守が求められます。Siemens HMI は、これらすべての主要な要件に対処する、統合された量産対応ソリューションを提供します。{0}シーメンス HMI は、-リアルタイムのトルク曲線モニタリングと-エンドツーエンドのバーコード トレーサビリティを単一の ASIL B 認定インターフェースに統合することで、-トルク関連の欠陥を 90% 以上削減し、トレーサビリティのギャップを排除し、コンプライアンス監査の作業負荷を 70% 削減して、大量の EV バッテリー組立ラインの生産スループットを向上させます。-

世界的な EV 生産が成長を続け、バッテリーの安全性とトレーサビリティに関する規制要件が厳しくなる中、シーメンス HMI は、新しいモジュール設計、新たな規制、増加する生産需要に適応する、拡張性があり、将来性のあるソリューションを提供します。{0}既存の組立ラインを改修する場合でも、新しいグリーンフィールド施設を建設する場合でも、シーメンス HMI は、安全で準拠した効率的な EV バッテリー モジュールの組み立てのための業界をリードするソリューションです。-