CATL / Werk Sichuan

Als einer von 13 Produktionsstandorten der Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL) zählt das Werk in Sichuan (China) zu den weltweit größten Herstellern von Lithium-Ionen-Batterien.

Seit wenigen Jahren sieht sich CATL mit einem erheblichen Anstieg der globalen Nachfrage nach seinen Produkten sowie einem verschärften Wettbewerb konfrontiert. Dem begegnet der Batteriehersteller mit einem konsequenten Aufbau einer kunden- und nachhaltigkeitsorientierten End-to-End-Wertschöpfungskette, der eng mit einer Industrie 4.0-Strategie verbunden ist. In diesem Kontext musste das Werk am Standort Sichuan produktionsspezifische Aufgabenstellungen lösen: Dazu zählten z.B. die Prozesssicherheit, Effizienzsteigerungen beim Energie- und Materialeinsatz und die Weiterentwicklung von manuellen zu automatisierten Logistikprozessen.

Diese und weitere Marktbedingungen veranlassten das Werk dazu, ab 2021 Digitalisierungslösungen teils lokal, teils standortübergreifend zu entwickeln und zu implementieren. Dabei spielten die Entwicklung und die Integration innovativer KI-Lösungen von Beginn an eine zentrale Rolle.

Die Lösungslandschaft umfasst Industrie 4.0-Use Cases entlang der gesamten Prozesskette des Werkes, bei denen ein gezielter und orchestrierter Einsatz von KI-Technologien verwirklicht wurde. Dieser umfasst mehrere Bereiche bzw. Funktionen wie Energiemanagementsysteme, „Closed-Loop“-Produktionsprozessanalyse und Maschinensteuerung, Predictive Maintenance und Logistik.

Die Lösung überzeugte die Jury des INDUSTRIE 4.0 AWARD zum einen mit den deutlichen Ergebnissen, die KI-Tools wie Deep Learning, maschinelles Lernen oder Computer Vision usw. bereits im Werk erbringen. Zum anderen leistet CATL Sichuan mit dieser Lösung Pionierarbeit bei der Entwicklung eines standardisierten technischen KI-Frameworks, das auf weitere Standorte skalierbar ist.

Lithium-Batterie-Produktionslinien erfordern mehrere gleichzeitig betriebene Anlagen (≈ 60 % Energieanteil). Werden diese ungeordnet hochgefahren, führt das zu hohen Standby-Raten und erheblicher Verschwendung.

Basierend auf Produktionsplänen, Anlagenkapazität / -status, Wartungsplänen und weiteren Parametern entscheidet eine KI-Lösung, ob Maschinenbedienern empfohlen wird, einzelne Anlagen herunterzufahren – oder ob die KI eigenständig Anlagen an- / abschaltet. Zudem entwickelte das Digitalisierungs-Team einen Algorithmus zur Bedarfserfassung, der standardisierte Aktivierungsprotokolle erzeugt. Ein PES (Production Energy-saving System) stellt eine ganzheitliche Energieverwaltung sicher, die über die Effizienzkontrolle einzelner Geräte hinausgeht.

Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung ist ein entscheidender Indikator bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Vor der Entwicklung der Lösung stützen sich die Qualitätskontrolle und Datenanalyse vorwiegend auf manuelle Erfahrung und fragmentierte Daten, was die Fehleridentifikation und -analyse erschwert.

Der Gewinner des INDUSTRIE 4.0 AWARD löste diese Herausforderung mit einem selbst entwickelten Closed-Loop-System, welches Fehlerursachen im Beschichtungsprozess analysiert. Dabei zieht eine KI-Anwendung u.a. Rückschlüsse über die Auswirkung von Maschinen- und Prozessparametern auf die Qualität der Materialbeschichtung und passt so autonom Maschinenparameter auf Mikrometer-/Milligramm-Ebene an. Hierbei werden mehr als 1.000 Arten von Partikel- und Fluidsteuerungsparametern berücksichtigt.

Mit einer selbst entwickelten IT-Plattform integriert das Werk Sichuan unterschiedliche Computer Vision Systeme, mit einem Schwerpunkt auf Hardware und Software für KI-gestützte Analyse von Bildmaterial aus den Fertigungs- und Maintenance-Prozessen.

Dies befähigt den Preisträger dazu, Computer-Vision Systeme herstellerübergreifend einsetzen und zudem mit bestehenden Systemen wie PLC, MES und standardisierter Software (bspw. KI-Modelle) über No-Code / Low-Code Anwendungen verbinden zu können.