Echtzeitsimulation in der Batteriefabrik: Modell für die Energie der Zukunft

Ein digitales Modell einer Batteriefabrik verdeutlicht die auf der Hannover Messe bekannt gegebene strategische Partnerschaft von Siemens und Freyr. Somit wird Siemens zum bevorzugten Lieferanten von Freyr im Bereich der Automatisierungstechnik. Der norwegische Konzern kann daher die Produktion skalieren und die Effizienz der Anlagen optimieren. Die von Siemens entwickelte Demo nutzt die Entwicklungsplattform Nvidia Omniverse, um die Batteriefabrik mithilfe einer Echtzeitsimulation realitätsnah erfahrbar zu machen. Sie folgt der gemeinsamen Vorstellung eines industriellen Metaverse, die Siemens und Nvidia im vergangenen Jahr vorgestellt haben.

Echtzeitsimulation als Metaverse-Erlebnis

Die Demos waren als Teil eines industriellen Metaverse-Erlebnisses auf dem Siemens-Stand während der Hannover Messe 2023 zu sehen. Sie umfassten Betriebsdaten aus der Freyr-Fabrik in Norwegen. Die Lösung zeigte die Integration von Siemens Xcelerator und Nvidia Omniverse. Dabei bot sie 3D-Darstellungen der Infrastruktur, der Anlage, der Maschinen, der Ausrüstung, der menschlichen Ergonomie, der Sicherheitsinformationen, der Roboter, der fahrerlosen Transportsysteme sowie detaillierte Produkt- und Produktionssimulationen.

Diese Technologien sollen Freyr dabei helfen, die steigende Nachfrage nach hochdichten, kostengünstigen Batteriezellen für stationäre Energiespeicher, Elektromobilität und Schiffsanwendungen zu befriedigen.

Entscheidender Schritt in der Wertschöpfungskette

Angesichts der der raschen Elektrifizierung des Verkehrssektors wird die Batterieindustrie bis 2030 voraussichtlich auf 400 Milliarden US-Dollar anwachsen. Die Herstellung von Batteriezellen ist daher ein entscheidender Schritt in der Wertschöpfungskette von Batterien. Die Hersteller investieren Milliarden von Dollar in neue Batteriezellenanlagen, um diese neue Nachfrage zu befriedigen.

In der Demo zeigte Siemens eine Vision, wie Teams umfassende digitale Zwillinge im industriellen Metaverse mit Modellen bestehender und zukünftiger Anlagen nutzen können. In wenigen Augenblicken kann Freyr ein Treffen mit potenziellen Investoren oder Kunden in seiner digitalen Batteriefabrik in Norwegen ansetzen. Das Werk lässt sich zudem von außen erkunden, bevor es betreten wird, und Anwender können sich die aktuellen Produktionsprozesse anschauen.

Physikalisch genaue Echtzeitsimulation

Der Innenraum-Fly-through vermittelt sofort die Größe und den Maßstab der Anlage. Die physikalisch genaue Echtzeitsimulation zeigt, wie sich Maschinen und Roboter in der Fabrik bewegen. Sie kann sogar komplexe Prozesse simulieren. Sensoren, die Maschineninformationen erfassen, ermöglichen eine Echtzeit-Visualisierung der Leistung und ergonomische Bewertungen.

Die Demo hat auch veranschaulicht, wie sich das Modell für die Produktionsplanung nutzen lässt. Dabei wird gezeigt, wie ein Werksleiter die Leistung des Werks schnell bewerten kann — und zwar mithilfe einer maßgeschneiderten Siemens-Anwendung, die auf einen Blick einen Überblick über den Betrieb der Anlage bietet.

Virtuelle Zusammenarbeit in der Fertigungszelle

Von dort aus kann der Manager ein Microsoft-Teams-Meeting mit Kollegen in einer „Fertigungszelle“ innerhalb der virtuellen Fabrik starten. Dort sind die wichtigsten Mitarbeiter, Maschinen und Materialien an einem strategischen Ort platziert. Das Team kann anschließend einen Roboterarm untersuchen, der Probleme mit einer niedrigen Taktzeit hat, auf Maschinenleistungsdaten zugreifen, spezifische Taktzeitprobleme identifizieren und darüber hinaus einen Live-Videostream mit begleitenden Sensor­daten zur Maschinenleistung anzeigen.

Dieser Showcase ist als Auftakt einer allgemeineren Entwicklung zu verstehen, denn immer mehr Branchen werden das industrielle Metaversum annehmen und umsetzen.

Info: Nvidia Omniverse

Die erweiterbare Plattform Nvidia Omniverse basiert auf der Universal Scene Description (USD) von Pixar. Sie ermöglicht es Einzelpersonen und Teams, benutzerdefinierte 3D-Pipelines zu erstellen und große virtuelle Welten schnell zu simulieren. Neben der Beschleunigung komplexer 3D-Workflows, eröffnet die Plattform auch neue Möglichkeiten für die immersive Visualisierung und die Entwicklung von leistungsfähigen Applikationen.

Die Anwendungen reichen vom Konzeptdesign für Animationsfilme bis hin zu industriellen digitalen Zwillingen von Fabriken in Branchen wie Architektur, Medien und Unterhaltung sowie in den Fertigungsdisziplinen.

Weitere Informationen unter https://www.nvidia.com.

Info: Freyr Battery

Freyr Battery hat sich zum Ziel gesetzt, saubere Batterielösungen im industriellen Maßstab anzubieten, um die globalen Emissionen zu reduzieren. Das Unternehmen ist an der New Yorker Börse notiert und hat es sich zur Aufgabe gemacht, umweltfreundliche Batteriezellen zu produzieren, um die Dekarbonisierung von Energie- und Transportsystemen weltweit zu beschleunigen.

Der Anbieter hat mit dem Bau der ersten seiner geplanten Fabriken in Mo i Rana, Norwegen, begonnen und die potenzielle Entwicklung einer Batteriezellenproduktion in industriellem Maßstab in Vaasa, Finnland, und in den Vereinigten Staaten angekündigt. Freyr beabsichtigt, bis 2025 eine Batteriezellenkapazität von 50 GWh, bis 2028 eine Jahreskapazität von 100 GWh und bis 2030 eine Jahreskapazität von 200 GWh zu installieren.

Das 24M-Produktionsverfahren (lizenziert) ist ein neuartiges und vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Batteriezellen. Das Verfahren ist lösungsmittel- und bindemittelfrei, wodurch der Einsatz umweltgefährdender Stoffe reduziert und das Recyclingpotenzial erheblich verbessert wird.

24M Technologies, Inc. hat die Schritte im Herstellungsprozess von Batteriezellen im Vergleich zur konventionellen Technologie deutlich reduziert und ermöglicht eine kompaktere Produktionslinie ohne große Ausrüstungsgegenstände wie Beschichter, Mischer, NMP- und NMP-Rückgewinnung, Schneiden und Presse. Heizung und Trocknung sind nicht erforderlich. Das senkt den Energieverbrauch erheblich, und der Elektrodenprozess ist emissionsfrei. Somit lassen sich die direkten CO₂-Emissionen der Anlagen reduzieren.

Die Batteriezellen werden vor Ort in Norwegen, Finnland und den USA hergestellt, Länder, die über einen Überschuss an natürlichen Ressourcen zur Versorgung mit Rohstoffen verfügen. Durch die Nutzung moderner Anlagen und strategischer Standorte will das Unternehmen die CO2-Emissionen um 81 Prozent im Vergleich zur traditionellen Zellherstellung in Fernost reduzieren.

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