La manutention lean dans l’industrie des batteries
La demande croissante en batteries au lithium-ion, nickel-hydrure métallique, AGM ou EFB plus performantes et l’évolution constante des designs poussent les fabricants à adopter des pratiques lean, tant en production qu’en manutention.
Qu’il s’agisse de répondre à l’essor des véhicules électriques (VE) et hybrides rechargeables, à la popularité des appareils électroniques portables ou à la transition mondiale vers les énergies vertes soutenue par des subventions gouvernementales, l’innovation et la croissance dans le secteur des batteries atteignent un sommet historique.
Table des Matières
1. Introduction au lean dans la fabrication de batteries
Les tendances dans la fabrication de batteries sont en perpétuelle évolution. Le changement est constant, et la capacité à évoluer vers de nouvelles conceptions et méthodes de production est essentielle à la réussite.
Pour les fabricants, cela signifie tenir compte de la rapidité avec laquelle les designs de batteries évoluent sous la pression d’une demande accrue en efficacité énergétique, en qualité supérieure et en sécurité pour le consommateur. Ces changements constants rendent incontournable l’adoption de méthodologies lean éprouvées.
Qu’il s’agisse de la gestion des chaînes d’approvisionnement en mode Juste-à-temps (JAT), des systèmes de tirage (Pull), des principes Kaizen ou de la méthode 5S (supprimer, situer, scintiller, standardiser et suivre), tous ces outils sont essentiels pour augmenter le rendement, réduire les coûts, éliminer les gaspillages et diminuer les taux de défauts.
Cependant, l’application des principes lean ne suffit désormais plus. La seule démarche d’amélioration continue non plus. Il faut aller plus loin. Les fabricants de batteries d’aujourd’hui doivent élargir leur vision lean à tous les aspects de la manutention des matériaux : l’entreposage, les déplacements, l’utilisation et la transformation.
2. La fabrication et l’assemblage de batteries pour véhicules électriques (VE)
La fabrication de batteries pour véhicules électriques, notamment les batteries lithium-ion, compte quatre grandes étapes au sein d’une chaîne d’assemblage. La manipulation sécuritaire de ces batteries est primordiale à chaque étape afin d’assurer la sécurité des travailleurs et la qualité du produit fini.
La fabrication des électrodes
Dans l’assemblage de batteries pour véhicules électriques, la première étape est la fabrication des électrodes. Cette étape consiste à produire l’anode et la cathode de la batterie, qui sont ensuite enduites, puis pressées à l’aide de rouleaux (calandrage), avant d’être découpées.
L’assemblage des cellules
Dans la deuxième étape, les cellules sont assemblées. Ce processus comprend le découpage, l’empilage et le soudage des languettes des électrodes.
La finition des cellules
Troisièmement, les électrodes sont insérées dans un boîtier métallique scellé. Elles sont ensuite séchées sous vide avant l’ajout de l’électrolyte. La cellule doit être à température ambiante pour permettre la pénétration de l’électrolyte entre les électrodes. La phase se termine par le dégazage.
La production des modules
Dans cette quatrième et dernière étape, toutes les cellules sont mises à l’épreuve à travers des cycles de charge et de décharge. Plusieurs cellules sont regroupées en modules, puis en blocs-batteries. À cette étape, on ajoute les plaques de refroidissement, les boîtiers et les connecteurs pour former le bloc complet.
Éléments problématiques courants
Le processus de fabrication des batteries pour véhicules électriques comprend de nombreuses étapes distinctes, tant en production qu’en assemblage. Une précision absolue est requise dans la manipulation, le déplacement, le stockage, l’utilisation et l’assemblage des matériaux. Les changements de conception fréquents sont monnaie courante. Le maniement de composants lourds ainsi que la sécurité des techniciens et assembleurs doivent toujours demeurer une priorité.
La chaîne d’assemblage de batteries pour VE
Une tendance marquée dans les chaînes d’assemblage de batteries pour véhicules électriques est la croissance constante en taille et en complexité du bloc-batterie final. Cette complexité se traduit par des exigences accrues en matière d’assemblage et de tests, mais aussi au niveau des dimensions et du format du produit fini.
De la combinaison de la cathode et l’anode, en passant par l’enduction, le calandrage, le découpage, le vieillissement des cellules et l’assemblage des modules, jusqu’à leur regroupement en blocs-batteries encore plus volumineux, les besoins en manutention et en assemblage s’intensifient à chaque étape du processus de fabrication.
Avec autant d’étapes de production nécessaires pour fabriquer une seule batterie, puis pour regrouper plusieurs batteries en modules et plusieurs modules dans un même bloc, il devient essentiel d’avoir des solutions de manutention lean pour suivre le rythme.
- Multiple Material Sizes and Configurations
- Multiple Different Material Handling Requirements
- Numerous Assembly & Testing Processes
- Heavy Sub-Component/Semi-Finished Part Handling
- Frequent Design Changes
- Constant Safety Concerns
Système de manutention modulaire et évolutif Flexpipe
La solution Flexpipe est parfaitement adaptée aux changements fréquents liés à la manipulation des matériaux et aux encours de production (WIP) dans la fabrication de batteries. Grâce à son système de tubes et connecteurs en acier, les fabricants peuvent concevoir, modifier et adapter leurs structures de manutention, postes de travail et cellules lean sans faire appel à des sous-traitants.
À chaque étape du processus de fabrication des batteries, Flexpipe offre des structures de manutention qui peuvent être coupées, ajustées et adaptées pour stocker, manipuler ou déplacer des pièces ou matériaux.
Qu’il s’agisse de chariots de kitting sur mesure, de chariots à pousser, de chariots tirés par véhicules autoguidés (AGV), de tableaux TAKT, de panneaux d’instructions à quatre faces ou encore de stations d’assemblage modulaires et évolutives, tout peut être conçu à partir du système Flexpipe.
La gestion des matériaux bruts, des encours et des produits finis
Chariots de kitting
- Gestion des ordres de travail
- Gestion des matières premières
- Conçus sur mesure pour répondre aux besoins spécifiques de kitting
Chariots à pousser
- Gestion et transport des matériaux
- Gestion des pièces en cours de production (WIP)
- Personnalisés selon les formats de pièces et de bacs
Chariots tracteurs ou remorqueurs
- Transport de matériaux en vrac à grand volume
- Transport des produits finis vers l’entrepôt
- Solution rapide de chargement et déchargement à l’échelle de l’entrepôt
Les structures de manutention pour chaînes d’assemblage de batteries VE
Rayonnages à flux FIFO
- Niveaux inclinés pour un accès facile aux pièces
- Butées de niveau pour maintenir les bacs en place
- Réduction des déplacements inutiles
Chariots WIP personnalisés
- Conçus sur mesure pour contenir des pièces semi-finies
- Plateformes conformes aux normes ESD pour protéger les pièces
- Solution durable et robuste, adaptée à toutes les tailles de pièces
Racks à gravité en bord de ligne
- Réduction des déplacements pour la récupération de pièces ou de matériaux
- Accès rapide aux pièces et aux bacs de matériaux
- Faciles à adapter ou à modifier
Emplacements des informations et des instructions de montage
Tableaux TAKT à 1 ou 2 faces
- Personnalisés pour faciliter le suivi de la production
- Roues industrielles pour une manoeuvrabilité optimale
- Outil essentiel pour la gestion visuelle
Tableaux d’information à 4 faces
- Suivi des échéances
- Présentation des objectifs quotidiens
- Suivi des indicateurs de performance (KPI) et des métriques
Tableaux de points de rencontre
- Génération d’idées (brainstorming)
- Résumé des obstacles
- Attribution des ressources
Postes de travail modulaires et ergonomiques
Chariots de poste de travail mobiles
- Plateforme conforme aux normes ESD
- Manoeuvrabilité facilitée grâce aux roues industrielles
- Conçus sur mesure selon les pièces et matériaux requis
Postes de travail fixes et mobiles
- Support incliné pour un accès facile aux pièces
- Panneau arrière métallique conforme aux normes ESD pour le rangement des outils
- Plateforme et panneau arrière conformes aux normes ESD
Tables de travail personnalisées
- Surface plane et dimensions personnalisables
- Grande surface de travail
- Idéales pour les instructions de montage et démontage
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3. Les batteries conçues pour l’électronique grand public
La catégorie des batteries pour les appareils électroniques comprend les petites piles adaptées aux téléphones intelligents, aux consoles de jeu, aux ordinateurs portables, aux tablettes et autres appareils mobiles. Bien que leur format soit réduit, le processus demeure complexe.
Le processus de fabrication des batteries pour les consommateurs directs
La production de batteries pour l’électronique grand public comprend trois étapes principales : la fabrication des électrodes, l’assemblage des cellules et la finition.
La fabrication des électrodes
Dans cette étape, les matières premières (nickel, cobalt, etc.) subissent une synthèse chimique avant que la pâte (slurry) ne soit appliquée sur des feuilles métalliques. Ces feuilles sont ensuite séchées et calandrées (ou roulées). Une fois ce processus terminé, les rouleaux sont découpés au format spécifique requis pour la batterie.
L’assemblage des cellules
Durant l’assemblage, les électrodes et les séparateurs sont insérés dans un boîtier métallique, puis laminés. Ensuite, l’électrolyte est ajouté.
La finition
Cette dernière étape vise à activer l’électrolyte afin de former une interface électrolytique solide (SEI). La batterie est ensuite chargée et l’anode est interfacée.
Les enjeux fréquents
Comme dans la fabrication de batteries pour véhicules électriques, la production de batteries petit format pose plusieurs défis aux fabricants.
Premièrement, les conceptions évoluent constamment, tandis que le volume et la diversité des formats exigés par les consommateurs ne cessent d’augmenter.
Deuxièmement, la production de batteries destinées aux produits électroniques de consommation exige des piles toujours plus petites, puissantes et durables.
Troisièmement, étant donné la rapidité avec laquelle les préférences des consommateurs changent, les fabricants doivent produire à haut volume et livrer rapidement, ce qui entraîne des exigences en constante évolution en matière d’emballage, de stockage et de manutention.
- Grande diversité de matériaux et volumes élevés
- Grande diversité et volumes élevés des types de batteries
- Changements de design fréquents
- Délais d’exécution serrés
- Amélioration continue de l’efficacité énergétique
- Demande de formats compacts
- Production conforme aux normes ESD
Conformité ESD dans la fabrication de batteries
Comprenez l’importance cruciale de la protection contre les décharges électrostatiques (ESD) dans les environnements de production de batteries.
Solutions de manutention Flexpipe
Le système Flexpipe offre de nombreuses solutions conformes aux normes ESD pour les fabricants de batteries en petit format. Que ce soit pour des chariots de montage électronique, des postes de travail ESD ou des stations d’emballage, tout peut être conçu à l’aide du système modulaire Flexpipe.
Qu’il s’agisse de postes de travail ESD pour l’assemblage et la gestion des pièces ou de chariots ESD sur mesure pour le transport de composants semi-finis, la solution Flexpipe permet une personnalisation complète, selon vos besoins.
Les surfaces de travail conformes aux normes ESD sont essentielles dans la production électronique et la fabrication de batteries pour le grand public. Elles assurent la sécurité des employés de production, tout en contribuant à la qualité du produit fini. En plus de réduire les taux de rejet de batteries, elles offrent un espace sécuritaire pour l’assemblage et la gestion des pièces.
En plus des postes de travail protégeant des décharges électrostatiques (ESD), les fabricants de batteries ont besoin de racks à gravité mobiles et compacts pour gérer des composants de plus en plus petits. Avec Flexpipe, ces racks à gravité mobiles peuvent être combinés à des chariots ESD conçus pour l’assemblage électronique afin de fournir à chaque poste un approvisionnement constant en pièces et matériaux critiques.
Avec la solution Flexpipe, les petits racks à gravité mobiles et les unités de stockage modulaires peuvent être personnalisés en fonction de la taille des bacs de matériaux, garantissant une optimisation maximale de l’espace d’inventaire. Grâce aux postes de production et aux chariots d’emballage de batteries personnalisés, chaque étape critique du processus est prise en charge avec Flexpipe.
4. Le stockage d’énergie stationnaire
Les systèmes de batteries stationnaires sont des installations fixes à grande échelle conçues pour emmagasiner d’importants volumes d’énergie électrique. Qu’ils servent à stabiliser le réseau électrique ou à alimenter l’équipement et la machinerie sur place, ces systèmes de grande taille sont rarement ou jamais déplacés une fois installés.
Composants d’un système de batterie stationnaire
La fabrication de ce type de système implique plusieurs éléments. Premièrement, la batterie elle-même, qui est souvent de type lithium-ion, nickel-hydrure métallique, plomb-acide ou oxyde de lithium-cobalt.
Deuxièmement, toutes les batteries stationnaires viennent avec un système de gestion intégré, qui permet au personnel sur place de surveiller la charge et le niveau de stockage d’énergie. Ce système inclut aussi la gestion thermique et énergétique, essentielle pour assurer une distribution d’énergie sécuritaire et maîtriser la chaleur générée.
Le troisième élément est un onduleur bidirectionnel, indispensable pour convertir le courant continu (CC) produit par la batterie en courant alternatif (CA), utilisé sur le réseau ou les équipements.
Les solutions de manutention Flexpipe
Pour les fabricants de systèmes stationnaires, la robustesse des structures de manutention et des postes de travail est essentielle, tout comme leur capacité d’adaptation rapide aux changements de production. Il est également crucial que ces structures soient durables, résistantes aux impacts et sécuritaires.
Flexpipe répond à toutes ces exigences, et bien plus encore.
Avec Flexpipe, les fabricants de systèmes de batteries stationnaires peuvent personnaliser des racks à gravité robustes et des convoyeurs modulaires selon leurs besoins. Qu’il s’agisse de racks à gravité autonomes pour gérer différents formats de matériaux ou de structures de convoyeurs mobiles, tout peut être conçu, assemblé, ajusté et modifié à l’interne.
Étant donné la taille des systèmes de batteries stationnaires d’aujourd’hui, il est essentiel de disposer de chariots de transport et d’installation mobiles, robustes et personnalisés. Qu’il s’agisse de chariots résistants pour gérer des chargements de palettes ou de surfaces plus souples pour des assemblages intégrés de grande taille, les tubes d’acier, les connecteurs, les matériaux de plateforme et les roues industrielles proviennent tous du système Flexpipe.
5. Les outils et solutions lean essentiels en manutention
Dans la fabrication de blocs-batteries lithium-ion pour véhicules électriques, de batteries miniatures destinées aux produits de consommation ou encore de systèmes stationnaires, l’adoption du lean est essentielle.
Le système Flexpipe constitue un outil lean parmi d’autres. En adoptant l’ensemble des principes et des méthodologies d’amélioration continue, les fabricants de batteries peuvent mieux maîtriser leurs coûts, éliminer le gaspillage, assurer la sécurité et la qualité, tout en ayant la capacité de faire évoluer leur production.
La méthode 5S
5S signifie : Supprimer, Situer, Scintiller, Standardiser et Suivre. Pilier des environnements lean, la méthode 5S dans la fabrication de batteries garantit la propreté des postes de travail, ce qui permet d’améliorer le flux de production et de réduire les erreurs humaines.
Avec Flexpipe, concevoir, modifier et entretenir des postes de travail 5S devient simple et accessible. Le système permet une personnalisation totale et une adaptation continue aux besoins en évolution.
La gestion des stocks juste-à-temps (JAT)
La gestion des stocks en mode juste-à-temps vise à éliminer les principaux générateurs de coûts liés à l’inventaire d’un fabricant, tout en maintenant un approvisionnement constant en pièces et matériaux. Elle cible toutes les formes de gaspillage en lien avec l’inventaire afin d’assurer un flux fluide et ininterrompu.
La logistique en mode pull (tiré)
Avec un système pull, ce sont la demande des clients et les conditions du marché qui dictent l’inventaire et la logistique de la chaîne d’approvisionnement. Contrairement au système push (poussé), où les entreprises produisent selon des prévisions, le système pull réagit aux besoins réels et évolutifs du marché.
Le système push entraîne souvent des surplus d’inventaire et du gaspillage, alors que le système pull les élimine.
Grâce à cette approche, l’inventaire et la logistique sont optimisés en temps réel. Quand la demande baisse, les niveaux de stock diminuent et les coûts s’en trouvent réduits. Quand la demande augmente, l’utilisation des matières premières augmente aussi, et l’efficacité de la production est maximisée.
Les fabricants de batteries qui adoptent le système pull entretiennent une meilleure communication avec leurs clients et ont une compréhension plus raffinée de la demande du marché.
La gestion visuelle
Les indicateurs visuels et les panneaux de sécurité permettent aux employés de production d’être constamment conscients des dangers potentiels. La gestion visuelle est également essentielle pour assurer la conformité sur l’ensemble du plancher. En limitant les erreurs humaines, en renforçant la sécurité et en améliorant la communication des objectifs, la gestion visuelle devient un élément fondamental dans tout environnement lean.
L’ergonomie
L’ergonomie est cruciale pour réduire les accidents de travail et les problèmes musculosquelettiques. Moins d’accidents signifie moins d’absentéisme et une productivité accrue. Grâce à Flexpipe, les postes de travail et les surfaces peuvent être adaptés pour réduire les efforts de levage, de traction et de poussée, contribuant ainsi à diminuer les risques d’accident sur le plancher de production.
6. Surmonter les défis liés aux structures de manutention fixes ou soudées
Les établis soudés et les chariots de manutention, tout comme les plateaux roulants, les racks à gravité ou les tables de travail fixes, ne peuvent pas être modifiés à l’interne. Ils ne sont ni ajustables, ni évolutifs. Cette réalité rend toute reconfiguration difficile, voire impossible, dans une usine de fabrication de batteries en constante évolution.
Les solutions modulaires offertes par Flexpipe sont à l’opposé de cette rigidité : elles représentent la solution idéale pour surmonter ces défis courants.
Des changements rapides
Grâce à leur nature modulaire, les solutions de manutention Flexpipe permettent des changements rapides facilitant l’adaptation selon l’évolution des designs de batteries. Peu importe les matériaux ou leurs dimensions, les équipes de production peuvent ajuster facilement un chariot, un rack à gravité ou une surface de travail Flexpipe pour accueillir de nouveaux formats de bacs, des pièces en cours (WIP) ou des produits finis.
Tous ces ajustements peuvent être effectués à l’interne, contrairement aux structures soudées qui nécessitent l’intervention de fournisseurs externes. La découpe des tubes Flexpipe est simple, ce qui rend les modifications rapides et sans tracas.
Modulaire et évolutif
Le système Flexpipe incarne parfaitement la flexibilité et la capacité à évoluer. Les structures de manutention, les cellules lean et les postes de travail conçus avec Flexpipe peuvent être modifiés et ajustés pour répondre à l’évolution des formats de pièces, des exigences en manutention ou des volumes de production.
Faible coût
Les établis, les tables de travail, les racks à gravité et les chariots soudés sont coûteux. Tenter de les modifier l’est encore plus. Le système Flexpipe, lui, ne l’est pas.
Flexpipe offre aux techniciens de ligne, aux gestionnaires de production de batteries et aux employés de fabrication les moyens de répondre à leurs besoins en manutention grâce à une solution économique et accessible.
Solution durable et ultra-résistante
Les tubes d’acier Flexpipe sont des tubes étirés à froid, extrêmement robustes et résistants aux impacts. Ce procédé comprend un traitement thermique et un refroidissement qui renforcent la durabilité et la résistance à l’usure du matériau.
Disponibles en plusieurs couleurs pour faciliter la gestion visuelle, les tubes Flexpipe sont recouverts d’une couche de polyéthylène thermoplastique qui offre une protection supérieure contre les chocs et les marques d’usure.
Perfection de l’ergonomie et de la sécurité
Les postes de travail propres, sécuritaires, ergonomiques et conformes à la méthode 5S sont synonymes du système Flexpipe. Qu’il s’agisse de stations de travail sur mesure, dimensionnées de façon à répondre aux besoins spécifiques d’assemblage, ou encore de tiroirs coulissants intégrant de la mousse Kaizen pour le rangement d’outils et de pièces, tous les éléments intégrés dans un projet Flexpipe sont pensés selon les principes du lean manufacturing.
7. Études de cas : Des applications concrètes
Pourquoi ce fabricant a adopté le système de tubes et de joints en acier de Flexpipe pour la manutention
Souhaitant implanter un système de production linéaire, ce fabricant a choisi Flexpipe afin de mieux s’adapter aux changements dans les exigences de sa ligne de production. Le flux de travail a été amélioré, les délais ont diminué, la productivité a augmenté et le temps de formation des nouveaux employés a considérablement été réduit. Cliquez ici pour en savoir plus.
Ce fabricant réduit de plus de 40 % les coûts liés aux postes de travail et aux structures de manutention
Fatigué de devoir acheter des postes de travail soudés extrêmement coûteux, ce fabricant a utilisé le système de tubes et de joints en acier de Flexpipe pour réaménager entièrement son plancher de production. En plus d’économiser plus de 740 $ par poste et d’obtenir des postes de travail et des cellules lean plus efficaces, ce fabricant a été en mesure de construire plus de 700 postes de travail, cellules lean et structures de manutention personnalisées et sur mesure avec Flexpipe. Cliquez ici pour en savoir plus.
8. Les tendances du futur en fabrication lean dans la production de batteries
L’avenir de la fabrication de batteries est plus prometteur que jamais. Le marché mondial des batteries devrait connaître un taux de croissance annuel composé (TCAC) avoisinant les 20% entre 2024 et 2030. Cette croissance entraînera une demande accrue pour des batteries, modules et ensembles plus petits, performants et efficaces.
Avec cette montée en flèche de la demande mondiale, il devient essentiel pour les fabricants de batteries d’intégrer pleinement les principes du lean et de l’amélioration continue à leurs processus de production. Les environnements conformes aux normes ESD et les salles blanches deviendront la norme dans le secteur.
9. Les points clés à retenir
Adopter le lean et l’amélioration continue est incontournable
Intégrer les meilleures pratiques du lean et une approche d’amélioration continue est essentiel pour les fabricants de batteries. Cela permet de réduire les coûts, les pertes et les taux de rejet, tout en augmentant le rendement de la production et la sécurité des travailleurs.
Principes lean et manutention Flexpipe : une seule et même vision
Les solutions modulaires de manutention comme celles offertes par Flexpipe constituent l’outil idéal pour permettre aux fabricants de s’adapter rapidement aux fluctuations du marché et de la demande des clients. Flexpipe améliore l’efficacité tout en réduisant les coûts, en optimisant les flux de production et en créant un environnement de travail ergonomique et sécuritaire.
Des fabricants du monde entier adoptent le lean
Partout dans le monde, les entreprises misent sur le lean et l’amélioration continue. Que ce soit dans les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’électronique, de l’hydraulique, des technologies de pointe ou des batteries pour véhicules électriques, la pression pour réduire les coûts et le gaspillage pousse les entreprises à adopter ces méthodes pour assurer leur avenir.
10. À propos de Flexpipe et des solutions 80/20
Les solutions Flexpipe destinées à l’industrie des batteries permettent aux fabricants d’intégrer les principes du lean et de l’amélioration continue à tous les niveaux. Le système modulaire de tubes et de joints de Flexpipe aide à réduire les coûts de manutention, à améliorer les flux de production, à diminuer le gaspillage et à accroître le rendement, tout en offrant un environnement plus sécuritaire et plus propre.
En combinant ces solutions aux extrusions d’aluminium de 80/20 telles que T-Slot, Quick Frame® et Ready Tube®, les entreprises peuvent transformer leur plancher de production, augmenter leur capacité de fabrication et réduire leurs coûts encore davantage.