新能源電池生產(chǎn)數(shù)字化升級及其挑戰(zhàn)

新能源電池生產(chǎn)企業(yè)，通過在生產(chǎn)線關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)和供應(yīng)鏈作業(yè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)引入數(shù)字化、智能化技術(shù)，實現(xiàn)電池生產(chǎn)和物流作業(yè)自動化和智能化程度的提升，不僅改善了勞動條件、減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，也使生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。這無疑是新能源電池生產(chǎn)的未來發(fā)展方向，但同時也面對著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。

智能物流技術(shù)助力新能源發(fā)展

近些年來，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展，其中新能源電池生產(chǎn)制造是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。最初的新能源電池生產(chǎn)與裝配，很多環(huán)節(jié)都需要人工作業(yè)完成，工人的勞動強(qiáng)度大，工作效率低。并且，因新能源電池生產(chǎn)涉及有害物質(zhì)原料，工人的身體健康也會遭遇一定威脅。如電池極卷的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需要把粉料進(jìn)行攪拌，然后涂布、冷壓、預(yù)分切、模切、分條、卷繞，最后裝配成電芯。如果這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過人工完成作業(yè)，則難以避免粉料對人的身體健康產(chǎn)生影響。為此，生產(chǎn)廠家專門設(shè)計了自動上料裝置，使人工作業(yè)的種種問題得到規(guī)避。

此外，在新能源電池生產(chǎn)和裝配的整個系統(tǒng)中，有多個環(huán)節(jié)需要應(yīng)用到最新的物流技術(shù)，如工位輸送環(huán)節(jié)。工位輸送是整條生產(chǎn)線的重要組成部分，其設(shè)計結(jié)構(gòu)直接影響著電池包裝配的可行性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)節(jié)拍。針對工位輸送的精準(zhǔn)性及靈活性要求，有通過輥筒輸送線實現(xiàn)傳輸?shù)模灿型ㄟ^AGV進(jìn)行搬運(yùn)傳輸?shù)?。有些生產(chǎn)線采用多工位輸送，主要是借助積放式輥道來實現(xiàn)：在模組線輥道上，安裝有讀寫頭、檢測開關(guān)、止回裝置和擋料裝置等，輸送物料時可依據(jù)裝配時各工位之間的需求，調(diào)節(jié)輥道的運(yùn)動狀況，從而滿足電池裝配各工位的要求。

值得一提的是，越來越多的機(jī)器人設(shè)備開始出現(xiàn)在新能源電池生產(chǎn)和物流作業(yè)環(huán)節(jié)。隨著機(jī)器人價格下降，在生產(chǎn)和物流作業(yè)中以機(jī)器人代替人工的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。機(jī)器人的應(yīng)用具有重復(fù)定位精度高、可靠性高、生產(chǎn)柔性化等優(yōu)勢，能極大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。同時，機(jī)器人技術(shù)與人工智能、自動化、信息化等新技術(shù)融合，不僅是實現(xiàn)無人化工廠的前提，也是國內(nèi)新能源電池等離散制造生產(chǎn)線智能升級的發(fā)展趨勢。

信息和數(shù)字技術(shù)無處不在

新能源電池包制造與裝配質(zhì)量直接影響著新能源車輛的性能甚至安全，因此對新能源電池質(zhì)量的要求非常嚴(yán)格，這使得新能源電池生產(chǎn)、裝配和物流作業(yè)環(huán)節(jié)中，越來越依賴信息和數(shù)字技術(shù)。再加上如今的新能源電池單個生產(chǎn)車間都追求更大的生產(chǎn)能力，就更加需要信息化的生產(chǎn)管理系統(tǒng)作為支持。

據(jù)中航鋰電武漢公司物流中心部長廖源介紹，如果要通過數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動新能源電池供應(yīng)鏈的全流程架構(gòu)，首先需要建立起完善的數(shù)字信息管理系統(tǒng)，其中頂層系統(tǒng)就是公司的ERP系統(tǒng)，負(fù)責(zé)采購訂單、銷售訂單等單據(jù)管理，向下傳遞單據(jù)信息指導(dǎo)具體業(yè)務(wù)執(zhí)行，同時接收WMS系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行企業(yè)資源管理；中層系統(tǒng)是WMS系統(tǒng)，定位為執(zhí)行層，負(fù)責(zé)倉儲物流整體過程的控制，向上承接ERP系統(tǒng)單據(jù)作為執(zhí)行依據(jù)，向下傳遞具體執(zhí)行指令，并接受立庫系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果，最終結(jié)果數(shù)據(jù)回饋至ERP系統(tǒng)，起到承上啟下的作用；基層系統(tǒng)主要是倉儲中心的立庫系統(tǒng)，定位為控制層，負(fù)責(zé)立庫內(nèi)部管理以及硬件設(shè)備集成，接收WMS指令并進(jìn)行具體揀選動作，同時反饋執(zhí)行結(jié)果至WMS系統(tǒng)。

廖源進(jìn)一步表示，在新能源電池制造的整體系統(tǒng)中，數(shù)字化供應(yīng)鏈需要串聯(lián)起材料庫、生產(chǎn)車間、半成品庫、成品庫。如數(shù)字化驅(qū)動廠內(nèi)物流，涉及的具體作業(yè)環(huán)節(jié)包括原材料自動化立體庫作業(yè)環(huán)節(jié)、結(jié)構(gòu)件自動立體庫作業(yè)環(huán)節(jié)、銅箔自動立體庫作業(yè)環(huán)節(jié)、半成品立體庫作業(yè)環(huán)節(jié)，以及原材料通過AGV、空中輸送線、叉車配送等方式運(yùn)送到車間的環(huán)節(jié)等等。

出于質(zhì)量控制的需求，新能源電池在生產(chǎn)過程中需要即時確認(rèn)諸多信息，主要包括：裝配實績，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程匯總原材料追溯信息；過程參數(shù)，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品性能相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)；質(zhì)檢信息，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，質(zhì)量檢驗的相關(guān)記錄與代碼；步驟實績，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，每一道工序的加工信息；設(shè)備參數(shù)，即產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，設(shè)備的設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)；返工信息，即產(chǎn)品出現(xiàn)不良后，經(jīng)過返工返修的記錄。這些都需要數(shù)字技術(shù)手段才能夠得以實現(xiàn)。

對物流裝備技術(shù)數(shù)字化提出新要求

數(shù)字技術(shù)在新能源電池產(chǎn)業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用，使得整體系統(tǒng)對具體的物流技術(shù)和設(shè)備有了更明確的技術(shù)要求。對此，廖源進(jìn)行了具體介紹：

1.對立庫的要求：要有適合數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)議接口。立庫出入庫時，要求實物到達(dá)指定位置時反饋到貨信息；空托入庫要有統(tǒng)一回庫口，且立庫要能夠識別空托入庫，自動申請反饋是空托入庫的申請。立庫可查詢庫存信息，并且可把信息同步至系統(tǒng)。立庫可管理托盤和產(chǎn)品信息，包括產(chǎn)品狀態(tài)。立庫與系統(tǒng)交互，能夠執(zhí)行按照指定批次出庫或執(zhí)行“先進(jìn)先出”原則出庫。立庫還要保留手動出庫的功能，以應(yīng)對異常情況。

2.對AGV的要求：要有適合數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)議接口。AGV調(diào)度系統(tǒng)需要有系統(tǒng)管理庫位和AGV放置點(diǎn)位關(guān)系，AGV需要實現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)通知配送區(qū)域，AGV能自行計算并將物料送至指定點(diǎn)位；AGV可支持對未執(zhí)行的任務(wù)調(diào)整優(yōu)先級，可取消正在執(zhí)行的任務(wù)；AGV需要能夠管理搬運(yùn)載具的信息，便于識別空托和滿托；AGV需要有與立庫系統(tǒng)直接對接的能力；AGV能夠自動識別障礙，出現(xiàn)異常情況時及時報警。

3.對工業(yè)機(jī)器人的要求：根據(jù)新能源電池生產(chǎn)的工藝流程，要進(jìn)行合理流程和位置布局，以機(jī)器人為中心，將疊片機(jī)、焊接機(jī)及裁切機(jī)等布置在機(jī)器人的臂展范圍內(nèi)，在其運(yùn)動區(qū)域內(nèi)應(yīng)保證無干擾?？紤]到日常維護(hù)等工作的方便，在布置位置時要綜合考慮人的行走空間，并在周圍布置基本的圍欄防護(hù)，防止未經(jīng)授權(quán)人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域。這就需要敏捷的監(jiān)控和信息傳輸系統(tǒng)，如在安全門位置要設(shè)置感應(yīng)裝置，一旦安全門被打開，工業(yè)機(jī)器人能夠立即減速并停止運(yùn)動或作業(yè)，確保人員安全。

數(shù)字供應(yīng)鏈構(gòu)建面臨的挑戰(zhàn)

通過數(shù)字技術(shù)的加持，構(gòu)建數(shù)字供應(yīng)鏈能夠給新能源電池產(chǎn)業(yè)帶來巨大效率提升和實際收益。不過，要完成這樣的壯舉，仍然面臨一系列挑戰(zhàn)，具體包括：

首先，在新能源電池生產(chǎn)和裝配產(chǎn)業(yè)鏈中，數(shù)據(jù)量生產(chǎn)巨大，這給數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸都帶來挑戰(zhàn)。例如，為了滿足電池本身質(zhì)量控制和生產(chǎn)安全的需求，需要對電池進(jìn)行全流程追溯。但是新能源電池生產(chǎn)和裝配整個流程中有3200個控制點(diǎn)，數(shù)據(jù)追溯達(dá)上萬項，不良PPB要控制在十億分之一以內(nèi)，實施難度很大。在這個過程中，數(shù)據(jù)采集量也非常大，一個大型生產(chǎn)基地3個月產(chǎn)生數(shù)據(jù)計量超100億條。并且，新能源電池具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)拍頻率快，2秒生產(chǎn)一個電芯，25秒生產(chǎn)一個模組，這就要求數(shù)據(jù)處理也要十分迅速。

其次，要能夠集成應(yīng)用各類數(shù)字技術(shù)并完成復(fù)雜協(xié)同。據(jù)廖源介紹，由于業(yè)務(wù)需求增長迅速，國內(nèi)布局的電池生產(chǎn)基地就超過43個，行業(yè)競爭激烈。在這些生產(chǎn)基地中，智能科技都是集成應(yīng)用的，集成的技術(shù)包括圖像識別技術(shù)、人工智能技術(shù)、預(yù)測性算法研究、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。并且，很多廠商的作業(yè)流程都需要跨基地協(xié)同，十分復(fù)雜。如果從新能源整體產(chǎn)業(yè)鏈角度看，更是需要全球供應(yīng)鏈協(xié)同物流、物流協(xié)同制造、設(shè)計協(xié)同跨基地制造、跨基地制造協(xié)同銷售，等等。

最后，即便聚焦到生產(chǎn)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，仍然有很多管理痛點(diǎn)未能完全解決，包括：1.行業(yè)沒有統(tǒng)一的過程管理標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)難以系統(tǒng)性建立和固化流程。2.目前市場上提供的設(shè)備自動化能力參差不齊，容易產(chǎn)生多個信息孤島，缺少與生產(chǎn)系統(tǒng)的及時交互能力，也尚未建立統(tǒng)一的自動化標(biāo)準(zhǔn)。3.現(xiàn)有生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性差，無法提供全面、實時、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)供查看和分析。4.目前的產(chǎn)品數(shù)據(jù)追溯信息易斷層，跨工序追溯困難，無法建立全流程追溯鏈條。5.單件流產(chǎn)品管控數(shù)據(jù)量大，量產(chǎn)時可達(dá)百億級數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)應(yīng)用要求秒級響應(yīng)。6.生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)追溯要求高，追溯時限要求不低于10年，數(shù)據(jù)的存儲、應(yīng)用、歸檔難以有效管理。

總的來說，在新能源電池生產(chǎn)工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)和供應(yīng)鏈作業(yè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)引入數(shù)字化和智能化技術(shù)是大勢所趨，但成熟和完善的體系尚未被建立起來，面臨的挑戰(zhàn)仍然巨大，需要業(yè)內(nèi)仁人志士進(jìn)一步探索。相信這樣的探索必將給企業(yè)帶來巨大收益，給整個行業(yè)帶來巨大價值。