力控智能工厂系统，助锂电池企业突破产业发展瓶颈

• 关键词：力控,智能工厂系统,锂电池
• 摘要：随着新能源汽车产业的快速发展，动力电池规模化制造、高质量制造成为制约我国锂电行业和电动汽车发展的瓶颈，影响我国在世界未来新能源汽车产业格局中的地位。企业客户对锂电池制造商生产现场管理要求越来越高，多数客户明确提出制造商需实施智能信息化系统加强生产现场管理，特别是物料与产品追溯管理。

一、项目背景

随着新能源汽车产业的快速发展，动力电池规模化制造、高质量制造成为制约我国锂电行业和电动汽车发展的瓶颈，影响我国在世界未来新能源汽车产业格局中的地位。企业客户对锂电池制造商生产现场管理要求越来越高，多数客户明确提出制造商需实施智能信息化系统加强生产现场管理，特别是物料与产品追溯管理。

本项目采用建设锂电池智能工厂系统建设，包括锂离子动力电池制造执行系统MES，现场生产过程数据采集系统、以及电池制造智能化决策支持系统，强化锂电池生产过程管控，提高生产管理效率，实现锂离子动力电池全生产过程的智能化管理、决策与分析。

二、现状分析

某大型锂电企业目前已经使用了ERP层软件（SAP系统），实现了生产计划编制、仓储管理、合同管理、财务管理等功能。然而，ERP与生产现场之间采用缺乏生产执行之间存在“断层”，导致计划的执行和反馈采用人工方式，准确性、及时性、全面性不足。生产管理过程中信息的搜集、传递采用人工方式，分析使用不便，管理过程缺乏透明度和效率。

企业锂电现场生产主要是多品种大批量的生产模式，且多种产品的物料种类较多，整个制造过程是以SAP以及生产订单为主线的派工制造流程。目前在管理和生产制造上急需满足以下需求：

1．及时准确将计划以及变更信息发布到制造现场；

2．准确收集过程中的资源、过程以及结果信息数据；

3．监控产品的整个作业流程，给作业人员足够的信息指导，实现防呆管理，避免或预

防问题的发生；

4．提高产线现场对各种变更的响应以及反馈速度；

5．实现对产品、物料的序列、批次追踪与管理；

6．实时记录制造过程中的在制、工时、人员、设备等信息；

7．给管理人员提供对作业现场进行可视化监控管理的工具；

8．给管理人员提供改善制造流程、工艺的各种及时准确的数据；

9．归纳/整合/分析过程信息，为高层决策提供全面及时准确的数据。

本项目的建设将建立ERP层和各种生产资源（设备、人员）之间的“桥梁”，高效组织生产资源，实现生产过程的透明化管理。

三、建设目标

通过对生产信息化系统（MES）的整体规划、设计与分步实施和上线，实现锂电池生产过程先进的实时数据控制，企业各个部门的生产调度、生产过程、设备、物料、质量和人员的全面管理与控制，为企业搭建一个可扩展的生产管理信息化平台，使得生产过程透明化、高效化、柔性化、可追溯化、事中控制、高客户满意度、低成本运行。同时，项目以智能化装备为基础，数字化电池生产过程，并应用网络技术和信息化技术，集成基于大数据的智能化分析与决策支持算法，实现了锂电池生产过程的智能化分析和管控。

通过设置各类终端和过程数据采集接口，建设高速的车间管理网络，实现物料信息、人员信息、设备运行过程数据、质检数据、制造环境数据的高效、快速采集，将产品制造流程中的“人、机、料、法、环”信息自动地进行集成和关联，实现制造指令的下达、制造执行过程中管控与制造执行进度状态反馈的高效协同。由此加强对生产过程的正向管控与反向问题追溯与定位，不断优化生产管理的组织和协调，提高生产效率，降低生产成本，提升产品品质，增强对市场的响应能力。

四、系统概述

本项目根据实际的制造问题，结合新一代的信息技术实现整体系统规划，系统规划设计采用力控科技智能工厂工业软件平台及解决方案，实现智能工厂的建设。

1.采用力控企业级实时历史数据库及管理软件pSpace实现车间设备互联互通，构建统一的数据交换服务，用于将生产现场的设备情况、质量检验的实时数据订阅及历史数据归档，供力控工业大数据平台FCloud分析关键环节数据，解决生产过程中的痛点。

2.采用HTML5技术的力控综合可视化软件FWebView的人机可视化界面全面掌握生产车间现场的实时作业情况，实现移动终端远程设备监控。

3.生产执行制造MES系统采用力控信息集成门户平台FinforWorx搭建业务基础平台及建模，结合离散业MES插件构件整个生产环节，实现人机料法环的全面管理。

力控科技智能工厂工业软件平台及解决方案

五、系统组成

1．锂电车间设备数据采集

通过对车间设备改造升级，设备通信接口实现统一支持工业以太网数据传输，采用TCP方式采集数据并存储到数据库pSpace中，数据包括工况参数（温湿度）、运行参数（开停机）、工艺参数等。所涉及的终端设备及系统包括工业以太网、数据采集与监控(SCADA)、分布式控制系统(DCS)、过程控制系统(PCS)、可编程逻辑控制器(PLC)、远程监控系统等网络设备。根据实时数据及报警规则产生关键工艺参数的报警信息，历史数据归档按照5-10年的架构设计，长期归档海量历史数据，数据可视化采用HTMl5的方式呈现到系统中。

车间设备状态监控图

主要设备厂家

2．生产执行制造MES

本项目整个业务流程主要目的是实现电芯、化成、电动汽车车间的生产执行制造管理。生产管控从订单创建到执行在MES中的标准化流程，并且在MES中单独建立相关的产品工艺流程，控制订单必须按照工艺流程的设计进行相关工序的报工作业。形成产品生产基本的作业报工体系，物料出入库体系以及产品质检体系。  

在此基础上，建立相关的看板，实现对仓库备料作业的拉动以及对生产班组、生产订单的作业监控和报警预警处理。并可以将订单工序的作业图纸与现场报工终端上进行查看。初步形成以派工单为主线的各个分子计划的报工流程与体系，通过对分子订单派工与报工的实时监控，实现对主计划的精准派工，减少作业等待时间。

力控锂电制造MES业务流程

(1)生产建模

生产建模主数据维护包含生产主数据和产品主数据，这些主数据既有本地人工维护或工具批量导入，也可以完全通过启用ERP集成自动传输。整个方案除了支持ERP的主数据属性外还添加了制造执行属性和ERP集成属性，甚至可以根据不同需求任意定制添加字段。主要包含：

产品定义：与对应工艺相关的分解，半成品零部件各加工过程的完整定义

工艺路线：指定工艺各环节关系，如工序加工条件、目标、制造工艺Bom、所需加工资源等。

工厂建模：从工厂到工作单元及库房各层级的建模。

组织架构：基于人员班组的模型创建，涉及到对应生产加工班次的组成及不同工艺的人员要求。

加工设备：大型动力设施、加工工具的建模。

工艺管理：复杂环境的适配能力，卷绕设备的多加工种类：自动卷绕、半自动卷绕工艺建模；

BOM管理：可随需求调整对应加工工艺路线及产品Bom，适应各类现场的需求变动；

批量处理：批量导入工艺文件、工艺指导书。

电芯、PACK多型号多品种的产品建模

工艺路线定义

(2)计划管理

实现按订单驱动的主生产计划，通过物料需求计划引擎自动生成采购计划、备料计划、自制制令计划缩短计划编制时间，检查齐套性。

车间通过MES平台自动接收上级分解出的生产任务，根据生产模型和生产资源进行有限能力排程，分解成各个生产线、工作中心生产指令、用料需求，实现精准投产。

(3)物料管理

通过物料管理模块实现物料在系统间的传递，仓库根据领料计划，按需发料给车间，车间在工序上投料消耗，主要包含物料主数据：与SAP集成物料的基础数据管理；库存管理：原材料领发料、成品出入库、盘点、统计等标准库存管理功能；物料拉动：实现基于现场物料状态自动触发或手工触发生成需求来拉动物料配送；物料配送、签收：实现对车间物料配送签收的电子化管理；物料状态跟踪：实时动态更新跟踪物料状态及领料人员的工作情况。

物料需求计划

领料单

(4)调度管理

车间作业按照批次管理，生产按照在制品批号实现工序间的物料流转，生产过程中提交各工序对应批次的生产记录、在制品批次流转记录、生产报工数量、报废不良原因。通过条码 、电子标签、PDA等技术手段实时准确的采集作业现场的数据，包括人、机、料、质量等数据，实现生产的透明化管理。建立生产异常报警和异常快速响应的机制，确保生产正常、连续运行，提高生产运作效率。

生产作业查询

作业终端

(5)质量管理

通过质量管理建模可构建不同产品及工艺要求的检验模型。质检方式采用首件检查、巡检抽查、自检等多种模式，对关键环节点设定必检流程。检验数据提取按照多次采样组方式，定义对应的不良情况及返修流程，处理方式以降档或报废等多种级别，用于质量分析及追溯。

质检任务查询

质检数据录入

SPC质量分析

(6)设备管理

通过设备管理的标准化，加强设备检修和维护，减少无效停机或者设备故障对生产的影响提升设备综合效率。主要包括设备运维：完成对设备运维全生命周期的管理，包括设备台帐档案、设备保养计划、维护、维修、改造、报废以及备品备件的管理；设备监控：通过最新的网络通讯技术和数控采集技术对设备的运作状态、参数、生产数据进行实时采集和监控；设备分析：分析设备的完好率、故障率、利用率等指标，全面了解现有设备的性能。

(7)看板管理

通过看板管理实现实时查询订单在制品的生产进度，各个作业岗位的作业状态、作业负荷、设备状态等信息。主要包含生产计划看板：实时动态跟踪生产计划的执行情况，反馈产品产线运转情况；工位看板：监控各工作单元的生产情况，人员出勤、实际投产及加工状况，设备及物料的异常情况；设备工况监控看板：反馈设备运行状况和异常情况。

(8)生产追溯

通过生成产品追溯表，对生产批次在生产过程中的人、机、料、法、环、测进行全面的追溯，形成完整的质量档案。支持相关条件的正向或逆向查询。

(9)生产统计与分析

根据条件统计各个班组的作业完成情况，查询现场作业人员的作业数量以及工时信息统计分析，根据条件查询所有在制品的整体运行情况，并对各车间基于产量、不良、班组作业能力进行统计分析。

工序产量报表

生产图表分析

3．基于工业大数据的行业应用

由于在电容分选过程中电芯化成各容段分类工作较为繁琐，人工的分选方式往往耗费大量的工时，不同容段的监测鉴别难度较大，无法实时性的监测电芯电容等情况。需要采用大数据方式优化工艺，从而实现根据采集的历史数据训练分选模型，实时采集过程数据诊断电池容量情况，预测模型发现不良情况及时反馈，将异同类的电芯快速甄别提高分选效率等目标。

电容波动统计

大数据管理平台

电容分选诊断

电芯产量分析

六、项目应用总结

系统实施后帮助企业理顺了车间生产业务流程，强化了车间生产管理过程，确保了质量控制的管理要求。能够根据客户要求完成追溯管理、产线防错防呆的功能实施，满足客户审核要求，在此基础上满足了各事业部对生产管理的需求。

系统主要完成功能：

1．完成锂电池车间总体设计；

2．构建车间互联互通网络架构与信息模型；

3．在数字化环境下对产品的工艺进行规划，实现工艺流程布局及数字化建模；

4．通过实时数据库系统和业务终端采集系统，实现过程数据和业务数据的采集，

5．通过图形组态开发工具及相应的web可视化组件实现数据的可视化；

6．开发各类标准接口，实现了现场数据与生产管理软件信息集成；

7．通过开发数据交互接口，实现了企业资源计划（ERP）系统高效协同与集成；

8．基于采集的生产数据，构建大数据平台，采用科学的分析方法实现分析与优化。

通过整个系统的深入应用使得工厂管理标准化、透明化、可视化，精准掌控整个生产过程，为企业决策提供依据。从而提升企业管理水平，增强企业市场竞争力，提升企业形象。