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一、項目背景

隨著新能源汽車產業(yè)的快速發(fā)展，動力電池規(guī)?；圃?、高質量制造成為制約我國鋰電行業(yè)和電動汽車發(fā)展的瓶頸，影響我國在世界未來新能源汽車產業(yè)格局中的地位。企業(yè)客戶對鋰電池制造商生產現場管理要求越來越高，多數客戶明確提出制造商需實施智能信息化系統(tǒng)加強生產現場管理，特別是物料與產品追溯管理。

本項目采用建設鋰電池智能工廠系統(tǒng)建設，包括鋰離子動力電池制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，現場生產過程數據采集系統(tǒng)、以及電池制造智能化決策支持系統(tǒng)，強化鋰電池生產過程管控，提高生產管理效率，實現鋰離子動力電池全生產過程的智能化管理、決策與分析。

二、現狀分析

某大型鋰電企業(yè)目前已經使用了ERP層軟件（SAP系統(tǒng)），實現了生產計劃編制、倉儲管理、合同管理、財務管理等功能。然而，ERP與生產現場之間采用缺乏生產執(zhí)行之間存在“斷層”，導致計劃的執(zhí)行和反饋采用人工方式，準確性、及時性、全面性不足。生產管理過程中信息的搜集、傳遞采用人工方式，分析使用不便，管理過程缺乏透明度和效率。

企業(yè)鋰電現場生產主要是多品種大批量的生產模式，且多種產品的物料種類較多，整個制造過程是以SAP以及生產訂單為主線的派工制造流程。目前在管理和生產制造上急需滿足以下需求：

1．及時準確將計劃以及變更信息發(fā)布到制造現場；

2．準確收集過程中的資源、過程以及結果信息數據；

3．監(jiān)控產品的整個作業(yè)流程，給作業(yè)人員足夠的信息指導，實現防呆管理，避免或預

防問題的發(fā)生；

4．提高產線現場對各種變更的響應以及反饋速度；

5．實現對產品、物料的序列、批次追蹤與管理；

6．實時記錄制造過程中的在制、工時、人員、設備等信息；

7．給管理人員提供對作業(yè)現場進行可視化監(jiān)控管理的工具；

8．給管理人員提供改善制造流程、工藝的各種及時準確的數據；

9．歸納/整合/分析過程信息，為高層決策提供全面及時準確的數據。

本項目的建設將建立ERP層和各種生產資源（設備、人員）之間的“橋梁”，高效組織生產資源，實現生產過程的透明化管理。

三、建設目標

通過對生產信息化系統(tǒng)（MES）的整體規(guī)劃、設計與分步實施和上線，實現鋰電池生產過程先進的實時數據控制，企業(yè)各個部門的生產調度、生產過程、設備、物料、質量和人員的全面管理與控制，為企業(yè)搭建一個可擴展的生產管理信息化平臺，使得生產過程透明化、高效化、柔性化、可追溯化、事中控制、高客戶滿意度、低成本運行。同時，項目以智能化裝備為基礎，數字化電池生產過程，并應用網絡技術和信息化技術，集成基于大數據的智能化分析與決策支持算法，實現了鋰電池生產過程的智能化分析和管控。

通過設置各類終端和過程數據采集接口，建設高速的車間管理網絡，實現物料信息、人員信息、設備運行過程數據、質檢數據、制造環(huán)境數據的高效、快速采集，將產品制造流程中的“人、機、料、法、環(huán)”信息自動地進行集成和關聯(lián)，實現制造指令的下達、制造執(zhí)行過程中管控與制造執(zhí)行進度狀態(tài)反饋的高效協(xié)同。由此加強對生產過程的正向管控與反向問題追溯與定位，不斷優(yōu)化生產管理的組織和協(xié)調，提高生產效率，降低生產成本，提升產品品質，增強對市場的響應能力。

四、系統(tǒng)概述

本項目根據實際的制造問題，結合新一代的信息技術實現整體系統(tǒng)規(guī)劃，系統(tǒng)規(guī)劃設計采用力控科技智能工廠工業(yè)軟件平臺及解決方案，實現智能工廠的建設。

1. 采用力控企業(yè)級實時歷史數據庫及管理軟件pSpace實現車間設備互聯(lián)互通，構建統(tǒng)一的數據交換服務，用于將生產現場的設備情況、質量檢驗的實時數據訂閱及歷史數據歸檔，供力控工業(yè)大數據平臺FCloud分析關鍵環(huán)節(jié)數據，解決生產過程中的痛點。

2. 采用HTML5技術的力控綜合可視化軟件FWebView的人機可視化界面全面掌握生產車間現場的實時作業(yè)情況，實現移動終端遠程設備監(jiān)控。

3. 生產執(zhí)行制造MES系統(tǒng)采用力控信息集成門戶平臺FinforWorx搭建業(yè)務基礎平臺及建模，結合離散業(yè)MES插件構件整個生產環(huán)節(jié)，實現人機料法環(huán)的全面管理。

力控科技智能工廠工業(yè)軟件平臺及解決方案

五、系統(tǒng)組成

1．鋰電車間設備數據采集

通過對車間設備改造升級，設備通信接口實現統(tǒng)一支持工業(yè)以太網數據傳輸，采用TCP方式采集數據并存儲到數據庫pSpace中，數據包括工況參數（溫濕度）、運行參數（開停機）、工藝參數等。所涉及的終端設備及系統(tǒng)包括工業(yè)以太網、數據采集與監(jiān)控(SCADA)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、過程控制系統(tǒng)(PCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等網絡設備。根據實時數據及報警規(guī)則產生關鍵工藝參數的報警信息，歷史數據歸檔按照5-10年的架構設計，長期歸檔海量歷史數據，數據可視化采用HTMl5的方式呈現到系統(tǒng)中。

車間設備狀態(tài)監(jiān)控圖

主要設備廠家

2．生產執(zhí)行制造MES

本項目整個業(yè)務流程主要目的是實現電芯、化成、電動汽車車間的生產執(zhí)行制造管理。生產管控從訂單創(chuàng)建到執(zhí)行在MES中的標準化流程，并且在MES中單獨建立相關的產品工藝流程，控制訂單必須按照工藝流程的設計進行相關工序的報工作業(yè)。形成產品生產基本的作業(yè)報工體系，物料出入庫體系以及產品質檢體系。    

在此基礎上，建立相關的看板，實現對倉庫備料作業(yè)的拉動以及對生產班組、生產訂單的作業(yè)監(jiān)控和報警預警處理。并可以將訂單工序的作業(yè)圖紙與現場報工終端上進行查看。初步形成以派工單為主線的各個分子計劃的報工流程與體系，通過對分子訂單派工與報工的實時監(jiān)控，實現對主計劃的精準派工，減少作業(yè)等待時間。

力控鋰電制造MES業(yè)務流程

(1) 生產建模

生產建模主數據維護包含生產主數據和產品主數據，這些主數據既有本地人工維護或工具批量導入，也可以完全通過啟用ERP集成自動傳輸。整個方案除了支持ERP的主數據屬性外還添加了制造執(zhí)行屬性和ERP集成屬性，甚至可以根據不同需求任意定制添加字段。主要包含：

產品定義：與對應工藝相關的分解，半成品零部件各加工過程的完整定義

工藝路線：指定工藝各環(huán)節(jié)關系，如工序加工條件、目標、制造工藝Bom、所需加工資源等。

工廠建模：從工廠到工作單元及庫房各層級的建模。

組織架構：基于人員班組的模型創(chuàng)建，涉及到對應生產加工班次的組成及不同工藝的人員要求。

加工設備：大型動力設施、加工工具的建模。

工藝管理：復雜環(huán)境的適配能力，卷繞設備的多加工種類：自動卷繞、半自動卷繞工藝建模；

BOM管理：可隨需求調整對應加工工藝路線及產品Bom，適應各類現場的需求變動；

批量處理：批量導入工藝文件、工藝指導書。

電芯、PACK多型號多品種的產品建模

工藝路線定義

(2) 計劃管理

實現按訂單驅動的主生產計劃，通過物料需求計劃引擎自動生成采購計劃、備料計劃、自制制令計劃縮短計劃編制時間，檢查齊套性。

車間通過MES平臺自動接收上級分解出的生產任務，根據生產模型和生產資源進行有限能力排程，分解成各個生產線、工作中心生產指令、用料需求，實現精準投產。

(3) 物料管理

通過物料管理模塊實現物料在系統(tǒng)間的傳遞，倉庫根據領料計劃，按需發(fā)料給車間，車間在工序上投料消耗，主要包含物料主數據：與SAP集成物料的基礎數據管理；庫存管理：原材料領發(fā)料、成品出入庫、盤點、統(tǒng)計等標準庫存管理功能；物料拉動：實現基于現場物料狀態(tài)自動觸發(fā)或手工觸發(fā)生成需求來拉動物料配送；物料配送、簽收：實現對車間物料配送簽收的電子化管理；物料狀態(tài)跟蹤：實時動態(tài)更新跟蹤物料狀態(tài)及領料人員的工作情況。

物料需求計劃

領料單

(4) 調度管理

車間作業(yè)按照批次管理，生產按照在制品批號實現工序間的物料流轉，生產過程中提交各工序對應批次的生產記錄、在制品批次流轉記錄、生產報工數量、報廢不良原因。通過條碼 、電子標簽、PDA等技術手段實時準確的采集作業(yè)現場的數據，包括人、機、料、質量等數據，實現生產的透明化管理。建立生產異常報警和異常快速響應的機制，確保生產正常、連續(xù)運行，提高生產運作效率。

生產作業(yè)查詢

作業(yè)終端

(5) 質量管理

通過質量管理建?？蓸嫿ú煌a品及工藝要求的檢驗模型。質檢方式采用首件檢查、巡檢抽查、自檢等多種模式，對關鍵環(huán)節(jié)點設定必檢流程。檢驗數據提取按照多次采樣組方式，定義對應的不良情況及返修流程，處理方式以降檔或報廢等多種級別，用于質量分析及追溯。

質檢任務查詢

質檢數據錄入

SPC質量分析

(6) 設備管理

通過設備管理的標準化，加強設備檢修和維護，減少無效停機或者設備故障對生產的影響提升設備綜合效率。主要包括設備運維：完成對設備運維全生命周期的管理，包括設備臺帳檔案、設備保養(yǎng)計劃、維護、維修、改造、報廢以及備品備件的管理；設備監(jiān)控：通過最新的網絡通訊技術和數控采集技術對設備的運作狀態(tài)、參數、生產數據進行實時采集和監(jiān)控；設備分析：分析設備的完好率、故障率、利用率等指標，全面了解現有設備的性能。

(7) 看板管理

通過看板管理實現實時查詢訂單在制品的生產進度，各個作業(yè)崗位的作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)負荷、設備狀態(tài)等信息。主要包含生產計劃看板：實時動態(tài)跟蹤生產計劃的執(zhí)行情況，反饋產品產線運轉情況；工位看板：監(jiān)控各工作單元的生產情況，人員出勤、實際投產及加工狀況，設備及物料的異常情況；設備工況監(jiān)控看板：反饋設備運行狀況和異常情況。

(8) 生產追溯

通過生成產品追溯表，對生產批次在生產過程中的人、機、料、法、環(huán)、測進行全面的追溯，形成完整的質量檔案。支持相關條件的正向或逆向查詢。

(9) 生產統(tǒng)計與分析

根據條件統(tǒng)計各個班組的作業(yè)完成情況，查詢現場作業(yè)人員的作業(yè)數量以及工時信息統(tǒng)計分析，根據條件查詢所有在制品的整體運行情況，并對各車間基于產量、不良、班組作業(yè)能力進行統(tǒng)計分析。

工序產量報表

生產圖表分析

3．基于工業(yè)大數據的行業(yè)應用

由于在電容分選過程中電芯化成各容段分類工作較為繁瑣，人工的分選方式往往耗費大量的工時，不同容段的監(jiān)測鑒別難度較大，無法實時性的監(jiān)測電芯電容等情況。需要采用大數據方式優(yōu)化工藝，從而實現根據采集的歷史數據訓練分選模型，實時采集過程數據診斷電池容量情況，預測模型發(fā)現不良情況及時反饋，將異同類的電芯快速甄別提高分選效率等目標。

電容波動統(tǒng)計

大數據管理平臺

電容分選診斷

電芯產量分析

六、項目應用總結

系統(tǒng)實施后幫助企業(yè)理順了車間生產業(yè)務流程，強化了車間生產管理過程，確保了質量控制的管理要求。能夠根據客戶要求完成追溯管理、產線防錯防呆的功能實施，滿足客戶審核要求，在此基礎上滿足了各事業(yè)部對生產管理的需求。

系統(tǒng)主要完成功能：

1．完成鋰電池車間總體設計；

2．構建車間互聯(lián)互通網絡架構與信息模型；

3．在數字化環(huán)境下對產品的工藝進行規(guī)劃，實現工藝流程布局及數字化建模；

4．通過實時數據庫系統(tǒng)和業(yè)務終端采集系統(tǒng)，實現過程數據和業(yè)務數據的采集，

5．通過圖形組態(tài)開發(fā)工具及相應的web可視化組件實現數據的可視化；

6．開發(fā)各類標準接口，實現了現場數據與生產管理軟件信息集成；

7．通過開發(fā)數據交互接口，實現了企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)高效協(xié)同與集成；

8．基于采集的生產數據，構建大數據平臺，采用科學的分析方法實現分析與優(yōu)化。

通過整個系統(tǒng)的深入應用使得工廠管理標準化、透明化、可視化，精準掌控整個生產過程，為企業(yè)決策提供依據。從而提升企業(yè)管理水平，增強企業(yè)市場競爭力，提升企業(yè)形象。