★上海展灣信息科技有限公司 

1　目標和概述 

鋰電池隔膜（屬新能源材料）的生產(chǎn)目前存在如下難點(diǎn)： 

（1）生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量監控方面：在實(shí)際工藝生產(chǎn)中，平均 每15分鐘生產(chǎn)一卷膜，制膜線(xiàn)數據龐雜、更新頻繁，工人需 手動(dòng)抄錄、比對，采集效率低，數據誤差大，較難追溯質(zhì)量數 據，需進(jìn)一步提升質(zhì)量管控。 

（2）效率提升、成本管控方面：隔膜成本受規模效應、客 戶(hù)結構、設備折舊、產(chǎn)品良率等眾多因素影響，在隔膜價(jià)格下 滑的背景下企業(yè)需要進(jìn)一步降低成本，提升人效和生產(chǎn)效率。

 針對上述難點(diǎn)，上海展灣信息科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)展 灣）提出了“面向恩捷鋰電池隔膜車(chē)間的數據采集和生產(chǎn)過(guò)程 質(zhì)量監控方案”，利用Luppiter工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，制作了系列 工業(yè)業(yè)務(wù)管理應用和SCADA監控看板，實(shí)現質(zhì)量數據自動(dòng)采集 和分析及質(zhì)量過(guò)程監控，覆蓋生產(chǎn)效率管理、設備運轉管理、 工藝履歷管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、環(huán)境監測等，數據采集效率提 升90%，生產(chǎn)效率提升15%，產(chǎn)品良率提升5%。 

2　方案介紹 

2.1　系統架構 

 該方案系統架構如圖1所示。

 圖1 系統架構圖 

（1）設備層及邊緣層：IoT邊緣計算網(wǎng)關(guān)支持300多種數 據采集協(xié)議，能夠對接所有常見(jiàn)的制造設備。本方案采集恩捷 制膜產(chǎn)線(xiàn)的上料系統、萃取機、制膜機、收卷機、大分切機、 小分切機、涂布機、動(dòng)力空調、缺陷儀等重要生產(chǎn)設備，完成 協(xié)議轉換、數據采集、緩存和邊緣計算。 

（2）平臺層：DAC數據分析內核實(shí)現采集數據的匯聚、 存儲、分析和治理。 

（3）應用層：iWork綜合業(yè)務(wù)平臺實(shí)時(shí)搭建數據報表、 SCADA監控看板等質(zhì)量管控類(lèi)的可視化業(yè)務(wù)應用，幫助恩捷產(chǎn) 線(xiàn)進(jìn)行設備管理、生產(chǎn)效率管理、品質(zhì)管理、能源安環(huán)管理、 KPI管理等，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為企業(yè)決策提供數據 支撐和科學(xué)依據。

 2.2　硬件平臺 

該方案中硬件采用Diana智能制造一體機，部署在車(chē)間現 場(chǎng)，開(kāi)箱即用，實(shí)時(shí)執行邊緣計算，自動(dòng)采集制膜線(xiàn)、大分 切、小分切、涂布、品質(zhì)、動(dòng)力等工段頻繁更新的龐雜數據， 取代原來(lái)效率低下的人工紙質(zhì)抄寫(xiě)，大幅提升數據采集效率 （90%）以及數據的準確性（30%）和實(shí)時(shí)性（達毫秒級）。 

硬件平臺具備如下優(yōu)勢： 

（1）全面場(chǎng)景覆蓋：內置300+數據采集協(xié)議模板，輕松 對接PLC、機器人、數控機床等主流生產(chǎn)設備。 

（2）強大邊緣計算：實(shí)時(shí)判定設備故障并發(fā)出告警，具 備數據清洗、去重和實(shí)時(shí)計算等能力。 

（3）適配多種網(wǎng)絡(luò )環(huán)境：支持有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、4G/5G無(wú)線(xiàn)網(wǎng) 絡(luò )、串口轉網(wǎng)口等多種網(wǎng)絡(luò )連接環(huán)境。 

（4）快速靈活配置：支持采集頻率可配置和集中配置管 理，一站式解決工業(yè)設備數據采集復雜性問(wèn)題。 

（5）多種數據源接入：支持多種數據源接入，如IoT設備 數據、人工錄入數據、ETL數據等。 

（6）靜默式改造：無(wú)需設備停工，減少對生產(chǎn)的影響， 以毫秒級頻率自動(dòng)采集工業(yè)設備關(guān)鍵數據。

 2.3　軟件平臺 

2.3.1　質(zhì)量和效率監控類(lèi)業(yè)務(wù)應用 

 （1）生產(chǎn)質(zhì)量管理：根據工藝數據分析生成R圖、正態(tài)分 布圖和CPK判定，與規格模板進(jìn)行對比，密切監控生產(chǎn)質(zhì)量， 直觀(guān)展示生產(chǎn)波動(dòng)，對數據異常值變色告警，提升問(wèn)題響應 和處理速度，提升產(chǎn)品良率5%；支持自動(dòng)記錄、歸檔異常數 據，可輸入異常原因及對策，便于進(jìn)行生產(chǎn)復盤(pán)。 

 （2）工藝履歷管理：報表中展示批次號和卷號對應時(shí)間 的工藝數據，通過(guò)篩選預先設定好的規格模板，系統將按模板 順序展示每個(gè)采集項的數據及管控值；通過(guò)篩選規格模板、產(chǎn) 線(xiàn)、型號及更小顆粒度—設備、生產(chǎn)批號等快速檢索海量設備 數據，提升90%人效，大幅節省人工數據比對時(shí)間，同時(shí)減少 數據誤差。 

（3）生產(chǎn)效率管理：對采集數據進(jìn)行效率維度統計分析 計算，監控隔膜生產(chǎn)的平均速度、平均寬度、產(chǎn)出面積等關(guān)鍵 生產(chǎn)工藝參數；可按照不同產(chǎn)線(xiàn)日或月維度進(jìn)行計算，不同工 廠(chǎng)/同一工廠(chǎng)的多產(chǎn)線(xiàn)/同一產(chǎn)線(xiàn)的多日、單日進(jìn)行對比分析； 實(shí)時(shí)管理生產(chǎn)進(jìn)度，提升15%生產(chǎn)效率。 

（4）設備運轉管理：對設備狀態(tài)進(jìn)行詳細分類(lèi)（故障、 停機等），實(shí)時(shí)記錄投入卷數、平均速度、分切時(shí)間、換卷時(shí) 間等參數，計算設備運轉率、良品數、OEE等關(guān)鍵指標，最大 化提升設備工作效率，擴大車(chē)間效益。 

（5）風(fēng)壓點(diǎn)檢記錄：風(fēng)壓影響制膜工藝流程，風(fēng)壓不穩 將損害成品質(zhì)量。通過(guò)統計不同產(chǎn)線(xiàn)、工段的風(fēng)壓點(diǎn)檢數據， 實(shí)時(shí)監控環(huán)境風(fēng)壓，感知環(huán)境異常，確保生產(chǎn)環(huán)境及工藝的穩 定性。

 （6）溫濕度記錄：溫度、濕度影響制膜工藝流程。溫濕 度記錄密切監測不同時(shí)段車(chē)間的溫度和濕度數據，超出閾值則 變色告警，將溫濕度對生產(chǎn)的影響降至最低，精細化管理產(chǎn)品 質(zhì)量，提升良品率。

 （7）歷史數據展示：支持查看所有采集數據，支持按產(chǎn) 線(xiàn)、設備、時(shí)間段進(jìn)行高效檢索，隨時(shí)掌握關(guān)注時(shí)期的數據變動(dòng) 情況；支持多個(gè)采集項同時(shí)對比查看，自動(dòng)生成統計分析圖表。

 2.3.2　SCADA運行狀態(tài)監控 

搭建SCADA監控看板，實(shí)時(shí)監控設備運行，輔助業(yè)務(wù)決策。 

（1）車(chē)間級：調用車(chē)間級分析模板，對全車(chē)間各產(chǎn)線(xiàn)綜合監控，涵蓋產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài)、運行效率分析、產(chǎn)量分析等。 

（2）產(chǎn)線(xiàn)級：采用下鉆式分析邏輯對產(chǎn)線(xiàn)細節監控，涵蓋產(chǎn)線(xiàn)工段狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控、各工段指標分析等。

 2.4　安全措施 

（1）平臺安全：平臺支持集群部署、負載均衡、7x24小時(shí)性能監測，具備DDOS攻擊防護、WAF防火墻等多種安全防 護能力，保障核心數據安全和業(yè)務(wù)穩定可用。 

（2）數據安全：一體機對設備的數據采集為單向讀取操 作，防止對生產(chǎn)設備進(jìn)行任何控制操作，保障設備和控制安 全。一體機通過(guò)身份認證后接入，同時(shí)遵從標準MQTT/OPC UA協(xié)議架構保障數據安全傳輸，支持網(wǎng)絡(luò )中斷時(shí)將數據臨時(shí)本 地存儲，網(wǎng)絡(luò )可用時(shí)自動(dòng)將離線(xiàn)數據上傳，防止因網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)引 起的數據丟失。 

（3）網(wǎng)絡(luò )安全：生產(chǎn)網(wǎng)和辦公管理網(wǎng)嚴格劃分網(wǎng)絡(luò )邊 界，并通過(guò)防火墻或VLAN進(jìn)行隔離，保障生產(chǎn)網(wǎng)的數據和運 行安全。

 3 　代表性及推廣價(jià)值 

3.1　應用情況及效果 

（1）展灣方案應用廣泛，已經(jīng)在恩捷多家工廠(chǎng)200條產(chǎn)線(xiàn) 落地實(shí)施，覆蓋制膜、大小分切、涂布、品質(zhì)和動(dòng)力線(xiàn)100% 的工藝、設備，并在不斷拓展產(chǎn)能的分廠(chǎng)和產(chǎn)線(xiàn)落地實(shí)施。 

（2）實(shí)現質(zhì)量數據的自動(dòng)采集和統計分析及質(zhì)量過(guò)程監 控，管理報表的顆粒度從小時(shí)級提高到分鐘級，人效提高90% 以上。 

（3）通過(guò)可視化工業(yè)應用及SCADA看板提升工藝穩定 性，增強品質(zhì)和成本管控，產(chǎn)品良率提高5%，生產(chǎn)效率提升 15%。 

（4）助力恩捷（無(wú)錫）成功入選2021年無(wú)錫市數字經(jīng)濟 優(yōu)秀案例。 

3.2　商業(yè)價(jià)值 

鋰電池應用廣泛，包括消費電子、動(dòng)力電池以及儲能三個(gè) 主要市場(chǎng)，以及一些細分市場(chǎng)，如電動(dòng)工具等。2022年，全球 鋰電池市場(chǎng)規模達598.7億美元，全球鋰電池隔膜供給達150億 平方米。

 從全球鋰電池市場(chǎng)來(lái)看，恩捷股份及少數國內其他廠(chǎng)商， 憑借技術(shù)積累及產(chǎn)業(yè)規模的擴大，已經(jīng)成功進(jìn)入全球主流電池 廠(chǎng)商的供應鏈，與國外三大鋰電池生產(chǎn)巨頭：松下、三星、LG Chem和占中國鋰電池市場(chǎng)近80%市場(chǎng)份額的前五家鋰電池生 產(chǎn)企業(yè)：寧德時(shí)代、比亞迪、國軒、孚能、力神，以及其他超 過(guò)20家的國內鋰電池企業(yè)都建立了良好的合作關(guān)系。 

基于上述市場(chǎng)規模及未來(lái)預期推廣，展灣數字化方案應用 的市場(chǎng)價(jià)值預計可達500億元。

 3.3　社會(huì )價(jià)值 

（1）提高工業(yè)數字化、智能化水平 

目前，中國工業(yè)智能化已從探索階段進(jìn)入實(shí)際開(kāi)發(fā)和應 用落地階段。將邊緣計算等新型信息技術(shù)應用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平 臺業(yè)務(wù)中，并以此為基礎打造一個(gè)便捷、高效、實(shí)用、智能的 質(zhì)量數據采集和分析的應用體系，提升設備數字化、智能化水 平，為企業(yè)決策提供數據支撐，實(shí)現工廠(chǎng)從管人到管設備的飛 躍。 

（2）節能減排，助力“雙碳” 

通過(guò)制作工業(yè)應用和SCADA監控看板進(jìn)行自動(dòng)數據采集 和分析，提升人效，減少人工紙質(zhì)抄寫(xiě)，降低紙張使用率，每 年可節省19200000張紙，相當于保護1425.0624棵樹(shù)，減少二 氧化碳排放25651.1232kg，助力“雙碳”目標實(shí)現。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》