一、項目背景

隨著(zhù)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動(dòng)力電池規?；圃?、高質(zhì)量制造成為制約我國鋰電行業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸，影響我國在世界未來(lái)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)格局中的地位。企業(yè)客戶(hù)對鋰電池制造商生產(chǎn)現場(chǎng)管理要求越來(lái)越高，多數客戶(hù)明確提出制造商需實(shí)施智能信息化系統加強生產(chǎn)現場(chǎng)管理，特別是物料與產(chǎn)品追溯管理。

本項目采用建設鋰電池智能工廠(chǎng)系統建設，包括鋰離子動(dòng)力電池制造執行系統MES，現場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程數據采集系統、以及電池制造智能化決策支持系統，強化鋰電池生產(chǎn)過(guò)程管控，提高生產(chǎn)管理效率，實(shí)現鋰離子動(dòng)力電池全生產(chǎn)過(guò)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(jīng)使用了ERP層軟件（SAP系統），實(shí)現了生產(chǎn)計劃編制、倉儲管理、合同管理、財務(wù)管理等功能。然而，ERP與生產(chǎn)現場(chǎng)之間采用缺乏生產(chǎn)執行之間存在“斷層”，導致計劃的執行和反饋采用人工方式，準確性、及時(shí)性、全面性不足。生產(chǎn)管理過(guò)程中信息的搜集、傳遞采用人工方式，分析使用不便，管理過(guò)程缺乏透明度和效率。

企業(yè)鋰電現場(chǎng)生產(chǎn)主要是多品種大批量的生產(chǎn)模式，且多種產(chǎn)品的物料種類(lèi)較多，整個(gè)制造過(guò)程是以SAP以及生產(chǎn)訂單為主線(xiàn)的派工制造流程。目前在管理和生產(chǎn)制造上急需滿(mǎn)足以下需求：

1．及時(shí)準確將計劃以及變更信息發(fā)布到制造現場(chǎng)；

2．準確收集過(guò)程中的資源、過(guò)程以及結果信息數據；

3．監控產(chǎn)品的整個(gè)作業(yè)流程，給作業(yè)人員足夠的信息指導，實(shí)現防呆管理，避免或預

防問(wèn)題的發(fā)生；

4．提高產(chǎn)線(xiàn)現場(chǎng)對各種變更的響應以及反饋速度；

5．實(shí)現對產(chǎn)品、物料的序列、批次追蹤與管理；

6．實(shí)時(shí)記錄制造過(guò)程中的在制、工時(shí)、人員、設備等信息；

7．給管理人員提供對作業(yè)現場(chǎng)進(jìn)行可視化監控管理的工具；

8．給管理人員提供改善制造流程、工藝的各種及時(shí)準確的數據；

9．歸納/整合/分析過(guò)程信息，為高層決策提供全面及時(shí)準確的數據。

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

三、建設目標

通過(guò)對生產(chǎn)信息化系統（MES）的整體規劃、設計與分步實(shí)施和上線(xiàn)，實(shí)現鋰電池生產(chǎn)過(guò)程先進(jìn)的實(shí)時(shí)數據控制，企業(yè)各個(gè)部門(mén)的生產(chǎn)調度、生產(chǎn)過(guò)程、設備、物料、質(zhì)量和人員的全面管理與控制，為企業(yè)搭建一個(gè)可擴展的生產(chǎn)管理信息化平臺，使得生產(chǎn)過(guò)程透明化、高效化、柔性化、可追溯化、事中控制、高客戶(hù)滿(mǎn)意度、低成本運行。同時(shí)，項目以智能化裝備為基礎，數字化電池生產(chǎn)過(guò)程，并應用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和信息化技術(shù)，集成基于大數據的智能化分析與決策支持算法，實(shí)現了鋰電池生產(chǎn)過(guò)程的智能化分析和管控。

通過(guò)設置各類(lèi)終端和過(guò)程數據采集接口，建設高速的車(chē)間管理網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現物料信息、人員信息、設備運行過(guò)程數據、質(zhì)檢數據、制造環(huán)境數據的高效、快速采集，將產(chǎn)品制造流程中的“人、機、料、法、環(huán)”信息自動(dòng)地進(jìn)行集成和關(guān)聯(lián)，實(shí)現制造指令的下達、制造執行過(guò)程中管控與制造執行進(jìn)度狀態(tài)反饋的高效協(xié)同。由此加強對生產(chǎn)過(guò)程的正向管控與反向問(wèn)題追溯與定位，不斷優(yōu)化生產(chǎn)管理的組織和協(xié)調，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，增強對市場(chǎng)的響應能力。

四、系統概述

本項目根據實(shí)際的制造問(wèn)題，結合新一代的信息技術(shù)實(shí)現整體系統規劃，系統規劃設計采用力控科技智能工廠(chǎng)工業(yè)軟件平臺及解決方案，實(shí)現智能工廠(chǎng)的建設。

1. 采用力控企業(yè)級實(shí)時(shí)歷史數據庫及管理軟件pSpace實(shí)現車(chē)間設備互聯(lián)互通，構建統一的數據交換服務(wù)，用于將生產(chǎn)現場(chǎng)的設備情況、質(zhì)量檢驗的實(shí)時(shí)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(guān)鍵環(huán)節數據，解決生產(chǎn)過(guò)程中的痛點(diǎn)。

2. 采用HTML5技術(shù)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(chǎn)車(chē)間現場(chǎng)的實(shí)時(shí)作業(yè)情況，實(shí)現移動(dòng)終端遠程設備監控。

3. 生產(chǎn)執行制造MES系統采用力控信息集成門(mén)戶(hù)平臺FinforWorx搭建業(yè)務(wù)基礎平臺及建模，結合離散業(yè)MES插件構件整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節，實(shí)現人機料法環(huán)的全面管理。

力控科技智能工廠(chǎng)工業(yè)軟件平臺及解決方案

五、系統組成

1．鋰電車(chē)間設備數據采集

通過(guò)對車(chē)間設備改造升級，設備通信接口實(shí)現統一支持工業(yè)以太網(wǎng)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(kāi)停機）、工藝參數等。所涉及的終端設備及系統包括工業(yè)以太網(wǎng)、數據采集與監控(SCADA)、分布式控制系統(DCS)、過(guò)程控制系統(PCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、遠程監控系統等網(wǎng)絡(luò )設備。根據實(shí)時(shí)數據及報警規則產(chǎn)生關(guān)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(cháng)期歸檔海量歷史數據，數據可視化采用HTMl5的方式呈現到系統中。

車(chē)間設備狀態(tài)監控圖

主要設備廠(chǎng)家

2．生產(chǎn)執行制造MES

本項目整個(gè)業(yè)務(wù)流程主要目的是實(shí)現電芯、化成、電動(dòng)汽車(chē)車(chē)間的生產(chǎn)執行制造管理。生產(chǎn)管控從訂單創(chuàng )建到執行在MES中的標準化流程，并且在MES中單獨建立相關(guān)的產(chǎn)品工藝流程，控制訂單必須按照工藝流程的設計進(jìn)行相關(guān)工序的報工作業(yè)。形成產(chǎn)品生產(chǎn)基本的作業(yè)報工體系，物料出入庫體系以及產(chǎn)品質(zhì)檢體系。    

在此基礎上，建立相關(guān)的看板，實(shí)現對倉庫備料作業(yè)的拉動(dòng)以及對生產(chǎn)班組、生產(chǎn)訂單的作業(yè)監控和報警預警處理。并可以將訂單工序的作業(yè)圖紙與現場(chǎng)報工終端上進(jìn)行查看。初步形成以派工單為主線(xiàn)的各個(gè)分子計劃的報工流程與體系，通過(guò)對分子訂單派工與報工的實(shí)時(shí)監控，實(shí)現對主計劃的精準派工，減少作業(yè)等待時(shí)間。

力控鋰電制造MES業(yè)務(wù)流程

(1) 生產(chǎn)建模

生產(chǎn)建模主數據維護包含生產(chǎn)主數據和產(chǎn)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(guò)啟用ERP集成自動(dòng)傳輸。整個(gè)方案除了支持ERP的主數據屬性外還添加了制造執行屬性和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(chǎn)品定義：與對應工藝相關(guān)的分解，半成品零部件各加工過(guò)程的完整定義

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

工廠(chǎng)建模：從工廠(chǎng)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(chǎn)加工班次的組成及不同工藝的人員要求。

加工設備：大型動(dòng)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(lèi)：自動(dòng)卷繞、半自動(dòng)卷繞工藝建模；

BOM管理：可隨需求調整對應加工工藝路線(xiàn)及產(chǎn)品Bom，適應各類(lèi)現場(chǎng)的需求變動(dòng)；

批量處理：批量導入工藝文件、工藝指導書(shū)。

電芯、PACK多型號多品種的產(chǎn)品建模

工藝路線(xiàn)定義

(2) 計劃管理

實(shí)現按訂單驅動(dòng)的主生產(chǎn)計劃，通過(guò)物料需求計劃引擎自動(dòng)生成采購計劃、備料計劃、自制制令計劃縮短計劃編制時(shí)間，檢查齊套性。

車(chē)間通過(guò)MES平臺自動(dòng)接收上級分解出的生產(chǎn)任務(wù)，根據生產(chǎn)模型和生產(chǎn)資源進(jìn)行有限能力排程，分解成各個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)、工作中心生產(chǎn)指令、用料需求，實(shí)現精準投產(chǎn)。

(3) 物料管理

通過(guò)物料管理模塊實(shí)現物料在系統間的傳遞，倉庫根據領(lǐng)料計劃，按需發(fā)料給車(chē)間，車(chē)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(lǐng)發(fā)料、成品出入庫、盤(pán)點(diǎn)、統計等標準庫存管理功能；物料拉動(dòng)：實(shí)現基于現場(chǎng)物料狀態(tài)自動(dòng)觸發(fā)或手工觸發(fā)生成需求來(lái)拉動(dòng)物料配送；物料配送、簽收：實(shí)現對車(chē)間物料配送簽收的電子化管理；物料狀態(tài)跟蹤：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新跟蹤物料狀態(tài)及領(lǐng)料人員的工作情況。

物料需求計劃

領(lǐng)料單

(4) 調度管理

車(chē)間作業(yè)按照批次管理，生產(chǎn)按照在制品批號實(shí)現工序間的物料流轉，生產(chǎn)過(guò)程中提交各工序對應批次的生產(chǎn)記錄、在制品批次流轉記錄、生產(chǎn)報工數量、報廢不良原因。通過(guò)條碼 、電子標簽、PDA等技術(shù)手段實(shí)時(shí)準確的采集作業(yè)現場(chǎng)的數據，包括人、機、料、質(zhì)量等數據，實(shí)現生產(chǎn)的透明化管理。建立生產(chǎn)異常報警和異?？焖夙憫臋C制，確保生產(chǎn)正常、連續運行，提高生產(chǎn)運作效率。

生產(chǎn)作業(yè)查詢(xún)

作業(yè)終端

(5) 質(zhì)量管理

通過(guò)質(zhì)量管理建?？蓸嫿ú煌a(chǎn)品及工藝要求的檢驗模型。質(zhì)檢方式采用首件檢查、巡檢抽查、自檢等多種模式，對關(guān)鍵環(huán)節點(diǎn)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(zhì)量分析及追溯。

質(zhì)檢任務(wù)查詢(xún)

質(zhì)檢數據錄入

SPC質(zhì)量分析

(6) 設備管理

通過(guò)設備管理的標準化，加強設備檢修和維護，減少無(wú)效停機或者設備故障對生產(chǎn)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、設備保養計劃、維護、維修、改造、報廢以及備品備件的管理；設備監控：通過(guò)最新的網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)和數控采集技術(shù)對設備的運作狀態(tài)、參數、生產(chǎn)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監控；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(guò)看板管理實(shí)現實(shí)時(shí)查詢(xún)訂單在制品的生產(chǎn)進(jìn)度，各個(gè)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(chǎn)計劃看板：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤生產(chǎn)計劃的執行情況，反饋產(chǎn)品產(chǎn)線(xiàn)運轉情況；工位看板：監控各工作單元的生產(chǎn)情況，人員出勤、實(shí)際投產(chǎn)及加工狀況，設備及物料的異常情況；設備工況監控看板：反饋設備運行狀況和異常情況。

(8) 生產(chǎn)追溯

通過(guò)生成產(chǎn)品追溯表，對生產(chǎn)批次在生產(chǎn)過(guò)程中的人、機、料、法、環(huán)、測進(jìn)行全面的追溯，形成完整的質(zhì)量檔案。支持相關(guān)條件的正向或逆向查詢(xún)。

(9) 生產(chǎn)統計與分析

根據條件統計各個(gè)班組的作業(yè)完成情況，查詢(xún)現場(chǎng)作業(yè)人員的作業(yè)數量以及工時(shí)信息統計分析，根據條件查詢(xún)所有在制品的整體運行情況，并對各車(chē)間基于產(chǎn)量、不良、班組作業(yè)能力進(jìn)行統計分析。

工序產(chǎn)量報表

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

電容波動(dòng)統計

大數據管理平臺

電容分選診斷

電芯產(chǎn)量分析

六、項目應用總結

系統實(shí)施后幫助企業(yè)理順了車(chē)間生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，強化了車(chē)間生產(chǎn)管理過(guò)程，確保了質(zhì)量控制的管理要求。能夠根據客戶(hù)要求完成追溯管理、產(chǎn)線(xiàn)防錯防呆的功能實(shí)施，滿(mǎn)足客戶(hù)審核要求，在此基礎上滿(mǎn)足了各事業(yè)部對生產(chǎn)管理的需求。

系統主要完成功能：

1．完成鋰電池車(chē)間總體設計；

2．構建車(chē)間互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò )架構與信息模型；

3．在數字化環(huán)境下對產(chǎn)品的工藝進(jìn)行規劃，實(shí)現工藝流程布局及數字化建模；

4．通過(guò)實(shí)時(shí)數據庫系統和業(yè)務(wù)終端采集系統，實(shí)現過(guò)程數據和業(yè)務(wù)數據的采集，

5．通過(guò)圖形組態(tài)開(kāi)發(fā)工具及相應的web可視化組件實(shí)現數據的可視化；

6．開(kāi)發(fā)各類(lèi)標準接口，實(shí)現了現場(chǎng)數據與生產(chǎn)管理軟件信息集成；

7．通過(guò)開(kāi)發(fā)數據交互接口，實(shí)現了企業(yè)資源計劃（ERP）系統高效協(xié)同與集成；

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

通過(guò)整個(gè)系統的深入應用使得工廠(chǎng)管理標準化、透明化、可視化，精準掌控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)競爭力，提升企業(yè)形象。