新能源電池生產數(shù)字化升級及其挑戰(zhàn)

新能源電池生產企業(yè)，通過在生產線關鍵工藝環(huán)節(jié)和供應鏈作業(yè)關鍵節(jié)點引入數(shù)字化、智能化技術，實現(xiàn)電池生產和物流作業(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度，也使生產效率和產品質量得到提高。這無疑是新能源電池生產的未來發(fā)展方向，但同時也面對著諸多技術挑戰(zhàn)。

智能物流技術助力新能源發(fā)展

近些年來，我國新能源汽車產業(yè)實現(xiàn)快速發(fā)展，其中新能源電池生產制造是產業(yè)發(fā)展的關鍵核心技術之一。最初的新能源電池生產與裝配，很多環(huán)節(jié)都需要人工作業(yè)完成，工人的勞動強度大，工作效率低。并且，因新能源電池生產涉及有害物質原料，工人的身體健康也會遭遇一定威脅。如電池極卷的生產環(huán)節(jié)，需要把粉料進行攪拌，然后涂布、冷壓、預分切、模切、分條、卷繞，最后裝配成電芯。如果這些生產環(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生影響。為此，生產廠家專門設計了自動上料裝置，使人工作業(yè)的種種問題得到規(guī)避。

此外，在新能源電池生產和裝配的整個系統(tǒng)中，有多個環(huán)節(jié)需要應用到最新的物流技術，如工位輸送環(huán)節(jié)。工位輸送是整條生產線的重要組成部分，其設計結構直接影響著電池包裝配的可行性、產品質量和生產節(jié)拍。針對工位輸送的精準性及靈活性要求，有通過輥筒輸送線實現(xiàn)傳輸?shù)?，也有通過AGV進行搬運傳輸?shù)摹Ｓ行┥a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、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，調節(jié)輥道的運動狀況，從而滿足電池裝配各工位的要求。

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

信息和數(shù)字技術無處不在

新能源電池包制造與裝配質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量的要求非常嚴格，這使得新能源電池生產、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。再加上如今的新能源電池單個生產車間都追求更大的生產能力，就更加需要信息化的生產管理系統(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)字化技術驅動新能源電池供應鏈的全流程架構，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)，負責采購訂單、銷售訂單等單據(jù)管理，向下傳遞單據(jù)信息指導具體業(yè)務執(zhí)行，同時接收WMS系統(tǒng)執(zhí)行結果數(shù)據(jù)進行企業(yè)資源管理；中層系統(tǒng)是WMS系統(tǒng)，定位為執(zhí)行層，負責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)行結果，最終結果數(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，負責立庫內部管理以及硬件設備集成，接收WMS指令并進行具體揀選動作，同時反饋執(zhí)行結果至WMS系統(tǒng)。

廖源進一步表示，在新能源電池制造的整體系統(tǒng)中，數(shù)字化供應鏈需要串聯(lián)起材料庫、生產車間、半成品庫、成品庫。如數(shù)字化驅動廠內物流，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)、結構件自動立體庫作業(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、叉車配送等方式運送到車間的環(huán)節(jié)等等。

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

對物流裝備技術數(shù)字化提出新要求

數(shù)字技術在新能源電池產業(yè)中的大規(guī)模應用，使得整體系統(tǒng)對具體的物流技術和設備有了更明確的技術要求。對此，廖源進行了具體介紹：

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品信息，包括產品狀態(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“先進先出”原則出庫。立庫還要保留手動出庫的功能，以應對異常情況。

2.對AGV的要求：要有適合數(shù)字系統(tǒng)的協(xié)議接口。AGV調度系統(tǒng)需要有系統(tǒng)管理庫位和AGV放置點位關系，AGV需要實現(xiàn)當系統(tǒng)通知配送區(qū)域，AGV能自行計算并將物料送至指定點位；AGV可支持對未執(zhí)行的任務調整優(yōu)先級，可取消正在執(zhí)行的任務；AGV需要能夠管理搬運載具的信息，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)機器人的要求：根據(jù)新能源電池生產的工藝流程，要進行合理流程和位置布局，以機器人為中心，將疊片機、焊接機及裁切機等布置在機器人的臂展范圍內，在其運動區(qū)域內應保證無干擾?？紤]到日常維護等工作的方便，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，防止未經(jīng)授權人員進入機器人工作區(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置感應裝置，一旦安全門被打開，工業(yè)機器人能夠立即減速并停止運動或作業(yè)，確保人員安全。

數(shù)字供應鏈構建面臨的挑戰(zhàn)

通過數(shù)字技術的加持，構建數(shù)字供應鏈能夠給新能源電池產業(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，在新能源電池生產和裝配產業(yè)鏈中，數(shù)據(jù)量生產巨大，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量控制和生產安全的需求，需要對電池進行全流程追溯。但是新能源電池生產和裝配整個流程中有3200個控制點，數(shù)據(jù)追溯達上萬項，不良PPB要控制在十億分之一以內，實施難度很大。在這個過程中，數(shù)據(jù)采集量也非常大，一個大型生產基地3個月產生數(shù)據(jù)計量超100億條。并且，新能源電池具體生產環(huán)節(jié)節(jié)拍頻率快，2秒生產一個電芯，25秒生產一個模組，這就要求數(shù)據(jù)處理也要十分迅速。

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

最后，即便聚焦到生產供應鏈環(huán)節(jié)，仍然有很多管理痛點未能完全解決，包括：1.行業(yè)沒有統(tǒng)一的過程管理標準，標準難以系統(tǒng)性建立和固化流程。2.目前市場上提供的設備自動化能力參差不齊，容易產生多個信息孤島，缺少與生產系統(tǒng)的及時交互能力，也尚未建立統(tǒng)一的自動化標準。3.現(xiàn)有生產過程數(shù)據(jù)的準確性、及時性差，無法提供全面、實時、準確的數(shù)據(jù)供查看和分析。4.目前的產品數(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.單件流產品管控數(shù)據(jù)量大，量產時可達百億級數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)應用要求秒級響應。6.生產過程數(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、應用、歸檔難以有效管理。

總的來說，在新能源電池生產工藝關鍵環(huán)節(jié)和供應鏈作業(yè)關鍵節(jié)點引入數(shù)字化和智能化技術是大勢所趨，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)內仁人志士進一步探索。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。