[技术前沿]详解动力电池智能化制造的途径与效益 - 图文

【技术前沿】详解动力电池智能化制造的途径与效益

摘要：

作为一个希望定位在高端的动力电池企业，如果没有类似于MES这种制造执行系统来管控整个计划、生产、质量、库存、出货、售后等过程，想做高端市场几乎不可能。 一、对中国制造战略的理解

2015年5月8日，中国版的“工业4.0”战略规划《中国制造2025》公布。该战略规划经李克强总理签批，已由国务院公布，同时国家以及各地政府也出台了系列配套政策，从此拉开了实施国家制造强国战略的序幕。

笔者认为，工业4.0的核心是智能化制造，而工业3.0的核心是自动化制造。对于欧美企业来说，它们基本上已经完成了工业3.0，而对于大部分中国企业来讲，目前还处在工业2.5阶段，也就是半手工半自动化的阶段。

工业3.0到工业4.0，重点在于软件以及管理；工业2.5到工业3.0阶段，重点是硬件。这就是为什么近期国内自动化设备投资成为热点的原因。如此看来，业界就不难理解为什么中国制造企业在现阶段对自动化设备的需求比制造执行系统(Manufactory Executive System，简称MES)的需求来得更加迫切。

与欧美企业相比，虽然我们大部分的企业还是相差甚远，但是有一个行业我们并不落后，那就是新能源汽车行业。近年来在国家新能源政策鼓励下，新能源汽车行业迅猛发展，而作为电动汽车的核心组件之一动力电池更是得到资本的青睐。

在资本与技术的配合下，我们欣喜地看到许多动力电池工厂都采用了自动化设备，自动化的应用也带来了对MES管理软件平台的大量需求，从而为动力电池工厂实现智能化生产模式建立了基础。

笔者一直认为，作为一个希望定位在高端的动力电池企业，如果没有类似于MES这种制造执行系统来管控整个计划、生产、质量、库存、出货、售后等过程，想做高端市场几乎不可能。因此，实施MES也就成了优秀企业必不可少的一部分，同时也是制造企业实现智能化制造的必经之路。

二、动力电池企业实现智能化制造的途径

如何通过实施MES系统来实现智能化制造？首先了解一下电池的整个生产流程：

要做到产品质量和产量的双提高，就要做到以下几点：

1、对原材料数量、重量、温度等信息的管控由人工计算控制，替换为MES系统综合控制，缩减备料周期，进而缩短生产周期；

2、将容易出错、缓慢的手工操作工位更换为自动化控制设备并与MES系统集成，实现电芯性能数据的自动采集，提高数据的精准度、提高产品质量；

3、由原先的人工纸张记录数据方式更改为在MES系统中录入，减少纸质化数据、减少产线人员劳动力的使用，快速地展现产线生产数据和各工位不良率数据，方便品质管理人员简单、快捷地分析产品质量并对产线和工艺进行完善和改造，并最终趋向智能化制造。 对于一条实际的动力电池生产线来说，实施一套实用的MES系统和实现产线的智能化，可以从以下方面来进行：

1、原材料段的“产品”是正负小卷极片，是CELL段的物料，每次投料的数量是依据订单需求折算为CELL段需要的极片数量；从混料到烘烤完毕，因人工通知不及时、人工计算误差和运输时间延迟等导致CELL段备料时间延长，使得下订单或更换型号时，由于CELL段缺料而多等待几天时间。

通过实施MES，当CELL段的物料扣减至低于安全库存时，MES及时提醒原材料段备料，或者当要切换型号时，及时通知前段根据订单需求提前混料、制片等。

从局部来看，员工可以及时地将混料工位所需要的物料库存批次、物料重量和数量信息等录入到MES中、以便后面追溯查询使用；

2、在铜箔/铝箔上，浆料的均匀程度对电芯的性能有着重要影响，MES系统和拉浆设备、压片设备进行集成，实时获取载体上的浆料厚度、均匀度等数据，以便工艺品质人员分析或MES按照工艺给定的公式自行分析并判定该大卷极片是否可用；

3、在分切工序需要对切刀的使用寿命进行管控，切刀经常磨损，超过使用寿命会使得小卷极片边缘不整齐，从而影响电池性能；使用MES系统对刀具进行管控，记录刀具的当前剩余可使用寿命，一旦刀具寿命用尽，便提示员工此刀具不能再使用，并且MES对刀具的管控可以避免正、负极片切刀的混用；

4、极片的烘烤需要一个特定的时间段，烘烤时间过长浪费资源，过短则不足以保证去除极片上的水分，因此MES系统与烤箱做集成，通过MES系统来管控烘烤时间，烘烤完成时则通知生产人员，烘烤时间过长或过短都给与报警提示。

CELL段是电池由物料到成型的一个重要环节，从卷绕到分选，有着较复杂的工艺流程，早期完全有人工来操作，整个CELL段的耗时非常长，并且电芯性能数据遗漏或丢失很严重，

最终导致产品不良率非常高。

随着产线先进自动化设备和机器人的不断引进、MES系统的部署和集成，电芯的性能参数逐渐由MES系统直接从设备中获取，由MES系统对电芯的合格性进行判定，不良率报表由MES系统自动生成，电芯以及中间物料的搬运工作不在使用大量的人工，而是使用先进的流水线、AGV小车和机器人来操作，便避免了人工效率比较低导致的生产周期拖长现象，使得CELL段的生产周期大幅缩短。

5、在卷绕工位，目前国内使用的一般都是进口的自动卷绕机，只要放入极片、隔膜纸、胶带、极耳等物料，设置好卷绕机的各项运行参数，即可自动的绕成极芯；在MES系统记录每台卷绕机在某个时间段使用的物料批次信息，并且通过与短路测试设备集成获取该极芯数据并判定是否短路，以便通知设备及时挑出短路极芯；

6、在喷码工位，一般工厂采用的是人机协同式喷码，就是每天或每次切换型号时，技术人员在喷码机上设置喷码规则、检查墨液是否充足并启动设备，不可避免会出现将编码设置错的情况，这类问题直到品质人员查看报表信息时才有可能发现，导致问题处理滞后。 MES系统与喷码机集成后，可以根据系统时间和订单切换信息自动设置正确的条码规则，还可以省去技术人员检查喷码机这一操作，系统实时检查喷码机状态，当喷码原料不足时，提前发出系统通知告知技术人员准备原料，这样整个喷码工位，可以缩短一定的CELL段的生产周期和技术人员的时间；

7、注液信息是电芯的一个重要性能数据，目前大部分工厂使用的还是手动注液技术，为了计算注液量信息，就需要有注液前称重、注液封口后称重、计算注液量三个步骤来完成注液信息的获取和记录，造成的结果是耗时较长、不同电芯注液量差别比较大、人员使用比较多等。

采用自动注液机，能够实现自动称重、注液、封口、注液量计算等，MES系统再与之集成，便可以实现注液量信息的全自动获取，节约了大量的人力和时间，同时也提高了注液的精准度；

8、目前，电芯陈化一般是手动模式，手动放置、手动记录；如果采用全自动装盘、入库、出库流水线和机器人，再加上MES系统的仓储管理系统，可以实现注液后电芯的自动陈化、自动入库、陈化时间到后自动出库并流向化成工位，可以省去较长的人工装盘、搬运和检查时间；

9、化成和陈化类似，采用人工模式会耗费比较多的人力和时间。采用自动化成柜和搬运机器人并与MES系统集成，能够大幅度的缩短生产周期并将化成数据及时的展现给品质