自动化建设
工厂的自动化建设,有助于实现锂电池智能装备的自主研发可控。
锂电池独特的电化学特性对整个制作过程提出了高一致性标准,也要求每一道工序的设备都具备高精度和稳定性。
关键技术研发设备包括高速分散搅拌系统、高速双层多面多层挤压式涂布机、极片辊压设备、高速模切机、高速预分切机及分切机、极耳焊接机、激光焊接机、注液机、气密性检测机、全自动化成系统、自动干燥线、极片立体仓库、装配段物流线、烘烤炉段智能物流线、模组组件及底板涂胶机、模组侧缝冷金属焊接机等。
宁德时代研发了高速双面多层挤压式涂布机,该装备采用放卷及裁切机构、主牵引机构、涂布装置、真空吸附装置、气浮式烘箱、后牵引机构、收卷及裁切机构、CCD宽度方向检测单元和智能测厚系统等结构。同时,公司开发了相应的以太网总线运动控制系统,能够自动驱动各功能部件协调动作,将制成的浆料均匀地涂覆在金属箔的表面,并自动烘干形成正负极极片。该装备技术性能达到国际领先水平,打破了国外垄断,可本土化替代。
通过采用自主研发及与合作伙伴联合研发相结合的方式,宁德时代不断提升生产线自动化率,将经验、工艺沉淀到自动化设备和系统中,把异常因素降到最低,铸就一致性极高的产品。
系统化建设
利用系统化建设,宁德时代实现了高效的企业运作和全流程信息化管理。
对智能工厂的建设,宁德时代制定了清晰的信息系统战略规划,通过构建信息系统来达成如下目标。
第一,通过在各个层面有效地利用信息与知识促使CATL保持竞争优势并实现战略目标。
第二,通过业务流程创新和信息技术创新来提高市场、销售、研发、运营和售后的效率。
第三,通过为员工提供知识共享和协同能力,使他们能够交付符合预期的结果。
第四,通过对产品全生命周期的数据收集和分析,提供及时的、有预见性的服务以超越客户期望。宁德时代在制造信息系统方面,打造了多个层面的集成和协同。
系统化建设的实施具体包括以下几个方面。
一是物联网终端采集控制层,实现基础数据采集准确完整。宁德时代针对锂电池行业制造系统复杂、设备数量大、数据通信缺少规范标准、多源异构数据类型导致通信效率低、数据平台管理困难等问题,研究基于OPC UA的多源异构数据采集技术,开发了自主知识产权的统一数据采集平台,建立了电池制造生产线数据通信标准规范,同时借鉴互联网行业数据总线技术,打造了锂电流数据总线,解决了海量生产数据高速、并发传输问题,满足了各层级信息系统对实时、时序数据进行并发处理的需求。
二是制造与物流执行控制层,助力制造现场各要素数据互通。以制造现场管理为核心的“人、机、具、料、法、环、能”全生产要素的集成,包括MES、LES、WMS、MHR、FIS、EMS、PDMS,以及它们与制造大数据平台MDP、E-Mail、移动App的集成处理。其中隐含的基础是构建在整个物联网和互联网环境下,制造过程中人、设备、物联终端和信息系统的集成和交互关系。
三是企业运营管理协作层,打通运营前后端整体价值链。这是以ERP为核心打造的,面向从需求、设计,一直到销售、服务的全价值链要素的集成。企业运营管理协作层是制造与物流执行控制层面向整个企业价值链的延展,是在整个价值链上建立以质量、效率、成本为核心的卓越管理体系。
四是研发设计试制和验证层,集成各系统实现信息互通和资源共享。采用CAX软件进行产品的虚拟设计、模拟仿真和工厂的布局设计,同步产生数字化模型和设计元数据,元数据进行纵向传输,实现“研发—工程—制造—售后”各环节的闭环。整体上通过各大信息系统的有机集成,打破了“信息孤岛”,形成了全面的信息连通,使资源达到充分共享,实现集中、高效、便利的管理和运营,典型的运用场景有以下三个方面。第一,从研发制造一体化的角度拉动研发端基于PLM实现E-BOM(设计物料清单)到M-BOM(制造物料清单)的转化,并直接同步到ERP系统,从而确保从研发到计划,从计划到制造的信息一致化。第二,从供应链制造一体化的角度,促进ERP仓储物流的拉动式配送和供应物流的准时制生产方式(JIT)。同时,要求供应商将基于单个包装的条码打印精确化,优化仓储和上料作业。对需要做单件追溯用的原材料(如模组用PCBA板、线束隔离板等),还可由软件配置管理(SCM)平台直接导入数据,并最终集成到生产大数据平台。第三,从服务制造一体化的角度,促进运营和服务过程基于条码数据的一致化追溯和质量预测。
数字化建设
数字化建设实现了生产全过程质量溯源。
宁德时代重视数据的应用,并把数字化建设独立于系统建设,成立了专门的大数据团队进行数据治理和价值变现工作。
针对动力电池制造过程中海量数据整合成本高、质量差、建模困难等突出问题,宁德时代研究边缘侧多源异构数据采集与融合技术,攻克海量数据环境下半结构化、非结构化数据自动采集技术,重点解决多种信息的泛在感知和互联互通,实现生产现场采集、分析、管理、控制的垂直一体化集成,极大提升极片制造中的混料、涂布工艺、辊压-模切连续过程,以及卷绕、组装、烘烤、注液、化成等离散过程并存的复合工艺流程中的异构数据融合程度,通过在关键工艺环节实现数字化集成来实现动力电池制造的智能化改造。
针对电池制造全过程,宁德时代从来料、设备、工艺及制造环境等多个方面出发,对影响电池产品质量的各类因素进行分析,探究各类因素间的关联性及关联程度。基于分层赋时Petri网等方法,对电池生产过程中各类状态的变迁进行融合建模,实现对各类质量因素的跨工艺、多因素、变尺度分析,构建动力电池生产过程质量数据空间,实现对产品生产全过程的质量溯源。