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★上海展灣信息科技有限公司 

1　目標(biāo)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)過程質(zhì)量監(jiān)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，制膜線數(shù)據(jù)龐雜、更新頻繁，工人需 手動抄錄、比對，采集效率低，數(shù)據(jù)誤差大，較難追溯質(zhì)量數(shù) 據(jù)，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(guī)模效應(yīng)、客 戶結(jié)構(gòu)、設(shè)備折舊、產(chǎn)品良率等眾多因素影響，在隔膜價格下 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（以下簡稱展 灣）提出了“面向恩捷鋰電池隔膜車間的數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)過程 質(zhì)量監(jiān)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(yīng)用和SCADA監(jiān)控看板，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)自動采集 和分析及質(zhì)量過程監(jiān)控，覆蓋生產(chǎn)效率管理、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)管理、 工藝履歷管理、生產(chǎn)質(zhì)量管理、環(huán)境監(jiān)測等，數(shù)據(jù)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(tǒng)架構(gòu) 

 該方案系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

 圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖 

（1）設(shè)備層及邊緣層：IoT邊緣計算網(wǎng)關(guān)支持300多種數(shù) 據(jù)采集協(xié)議，能夠?qū)铀谐Ｒ姷闹圃煸O(shè)備。本方案采集恩捷 制膜產(chǎn)線的上料系統(tǒng)、萃取機(jī)、制膜機(jī)、收卷機(jī)、大分切機(jī)、 小分切機(jī)、涂布機(jī)、動力空調(diào)、缺陷儀等重要生產(chǎn)設(shè)備，完成 協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、緩存和邊緣計算。 

（2）平臺層：DAC數(shù)據(jù)分析內(nèi)核實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的匯聚、 存儲、分析和治理。 

（3）應(yīng)用層：iWork綜合業(yè)務(wù)平臺實(shí)時搭建數(shù)據(jù)報表、 SCADA監(jiān)控看板等質(zhì)量管控類的可視化業(yè)務(wù)應(yīng)用，幫助恩捷產(chǎn) 線進(jìn)行設(shè)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(shù)據(jù) 支撐和科學(xué)依據(jù)。

 2.2　硬件平臺 

該方案中硬件采用Diana智能制造一體機(jī)，部署在車間現(xiàn) 場，開箱即用，實(shí)時執(zhí)行邊緣計算，自動采集制膜線、大分 切、小分切、涂布、品質(zhì)、動力等工段頻繁更新的龐雜數(shù)據(jù)， 取代原來效率低下的人工紙質(zhì)抄寫，大幅提升數(shù)據(jù)采集效率 （90%）以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（30%）和實(shí)時性（達(dá)毫秒級）。 

硬件平臺具備如下優(yōu)勢： 

（1）全面場景覆蓋：內(nèi)置300+數(shù)據(jù)采集協(xié)議模板，輕松 對接PLC、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等主流生產(chǎn)設(shè)備。 

（2）強(qiáng)大邊緣計算：實(shí)時判定設(shè)備故障并發(fā)出告警，具 備數(shù)據(jù)清洗、去重和實(shí)時計算等能力。 

（3）適配多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：支持有線網(wǎng)絡(luò)、4G/5G無線網(wǎng) 絡(luò)、串口轉(zhuǎn)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(shè)備數(shù)據(jù)采集復(fù)雜性問題。 

（5）多種數(shù)據(jù)源接入：支持多種數(shù)據(jù)源接入，如IoT設(shè)備 數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)、ETL數(shù)據(jù)等。 

（6）靜默式改造：無需設(shè)備停工，減少對生產(chǎn)的影響， 以毫秒級頻率自動采集工業(yè)設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

 2.3　軟件平臺 

2.3.1　質(zhì)量和效率監(jiān)控類業(yè)務(wù)應(yīng)用 

 （1）生產(chǎn)質(zhì)量管理：根據(jù)工藝數(shù)據(jù)分析生成R圖、正態(tài)分 布圖和CPK判定，與規(guī)格模板進(jìn)行對比，密切監(jiān)控生產(chǎn)質(zhì)量， 直觀展示生產(chǎn)波動，對數(shù)據(jù)異常值變色告警，提升問題響應(yīng) 和處理速度，提升產(chǎn)品良率5%；支持自動記錄、歸檔異常數(shù) 據(jù)，可輸入異常原因及對策，便于進(jìn)行生產(chǎn)復(fù)盤。 

 （2）工藝履歷管理：報表中展示批次號和卷號對應(yīng)時間 的工藝數(shù)據(jù)，通過篩選預(yù)先設(shè)定好的規(guī)格模板，系統(tǒng)將按模板 順序展示每個采集項(xiàng)的數(shù)據(jù)及管控值；通過篩選規(guī)格模板、產(chǎn) 線、型號及更小顆粒度—設(shè)備、生產(chǎn)批號等快速檢索海量設(shè)備 數(shù)據(jù)，提升90%人效，大幅節(jié)省人工數(shù)據(jù)比對時間，同時減少 數(shù)據(jù)誤差。 

（3）生產(chǎn)效率管理：對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行效率維度統(tǒng)計分析 計算，監(jiān)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(shù)；可按照不同產(chǎn)線日或月維度進(jìn)行計算，不同工 廠/同一工廠的多產(chǎn)線/同一產(chǎn)線的多日、單日進(jìn)行對比分析； 實(shí)時管理生產(chǎn)進(jìn)度，提升15%生產(chǎn)效率。 

（4）設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)管理：對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分類（故障、 停機(jī)等），實(shí)時記錄投入卷數(shù)、平均速度、分切時間、換卷時 間等參數(shù)，計算設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、良品數(shù)、OEE等關(guān)鍵指標(biāo)，最大 化提升設(shè)備工作效率，擴(kuò)大車間效益。 

（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(wěn) 將損害成品質(zhì)量。通過統(tǒng)計不同產(chǎn)線、工段的風(fēng)壓點(diǎn)檢數(shù)據(jù)， 實(shí)時監(jiān)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(wěn) 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(jiān)測不同時段車間的溫度和濕度數(shù)據(jù)，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(xì)化管理產(chǎn)品 質(zhì)量，提升良品率。

 （7）歷史數(shù)據(jù)展示：支持查看所有采集數(shù)據(jù)，支持按產(chǎn) 線、設(shè)備、時間段進(jìn)行高效檢索，隨時掌握關(guān)注時期的數(shù)據(jù)變動 情況；支持多個采集項(xiàng)同時對比查看，自動生成統(tǒng)計分析圖表。

 2.3.2　SCADA運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控 

搭建SCADA監(jiān)控看板，實(shí)時監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，輔助業(yè)務(wù)決策。 

（1）車間級：調(diào)用車間級分析模板，對全車間各產(chǎn)線綜合監(jiān)控，涵蓋產(chǎn)線狀態(tài)、運(yùn)行效率分析、產(chǎn)量分析等。 

（2）產(chǎn)線級：采用下鉆式分析邏輯對產(chǎn)線細(xì)節(jié)監(jiān)控，涵蓋產(chǎn)線工段狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控、各工段指標(biāo)分析等。

 2.4　安全措施 

（1）平臺安全：平臺支持集群部署、負(fù)載均衡、7x24小時性能監(jiān)測，具備DDOS攻擊防護(hù)、WAF防火墻等多種安全防 護(hù)能力，保障核心數(shù)據(jù)安全和業(yè)務(wù)穩(wěn)定可用。 

（2）數(shù)據(jù)安全：一體機(jī)對設(shè)備的數(shù)據(jù)采集為單向讀取操 作，防止對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行任何控制操作，保障設(shè)備和控制安 全。一體機(jī)通過身份認(rèn)證后接入，同時遵從標(biāo)準(zhǔn)MQTT/OPC UA協(xié)議架構(gòu)保障數(shù)據(jù)安全傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中斷時將數(shù)據(jù)臨時本 地存儲，網(wǎng)絡(luò)可用時自動將離線數(shù)據(jù)上傳，防止因網(wǎng)絡(luò)抖動引 起的數(shù)據(jù)丟失。 

（3）網(wǎng)絡(luò)安全：生產(chǎn)網(wǎng)和辦公管理網(wǎng)嚴(yán)格劃分網(wǎng)絡(luò)邊 界，并通過防火墻或VLAN進(jìn)行隔離，保障生產(chǎn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)和運(yùn) 行安全。

 3 　代表性及推廣價值 

3.1　應(yīng)用情況及效果 

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

（2）實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動采集和統(tǒng)計分析及質(zhì)量過程監(jiān) 控，管理報表的顆粒度從小時級提高到分鐘級，人效提高90% 以上。 

（3）通過可視化工業(yè)應(yīng)用及SCADA看板提升工藝穩(wěn)定 性，增強(qiáng)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（無錫）成功入選2021年無錫市數(shù)字經(jīng)濟(jì) 優(yōu)秀案例。 

3.2　商業(yè)價值 

鋰電池應(yīng)用廣泛，包括消費(fèi)電子、動力電池以及儲能三個 主要市場，以及一些細(xì)分市場，如電動工具等。2022年，全球 鋰電池市場規(guī)模達(dá)598.7億美元，全球鋰電池隔膜供給達(dá)150億 平方米。

 從全球鋰電池市場來看，恩捷股份及少數(shù)國內(nèi)其他廠商， 憑借技術(shù)積累及產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，已經(jīng)成功進(jìn)入全球主流電池 廠商的供應(yīng)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近80%市場份額的前五家鋰電池生 產(chǎn)企業(yè)：寧德時代、比亞迪、國軒、孚能、力神，以及其他超 過20家的國內(nèi)鋰電池企業(yè)都建立了良好的合作關(guān)系。 

基于上述市場規(guī)模及未來預(yù)期推廣，展灣數(shù)字化方案應(yīng)用 的市場價值預(yù)計可達(dá)500億元。

 3.3　社會價值 

（1）提高工業(yè)數(shù)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)際開發(fā)和應(yīng) 用落地階段。將邊緣計算等新型信息技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平 臺業(yè)務(wù)中，并以此為基礎(chǔ)打造一個便捷、高效、實(shí)用、智能的 質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和分析的應(yīng)用體系，提升設(shè)備數(shù)字化、智能化水 平，為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)工廠從管人到管設(shè)備的飛 躍。 

（2）節(jié)能減排，助力“雙碳” 

通過制作工業(yè)應(yīng)用和SCADA監(jiān)控看板進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集 和分析，提升人效，減少人工紙質(zhì)抄寫，降低紙張使用率，每 年可節(jié)省19200000張紙，相當(dāng)于保護(hù)1425.0624棵樹，減少二 氧化碳排放25651.1232kg，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》