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一、項目背景

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，動力電池規(guī)模化制造、高質(zhì)量制造成為制約我國鋰電行業(yè)和電動汽車發(fā)展的瓶頸，影響我國在世界未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)格局中的地位。企業(yè)客戶對鋰電池制造商生產(chǎn)現(xiàn)場管理要求越來越高，多數(shù)客戶明確提出制造商需實施智能信息化系統(tǒng)加強生產(chǎn)現(xiàn)場管理，特別是物料與產(chǎn)品追溯管理。

本項目采用建設(shè)鋰電池智能工廠系統(tǒng)建設(shè)，包括鋰離子動力電池制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，現(xiàn)場生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、以及電池制造智能化決策支持系統(tǒng)，強化鋰電池生產(chǎn)過程管控，提高生產(chǎn)管理效率，實現(xiàn)鋰離子動力電池全生產(chǎn)過程的智能化管理、決策與分析。

二、現(xiàn)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(tǒng)），實現(xiàn)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(xiàn)場之間采用缺乏生產(chǎn)執(zhí)行之間存在“斷層”，導(dǎo)致計劃的執(zhí)行和反饋采用人工方式，準確性、及時性、全面性不足。生產(chǎn)管理過程中信息的搜集、傳遞采用人工方式，分析使用不便，管理過程缺乏透明度和效率。

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

1．及時準確將計劃以及變更信息發(fā)布到制造現(xiàn)場；

2．準確收集過程中的資源、過程以及結(jié)果信息數(shù)據(jù)；

3．監(jiān)控產(chǎn)品的整個作業(yè)流程，給作業(yè)人員足夠的信息指導(dǎo)，實現(xiàn)防呆管理，避免或預(yù)

防問題的發(fā)生；

4．提高產(chǎn)線現(xiàn)場對各種變更的響應(yīng)以及反饋速度；

5．實現(xiàn)對產(chǎn)品、物料的序列、批次追蹤與管理；

6．實時記錄制造過程中的在制、工時、人員、設(shè)備等信息；

7．給管理人員提供對作業(yè)現(xiàn)場進行可視化監(jiān)控管理的工具；

8．給管理人員提供改善制造流程、工藝的各種及時準確的數(shù)據(jù)；

9．歸納/整合/分析過程信息，為高層決策提供全面及時準確的數(shù)據(jù)。

本項目的建設(shè)將建立ERP層和各種生產(chǎn)資源（設(shè)備、人員）之間的“橋梁”，高效組織生產(chǎn)資源，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化管理。

三、建設(shè)目標

通過對生產(chǎn)信息化系統(tǒng)（MES）的整體規(guī)劃、設(shè)計與分步實施和上線，實現(xiàn)鋰電池生產(chǎn)過程先進的實時數(shù)據(jù)控制，企業(yè)各個部門的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)過程、設(shè)備、物料、質(zhì)量和人員的全面管理與控制，為企業(yè)搭建一個可擴展的生產(chǎn)管理信息化平臺，使得生產(chǎn)過程透明化、高效化、柔性化、可追溯化、事中控制、高客戶滿意度、低成本運行。同時，項目以智能化裝備為基礎(chǔ)，數(shù)字化電池生產(chǎn)過程，并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息化技術(shù)，集成基于大數(shù)據(jù)的智能化分析與決策支持算法，實現(xiàn)了鋰電池生產(chǎn)過程的智能化分析和管控。

通過設(shè)置各類終端和過程數(shù)據(jù)采集接口，建設(shè)高速的車間管理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物料信息、人員信息、設(shè)備運行過程數(shù)據(jù)、質(zhì)檢數(shù)據(jù)、制造環(huán)境數(shù)據(jù)的高效、快速采集，將產(chǎn)品制造流程中的“人、機、料、法、環(huán)”信息自動地進行集成和關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)制造指令的下達、制造執(zhí)行過程中管控與制造執(zhí)行進度狀態(tài)反饋的高效協(xié)同。由此加強對生產(chǎn)過程的正向管控與反向問題追溯與定位，不斷優(yōu)化生產(chǎn)管理的組織和協(xié)調(diào)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，增強對市場的響應(yīng)能力。

四、系統(tǒng)概述

本項目根據(jù)實際的制造問題，結(jié)合新一代的信息技術(shù)實現(xiàn)整體系統(tǒng)規(guī)劃，系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計采用力控科技智能工廠工業(yè)軟件平臺及解決方案，實現(xiàn)智能工廠的建設(shè)。

1. 采用力控企業(yè)級實時歷史數(shù)據(jù)庫及管理軟件pSpace實現(xiàn)車間設(shè)備互聯(lián)互通，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換服務(wù)，用于將生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備情況、質(zhì)量檢驗的實時數(shù)據(jù)訂閱及歷史數(shù)據(jù)歸檔，供力控工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺FCloud分析關(guān)鍵環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，解決生產(chǎn)過程中的痛點。

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)車間現(xiàn)場的實時作業(yè)情況，實現(xiàn)移動終端遠程設(shè)備監(jiān)控。

3. 生產(chǎn)執(zhí)行制造MES系統(tǒng)采用力控信息集成門戶平臺FinforWorx搭建業(yè)務(wù)基礎(chǔ)平臺及建模，結(jié)合離散業(yè)MES插件構(gòu)件整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)人機料法環(huán)的全面管理。

力控科技智能工廠工業(yè)軟件平臺及解決方案

五、系統(tǒng)組成

1．鋰電車間設(shè)備數(shù)據(jù)采集

通過對車間設(shè)備改造升級，設(shè)備通信接口實現(xiàn)統(tǒng)一支持工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，采用TCP方式采集數(shù)據(jù)并存儲到數(shù)據(jù)庫pSpace中，數(shù)據(jù)包括工況參數(shù)（溫濕度）、運行參數(shù)（開停機）、工藝參數(shù)等。所涉及的終端設(shè)備及系統(tǒng)包括工業(yè)以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、過程控制系統(tǒng)(PCS)、可編程邏輯控制器(PLC)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)實時數(shù)據(jù)及報警規(guī)則產(chǎn)生關(guān)鍵工藝參數(shù)的報警信息，歷史數(shù)據(jù)歸檔按照5-10年的架構(gòu)設(shè)計，長期歸檔海量歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可視化采用HTMl5的方式呈現(xiàn)到系統(tǒng)中。

車間設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控圖

主要設(shè)備廠家

2．生產(chǎn)執(zhí)行制造MES

本項目整個業(yè)務(wù)流程主要目的是實現(xiàn)電芯、化成、電動汽車車間的生產(chǎn)執(zhí)行制造管理。生產(chǎn)管控從訂單創(chuàng)建到執(zhí)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(shè)計進行相關(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(chǔ)上，建立相關(guān)的看板，實現(xiàn)對倉庫備料作業(yè)的拉動以及對生產(chǎn)班組、生產(chǎn)訂單的作業(yè)監(jiān)控和報警預(yù)警處理。并可以將訂單工序的作業(yè)圖紙與現(xiàn)場報工終端上進行查看。初步形成以派工單為主線的各個分子計劃的報工流程與體系，通過對分子訂單派工與報工的實時監(jiān)控，實現(xiàn)對主計劃的精準派工，減少作業(yè)等待時間。

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(shù)據(jù)維護包含生產(chǎn)主數(shù)據(jù)和產(chǎn)品主數(shù)據(jù)，這些主數(shù)據(jù)既有本地人工維護或工具批量導(dǎo)入，也可以完全通過啟用ERP集成自動傳輸。整個方案除了支持ERP的主數(shù)據(jù)屬性外還添加了制造執(zhí)行屬性和ERP集成屬性，甚至可以根據(jù)不同需求任意定制添加字段。主要包含：

產(chǎn)品定義：與對應(yīng)工藝相關(guān)的分解，半成品零部件各加工過程的完整定義

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

工廠建模：從工廠到工作單元及庫房各層級的建模。

組織架構(gòu)：基于人員班組的模型創(chuàng)建，涉及到對應(yīng)生產(chǎn)加工班次的組成及不同工藝的人員要求。

加工設(shè)備：大型動力設(shè)施、加工工具的建模。

工藝管理：復(fù)雜環(huán)境的適配能力，卷繞設(shè)備的多加工種類：自動卷繞、半自動卷繞工藝建模；

BOM管理：可隨需求調(diào)整對應(yīng)加工工藝路線及產(chǎn)品Bom，適應(yīng)各類現(xiàn)場的需求變動；

批量處理：批量導(dǎo)入工藝文件、工藝指導(dǎo)書。

電芯、PACK多型號多品種的產(chǎn)品建模

工藝路線定義

(2) 計劃管理

實現(xiàn)按訂單驅(qū)動的主生產(chǎn)計劃，通過物料需求計劃引擎自動生成采購計劃、備料計劃、自制制令計劃縮短計劃編制時間，檢查齊套性。

車間通過MES平臺自動接收上級分解出的生產(chǎn)任務(wù)，根據(jù)生產(chǎn)模型和生產(chǎn)資源進行有限能力排程，分解成各個生產(chǎn)線、工作中心生產(chǎn)指令、用料需求，實現(xiàn)精準投產(chǎn)。

(3) 物料管理

通過物料管理模塊實現(xiàn)物料在系統(tǒng)間的傳遞，倉庫根據(jù)領(lǐng)料計劃，按需發(fā)料給車間，車間在工序上投料消耗，主要包含物料主數(shù)據(jù)：與SAP集成物料的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理；庫存管理：原材料領(lǐng)發(fā)料、成品出入庫、盤點、統(tǒng)計等標準庫存管理功能；物料拉動：實現(xiàn)基于現(xiàn)場物料狀態(tài)自動觸發(fā)或手工觸發(fā)生成需求來拉動物料配送；物料配送、簽收：實現(xiàn)對車間物料配送簽收的電子化管理；物料狀態(tài)跟蹤：實時動態(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(diào)度管理

車間作業(yè)按照批次管理，生產(chǎn)按照在制品批號實現(xiàn)工序間的物料流轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程中提交各工序?qū)?yīng)批次的生產(chǎn)記錄、在制品批次流轉(zhuǎn)記錄、生產(chǎn)報工數(shù)量、報廢不良原因。通過條碼 、電子標簽、PDA等技術(shù)手段實時準確的采集作業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，包括人、機、料、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)生產(chǎn)的透明化管理。建立生產(chǎn)異常報警和異常快速響應(yīng)的機制，確保生產(chǎn)正常、連續(xù)運行，提高生產(chǎn)運作效率。

生產(chǎn)作業(yè)查詢

作業(yè)終端

(5) 質(zhì)量管理

通過質(zhì)量管理建模可構(gòu)建不同產(chǎn)品及工藝要求的檢驗?zāi)Ｐ汀Ｙ|(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(jié)點設(shè)定必檢流程。檢驗數(shù)據(jù)提取按照多次采樣組方式，定義對應(yīng)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

質(zhì)檢數(shù)據(jù)錄入

SPC質(zhì)量分析

(6) 設(shè)備管理

通過設(shè)備管理的標準化，加強設(shè)備檢修和維護，減少無效停機或者設(shè)備故障對生產(chǎn)的影響提升設(shè)備綜合效率。主要包括設(shè)備運維：完成對設(shè)備運維全生命周期的管理，包括設(shè)備臺帳檔案、設(shè)備保養(yǎng)計劃、維護、維修、改造、報廢以及備品備件的管理；設(shè)備監(jiān)控：通過最新的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和數(shù)控采集技術(shù)對設(shè)備的運作狀態(tài)、參數(shù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)控；設(shè)備分析：分析設(shè)備的完好率、故障率、利用率等指標，全面了解現(xiàn)有設(shè)備的性能。

(7) 看板管理

通過看板管理實現(xiàn)實時查詢訂單在制品的生產(chǎn)進度，各個作業(yè)崗位的作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)負荷、設(shè)備狀態(tài)等信息。主要包含生產(chǎn)計劃看板：實時動態(tài)跟蹤生產(chǎn)計劃的執(zhí)行情況，反饋產(chǎn)品產(chǎn)線運轉(zhuǎn)情況；工位看板：監(jiān)控各工作單元的生產(chǎn)情況，人員出勤、實際投產(chǎn)及加工狀況，設(shè)備及物料的異常情況；設(shè)備工況監(jiān)控看板：反饋設(shè)備運行狀況和異常情況。

(8) 生產(chǎn)追溯

通過生成產(chǎn)品追溯表，對生產(chǎn)批次在生產(chǎn)過程中的人、機、料、法、環(huán)、測進行全面的追溯，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。

(9) 生產(chǎn)統(tǒng)計與分析

根據(jù)條件統(tǒng)計各個班組的作業(yè)完成情況，查詢現(xiàn)場作業(yè)人員的作業(yè)數(shù)量以及工時信息統(tǒng)計分析，根據(jù)條件查詢所有在制品的整體運行情況，并對各車間基于產(chǎn)量、不良、班組作業(yè)能力進行統(tǒng)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(shù)據(jù)的行業(yè)應(yīng)用

由于在電容分選過程中電芯化成各容段分類工作較為繁瑣，人工的分選方式往往耗費大量的工時，不同容段的監(jiān)測鑒別難度較大，無法實時性的監(jiān)測電芯電容等情況。需要采用大數(shù)據(jù)方式優(yōu)化工藝，從而實現(xiàn)根據(jù)采集的歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練分選模型，實時采集過程數(shù)據(jù)診斷電池容量情況，預(yù)測模型發(fā)現(xiàn)不良情況及時反饋，將異同類的電芯快速甄別提高分選效率等目標。

電容波動統(tǒng)計

大數(shù)據(jù)管理平臺

電容分選診斷

電芯產(chǎn)量分析

六、項目應(yīng)用總結(jié)

系統(tǒng)實施后幫助企業(yè)理順了車間生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，強化了車間生產(chǎn)管理過程，確保了質(zhì)量控制的管理要求。能夠根據(jù)客戶要求完成追溯管理、產(chǎn)線防錯防呆的功能實施，滿足客戶審核要求，在此基礎(chǔ)上滿足了各事業(yè)部對生產(chǎn)管理的需求。

系統(tǒng)主要完成功能：

1．完成鋰電池車間總體設(shè)計；

2．構(gòu)建車間互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與信息模型；

3．在數(shù)字化環(huán)境下對產(chǎn)品的工藝進行規(guī)劃，實現(xiàn)工藝流程布局及數(shù)字化建模；

4．通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和業(yè)務(wù)終端采集系統(tǒng)，實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集，

5．通過圖形組態(tài)開發(fā)工具及相應(yīng)的web可視化組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化；

6．開發(fā)各類標準接口，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理軟件信息集成；

7．通過開發(fā)數(shù)據(jù)交互接口，實現(xiàn)了企業(yè)資源計劃（ERP）系統(tǒng)高效協(xié)同與集成；

8．基于采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺，采用科學(xué)的分析方法實現(xiàn)分析與優(yōu)化。

通過整個系統(tǒng)的深入應(yīng)用使得工廠管理標準化、透明化、可視化，精準掌控整個生產(chǎn)過程，為企業(yè)決策提供依據(jù)。從而提升企業(yè)管理水平，增強企業(yè)市場競爭力，提升企業(yè)形象。