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如何打造动力电池数字工厂

日期:2019-12-16    来源:高工锂电技术与应用

国际新能源网

2019
12/16
10:19
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关键词: 动力电池产业 自动化工厂 新能源汽车市场

   动力电池制造数字化,本质上是利用互联网,将制造过程的信息数据,转换成一串代码,进行数字化管理。然后通过验证、仿真、调试、系统搭建,把真实生产虚拟化,再映射到现实,完成数字化全流程生产。
  通俗一点理解,就是把现实世界搬到网络中虚拟运行,然后按照仿真结果来指导生产。
  像盖房子一样,提前输入全部参数并建立模型,计算最佳方案并建设。同时,软件能实时反馈调整,让所有数据按最初模型几乎一分不差运行。
  从执行层面上看,动力电池制造数字化主要分三个部分,包括生产规划、设备运行和具体性能。
  生产规划上,主要用Plant Simulation等软件,在虚拟平台上进行真实生产映射。然后根据映射,去设计验证,进而实际生产满足产能规划。例如视频1所示,叠片设备节拍仿真,能真实映射实际过程。
  设备运行方面,用MCD等提前模拟核心物理动作,包括相关设计和电气联动,能全部模拟出来。还可以远程虚拟调试,让软件和硬件交融,完整显示真实机器运转状况。
  具体性能验证,西门子用的是UG-NX仿真。利用有限元原理,通过一系列真实参数设定和网格划分,测算产品性能和最优结构设计方案等。
  整体而言,动力电池制造数字化是将产品设计、生产和生命周期管理、工厂运营规划结合起来。通过数学建模,进行模拟,实现数字和现实交融。
  动力电池制造数字化牵涉的实际应用难点很多,主要分三个方面。
  第一是数据采集难度大。将产品信息通过传感器采集,然后转变成有价值的数据。这中间牵扯到数据的精度,真实性,有效性。一旦数据出现差错,结果自然不准,不但起不到指导现实,还会误导。
  第二是硬件兼容。不同元器件,不同设备的数据录入和信息交换方式不同。企业采购各家供应商的硬件不兼容,会造成数据交换不稳定和易产生错误,进而导致仿真时结果不准。
  第三是数据有效利用。即便数据真实,但不同的仿真模型和参数输入,得出结果也千差万别,无法落实到实际生产。
  在动力电池制造数字化投入上,主要分三个方面。
  首先需要采购一整套系统软件,完成和企业自身用的PLM、MES、ERP系统对接。光全部软件费用,可能至少要一二百万起步。
  其次是培训成本支出。动力电池工业数字化软件培训,需要管理层、工程师、采购员、普通工人等全部参加。不但使用软件要转换,还有从业思维模式也要变更。
  最后是体系架构变革成本。动力电池工业数字化,管理体系要跟西方的数字化工厂模式接轨。例如产品质量管理体系,需要跟欧洲的标准看齐。
  不过在效益产出方面,也会非常大。第一节省成本,由于自动化程度普及和软件仿真应用,动力电池数字化生产,几乎不需要人工就行。
  第二提升产品生产效率。数字化工厂能充分利用设备等资源,提前防范和控制错误风险,以最小产出获得最大生产效率。
  第三,产品良率和一致性等品质提升。通过精细化数据管理,产品在生产过程中受损缩减。设备等投入只需一次性,产品的性价比得到大幅提升。
  有业内人士反馈,动力电池制造数字化是大势所趋。要想建好,最好是一开始就按数字化建设,自动化程度高,这样方便数据收集和交换反馈。同时电池工艺要稳定,不要经常变动。
  不过在投入产出比、技术、管理等方面还需慎重考虑,不要盲目推进,原因主要是数据信息转换不精确和管理流程跟不上。
  利元亨研究院院长杜义贤博士曾向高工锂电表示,动力电池制造数字化可实现移动端与设备实体运作同步。管理者能随时随地了解设备实时运行和生产数据,同时能预测未来的生产数据和可能出现的产线故障,提前制定计划和对策。
  关于动力电池制造数字化,利元亨理解是以MES为核心,对工厂内的制造资源、计划、流程等进行管控;工厂与产品设计层有紧密关联,是设计意图的物化环节;通过系统集成,数字化工厂还与企业层和设备控制层实时交换数据,形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环。
  逸飞激光技术总监冉昌林认为,动力电池制造数字化在消除浪费、降低成本、改善交期、提高品质等方面将实现重大提升,使产品制造做到尽善尽美。
  总之,动力电池工业数字化推进,要看投入产出比,要根据实际情况而定。从当前动力电池产业入冬,“降本增效”压力剧增背景看,眼下最重要可能还是动力电池生产工艺和材料体系的革新。
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