宁德时代智能工厂实践与立异

宁德时期新能源科技株式会社（以下简称“宁德时期”）是环球领先的锂离子电池研发制造公司，总部位于中国福建省宁德市。
宁德时期深耕海内，在福建宁德、江苏溧阳、青海西宁、四川宜宾和广东肇庆等地布局了电池生产制造基地。
同时，宁德时期积极拓展外洋，首个外洋工厂落户于德国图林根州埃尔福特，同时在德国慕尼黑、法国巴黎、日本横滨、美国底特律等地设有子公司。

锂电池虽然是目前动力电池的主流产品，但是，锂电池生产是范例的离散型制造业，个中电池制造的前工序膜卷制造有部分流程行业的特点，除此之外的电池制造、装置、模组封装都是范例的离散制造。
因其行业产品本身的特点，如产品工艺繁芜、制造流程长、管控点多、数据量巨大、对检测手段多样化的需求强烈、海量数据的代价没有被完备挖掘并发挥等，都是锂电池企业面临的紧张问题。
对高性能锂电池，可能还面临着同等性差、生产效率低等困境，生产制造能力仍无法知足巨大的市场需求。
面临这些问题，宁德时期在智能工厂的培植上不断进行其实践与创新。

为知足生产制造能力和可持续发展须要，作为动力电池龙头企业，从2011年景长至今，宁德时期智能制造计策完成了迈向智能制造三个阶段的升级跃迁，即“自动化”阶段、“自动化+系统化”阶段和“数字化+智能化”阶段。

宁德时期履行智能制造的终极目的是探索通过产品、设备和信息化的高度结合，合理优化企业内部生产组织和管理流程，实现符合自身实际的企业可持续发展路径与方法。

智能制造的总体技能路线分为三个部分。

第一部分，在研发设计方面，采取数字化三维设计、仿照仿真技能进行产品设计，并且导入PLM系统进行全生命周期的数据管理。

第二部分，在生产线智能化方面，针对设备开拓和生产线培植，坚持关键技能国产化的路线，导入三维仿真、在线检测、智能化物流等技能，推动生产线的智能化水平。

第三部分，在信息化架构方面，通过制订标准化的设备导入规范，建立互联互通的工业网络，建立覆盖全生产要素的制造实行系统，实现全生产过程的数据采集、信息追溯、状态检测和防呆掌握，确保生产过程的本钱节约、安全可控、精益高效和质量同等。
在此根本上，通过集成研发、设计、供应链和售后做事系统，驱动全代价链的集成和优化。

工厂的自动化培植，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全体制作过程提出了高同等性标准，也哀求每一道工序的设备都具备高精度和稳定性。

关键技能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、装置段物流线、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。

宁德时期研发了高速双面多层挤压式涂布机，该装备采取放卷及裁切机构、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构造。
同时，公司开拓了相应的以太网总线运动掌握系统，能够自动驱动各功能部件折衷动作，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。
该装备技能性能达到国际领先水平，冲破了国外垄断，可本土化替代。

通过采取自主研发及与互助伙伴联合研发相结合的办法，宁德时期不断提升生产线自动化率，将履历、工艺沉淀到自动扮装备和系统中，把非常成分降到最低，铸就同等性极高的产品。

利用系统化培植，宁德时期实现了高效的企业运作和全流程信息化管理。

对智能工厂的培植，宁德时期制订了清晰的信息系统计策方案，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匆匆使CATL保持竞争上风并实现计策目标。

第二，通过业务流程创新和信息技能创新来提高市场、发卖、研发、运营和售后的效率。

第三，通过为员工供应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网络和剖析，供应及时的、有预见性的做事以超越客户期望。
宁德时期在制造信息系统方面，打造了多个层面的集成和协同。

系统化培植的履行详细包括以下几个方面。

一是物联网终端采集掌握层，实现根本数据采集准确完全。
宁德时期针对锂电池行业制造系统繁芜、设备数量大、数据通信短缺规范标准、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能，开拓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能，打造了锂电流数据总线，办理了海量生产数据高速、并发传输问题，知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。

二是制造与物流实行掌握层，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。
个中隐含的根本是构建在全体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代价链。
这因此ERP为核心打造的，面向从需求、设计，一贯到发卖、做事的全代价链要素的集成。
企业运营管理协作层是制造与物流实行掌握层面向全体企业代价链的延展，是在全体代价链上建立以质量、效率、本钱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。
采取CAX软件进行产品的虚拟设计、仿照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，冲破了“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，范例的利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轫基于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，从而确保从研发到操持，从操持到制造的信息同等化。
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定时制生产办法（JIT）。
同时，哀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。
对须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，并终极集成莅临盆大数据平台。
第三，从做事制造一体化的角度，促进运营和做事过程基于条码数据的同等化追溯和质量预测。

数字化培植实现了生产全过程质量溯源。

宁德时期重视数据的运用，并把数字化培植独立于系统培植，成立了专门的大数据团队进行数据管理和代价变现事情。

针对动力电池制造过程中海量数据整合本钱高、质量差、建模困难等突出问题，宁德时期研究边缘侧多源异构数据采集与领悟技能，占领海量数据环境下半构造化、非构造化数据自动采集技能，重点办理多种信息的泛在感知和互联互通，实现生产现场采集、剖析、管理、掌握的垂直一体化集成，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领悟程度，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，宁德时期从来料、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种成分进行剖析，探究各种成分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种状态的变迁进行领悟建模，实现对各种质量成分的跨工艺、多成分、变尺度剖析，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。

智能化培植使技能代价实现最大化。

宁德时期的智能化培植立足现场实际需求，环绕智能物流、数字孪生、大数据、人工智能、APS高等排产、机器学习、5G技能等的实际运用展开培植，并基于大量网络技能运用，对信息安全系统培植的关注度也同步提升至最高水平。
详细包括以下几个方面。

一是数字孪生技能实现全局产品设计与仿真。

宁德时期基于三维模型的产品设计与仿真，建立产品数据管理（PDM）系统。
PDM系统集成CAX软件等设计工具，由各模块设计工程师同步在线进行产品的三维设计事情。
从观点设计到详细设计，PDM系统完全地保留了开拓过程中的所有三维模型，在统一的数字设计环境内，仿真工程师借助CAE软件对三维模型虚拟样机进行仿照验证，求解最优设计方案。
基于三维模型驱动天生的物料清单（BOM）和技能文件自动同步到ERP/MES系统，支持产品生产。
PDM系统构建了研发协同管理平台，基于三维模型的产品设计和仿真，减少了产品开拓过程中对物理样机的需求，从而缩短研发周期，降落研发本钱，担保产品质量。

二是智能化物流管理提升生产效率。

工厂生产线的效率在很大程度上受物流系统智能化程度的制约。
宁德时期根据锂电池生产的特点，利用AGV、机器人、立体仓库、RFID等智能化技能，提高了物流系统的自动化、信息化、智能化水平，有效提高了生产线效率。
在全体物流体系中，形成了极片车间立体仓库、装置段物流线、烘烤炉段智能物流线、原材料仓的智能立库，及成品仓库的智能立库等特色运用。

三是基于物联网进行远程监测。

产品发卖出库并不代表发卖的闭幕，产品的运营和做事从代价链的角度来看，即是产品代价的延伸，这离不开数据和流程的支撑。
对新能源运用而言，不论是新能源汽车，还是储能电站，都存在运营状态监控及持续运维的问题。
与之对应，就延展出远程运维监控大数据平台。

通过在制造过程中植入针对电池系统（新能源汽车和储能电站）的T-BOX终端，可以直吸网络BMS（电池管理系统）采集到的关于电池系统的售后运行状态数据，在达到特定阈值或条件时直打仗发对应的非常报警，并建立基于已知模型对电池系统的预测性掩护（PDMS）。
同时，也打通了制造过程和售落后程的大数据对接。

四是借力大数据和人工智能技能实现创新。

无论是产品维度的MES系统，还是设备举动步伐和工装夹具、仪器仪表维度的TPM系统，都面临着大量数据的快速采集和存储问题。
例如，MES存在大量的非构造化数据（如工件的照片），在线系统存在在线数据容量的限定。

宁德时期以MES、TPM和MHR等系统为根本，引入LAMBDA大数据架构，打造出制造系统大数据平台（MDP）。

在各个业务系统（如MES、TPM、MHR等）的数据通过ETL工具集成到制造系统大数据平台后，公司可根据集成的制造系统数据库进行集中式数据剖析和通用数据挖掘功能的开拓。

MDP上，通过引入范例化的人工智能技能框架（如TensorFlow），宁德时期还将其定义为公司的数据洞察和创新平台，并在产品/设备加工参数的关联剖析和优化剖析、基于机器视觉的产品毛病剖析、设备的预测性掩护等领域展开详细和本色化的利用。

同时，宁德时期的智能化培植立足现场实际需求，环绕智能物流、数字孪生、大数据、人工智能、APS高等排产、机器学习、5G技能等的实际运用展开培植，并基于大量网络技能运用，对信息安全系统培植的关注度也同步提升至最高水平。

宁德时期以制造为核心，有效地驱动了研发制造一体化、制造供应链一体化、制造做事一体化，并在实践中得到了验证，取得了研制周期缩短50%、运营本钱低落21%、产品不良率低落75%、资源综合利用率提升24%、生产效率提升56%等良好效果。
同时，宁德时期的智能制造实践，也对国家、社会与行业供应了有代价的参考。

通过智能工厂的实践与创新，宁德时期取得了智能制造干系关键技能的一定打破，实现了工艺设备的网络化自动检测、监控，达到生产过程的可视化；针对各制造工序自主开拓的多项特色工艺及设备，实现了一定的技能领先性，使得动力电池行业数字化车间的自动化程度和生产效率大幅度提高；取得的专利、标准、软件著作权等技能成果，能够有效支撑生产线量产等方面的推广运用，为行业的数字化车间、智能工厂培植做出了积极贡献。

作者丨孙俊杰

编辑丨连晓东

美编丨马利亚