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新能源电池生产数字化升级及其挑战

字体: 放大字体  缩小字体 发布日期:2023-11-20  浏览次数:536
 在新能源电池生产工艺关键环节和供应链作业关键节点引入数字化和智能化技术是大势所趋,但成熟和完善的体系尚未被建立起来,面临的挑战仍然巨大,需要业内仁人志士进一步探索。

新能源电池生产数字化升级及其挑战

新能源电池生产企业,通过在生产线关键工艺环节和供应链作业关键节点引入数字化、智能化技术,实现电池生产和物流作业自动化和智能化程度的提升,不仅改善了劳动条件、减轻了操作人员的劳动强度,也使生产效率和产品质量得到提高。这无疑是新能源电池生产的未来发展方向,但同时也面对着诸多技术挑战。

智能物流技术助力新能源发展

近些年来,我国新能源汽车产业实现快速发展,其中新能源电池生产制造是产业发展的关键核心技术之一。最初的新能源电池生产与装配,很多环节都需要人工作业完成,工人的劳动强度大,工作效率低。并且,因新能源电池生产涉及有害物质原料,工人的身体健康也会遭遇一定威胁。如电池极卷的生产环节,需要把粉料进行搅拌,然后涂布、冷压、预分切、模切、分条、卷绕,最后装配成电芯。如果这些生产环节通过人工完成作业,则难以避免粉料对人的身体健康产生影响。为此,生产厂家专门设计了自动上料装置,使人工作业的种种问题得到规避。

此外,在新能源电池生产和装配的整个系统中,有多个环节需要应用到最新的物流技术,如工位输送环节。工位输送是整条生产线的重要组成部分,其设计结构直接影响着电池包装配的可行性、产品质量和生产节拍。针对工位输送的精准性及灵活性要求,有通过辊筒输送线实现传输的,也有通过AGV进行搬运传输的。有些生产线采用多工位输送,主要是借助积放式辊道来实现:在模组线辊道上,安装有读写头、检测开关、止回装置和挡料装置等,输送物料时可依据装配时各工位之间的需求,调节辊道的运动状况,从而满足电池装配各工位的要求。

值得一提的是,越来越多的机器人设备开始出现在新能源电池生产和物流作业环节。随着机器人价格下降,在生产和物流作业中以机器人代替人工的优势逐渐显现。机器人的应用具有重复定位精度高、可靠性高、生产柔性化等优势,能极大提高生产效率和产品品质。同时,机器人技术与人工智能、自动化、信息化等新技术融合,不仅是实现无人化工厂的前提,也是国内新能源电池等离散制造生产线智能升级的发展趋势。

信息和数字技术无处不在

新能源电池包制造与装配质量直接影响着新能源车辆的性能甚至安全,因此对新能源电池质量的要求非常严格,这使得新能源电池生产、装配和物流作业环节中,越来越依赖信息和数字技术。再加上如今的新能源电池单个生产车间都追求更大的生产能力,就更加需要信息化的生产管理系统作为支持。

据中航锂电武汉公司物流中心部长廖源介绍,如果要通过数字化技术驱动新能源电池供应链的全流程架构,首先需要建立起完善的数字信息管理系统,其中顶层系统就是公司的ERP系统,负责采购订单、销售订单等单据管理,向下传递单据信息指导具体业务执行,同时接收WMS系统执行结果数据进行企业资源管理;中层系统是WMS系统,定位为执行层,负责仓储物流整体过程的控制,向上承接ERP系统单据作为执行依据,向下传递具体执行指令,并接受立库系统执行结果,最终结果数据回馈至ERP系统,起到承上启下的作用;基层系统主要是仓储中心的立库系统,定位为控制层,负责立库内部管理以及硬件设备集成,接收WMS指令并进行具体拣选动作,同时反馈执行结果至WMS系统。

廖源进一步表示,在新能源电池制造的整体系统中,数字化供应链需要串联起材料库、生产车间、半成品库、成品库。如数字化驱动厂内物流,涉及的具体作业环节包括原材料自动化立体库作业环节、结构件自动立体库作业环节、铜箔自动立体库作业环节、半成品立体库作业环节,以及原材料通过AGV、空中输送线、叉车配送等方式运送到车间的环节等等。

出于质量控制的需求,新能源电池在生产过程中需要即时确认诸多信息,主要包括:装配实绩,即产品生产过程汇总原材料追溯信息;过程参数,即产品生产过程中,产品性能相关参数数据;质检信息,即产品生产过程中,质量检验的相关记录与代码;步骤实绩,即产品生产过程中,每一道工序的加工信息;设备参数,即产品生产过程中,设备的设定参数数据;返工信息,即产品出现不良后,经过返工返修的记录。这些都需要数字技术手段才能够得以实现。

对物流装备技术数字化提出新要求

数字技术在新能源电池产业中的大规模应用,使得整体系统对具体的物流技术和设备有了更明确的技术要求。对此,廖源进行了具体介绍:

1.对立库的要求:要有适合数字系统的协议接口。立库出入库时,要求实物到达指定位置时反馈到货信息;空托入库要有统一回库口,且立库要能够识别空托入库,自动申请反馈是空托入库的申请。立库可查询库存信息,并且可把信息同步至系统。立库可管理托盘和产品信息,包括产品状态。立库与系统交互,能够执行按照指定批次出库或执行“先进先出”原则出库。立库还要保留手动出库的功能,以应对异常情况。

2.对AGV的要求:要有适合数字系统的协议接口。AGV调度系统需要有系统管理库位和AGV放置点位关系,AGV需要实现当系统通知配送区域,AGV能自行计算并将物料送至指定点位;AGV可支持对未执行的任务调整优先级,可取消正在执行的任务;AGV需要能够管理搬运载具的信息,便于识别空托和满托;AGV需要有与立库系统直接对接的能力;AGV能够自动识别障碍,出现异常情况时及时报警。

3.对工业机器人的要求:根据新能源电池生产的工艺流程,要进行合理流程和位置布局,以机器人为中心,将叠片机、焊接机及裁切机等布置在机器人的臂展范围内,在其运动区域内应保证无干扰。考虑到日常维护等工作的方便,在布置位置时要综合考虑人的行走空间,并在周围布置基本的围栏防护,防止未经授权人员进入机器人工作区域。这就需要敏捷的监控和信息传输系统,如在安全门位置要设置感应装置,一旦安全门被打开,工业机器人能够立即减速并停止运动或作业,确保人员安全。

数字供应链构建面临的挑战

通过数字技术的加持,构建数字供应链能够给新能源电池产业带来巨大效率提升和实际收益。不过,要完成这样的壮举,仍然面临一系列挑战,具体包括:

首先,在新能源电池生产和装配产业链中,数据量生产巨大,这给数据采集、处理和传输都带来挑战。例如,为了满足电池本身质量控制和生产安全的需求,需要对电池进行全流程追溯。但是新能源电池生产和装配整个流程中有3200个控制点,数据追溯达上万项,不良PPB要控制在十亿分之一以内,实施难度很大。在这个过程中,数据采集量也非常大,一个大型生产基地3个月产生数据计量超100亿条。并且,新能源电池具体生产环节节拍频率快,2秒生产一个电芯,25秒生产一个模组,这就要求数据处理也要十分迅速。

 

其次,要能够集成应用各类数字技术并完成复杂协同。据廖源介绍,由于业务需求增长迅速,国内布局的电池生产基地就超过43个,行业竞争激烈。在这些生产基地中,智能科技都是集成应用的,集成的技术包括图像识别技术、人工智能技术、预测性算法研究、机器学习技术。并且,很多厂商的作业流程都需要跨基地协同,十分复杂。如果从新能源整体产业链角度看,更是需要全球供应链协同物流、物流协同制造、设计协同跨基地制造、跨基地制造协同销售,等等。

 

最后,即便聚焦到生产供应链环节,仍然有很多管理痛点未能完全解决,包括:1.行业没有统一的过程管理标准,标准难以系统性建立和固化流程。2.目前市场上提供的设备自动化能力参差不齐,容易产生多个信息孤岛,缺少与生产系统的及时交互能力,也尚未建立统一的自动化标准。3.现有生产过程数据的准确性、及时性差,无法提供全面、实时、准确的数据供查看和分析。4.目前的产品数据追溯信息易断层,跨工序追溯困难,无法建立全流程追溯链条。5.单件流产品管控数据量大,量产时可达百亿级数据,数据应用要求秒级响应。6.生产过程数据追溯要求高,追溯时限要求不低于10年,数据的存储、应用、归档难以有效管理。

总的来说,在新能源电池生产工艺关键环节和供应链作业关键节点引入数字化和智能化技术是大势所趋,但成熟和完善的体系尚未被建立起来,面临的挑战仍然巨大,需要业内仁人志士进一步探索。相信这样的探索必将给企业带来巨大收益,给整个行业带来巨大价值。

 
 
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