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鋰電行業MES解決方案

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制造執行系統( MES)在鋰電生產行業的應用

 
描 述:

新能源汽車是國家“十三五”重點發展的領域,日前工信部已對外透露正在制定停止生產銷售傳統能源汽車的時間表。而各大汽車制造廠商紛紛轉型投資上馬新能源汽車生產線。以銀隆為例,在不到一年的時間內,將投資800億分別在成都、天津、南京、珠海金灣、洛陽、蘭州等地建設11個產業園基地,分別建設新能源汽車生產線和對應的鋰電池生產線。

鋰離子動力電池(下文簡稱鋰電池)作為新能源汽車上核心部件其品質、可靠性以及安全性直接關系到我國新能源汽車的發展。雖然目前鋰電池生產線經過多年發展其生產自動化水平有顯著提高,但生產信息化水平不高,生產過程的管理水平還相對落后。而由于鋰元素本身的活潑性,對生產工藝的要求極為苛刻,稍有不慎,極有可能帶來極大的安全隱患。因此,國家不斷加大對鋰電池生產智能制造方面的投入。例如,在2017年國家批準的98個智能制造示范項目中,與鋰電池生產線相關的就高達7個。

鋰電池生產線MES系統的特點 

由于鋰動力電池生產周期相對較長,生產設備較多,而且不同生產段的設備能力估算復雜,生產的不均衡、生產信息的無法共享、產品質量數據無法往前和往后追溯給現場管理帶來巨大困難,企業迫切需要采取詳細準確的計劃排產、作業調度、生產跟蹤、現場半成品庫存管理、物料管理等措施。因此,為了提升各個生產段的現場管理水平和鋰電池質量和性能,將制造執行系統( MES) 技術應用到電池生產企業的生產過程的管理中,解決其實際生產中存在的問題,將會極大提高電池生產企業生產水平。

鋰電池生產涉及的設備眾多、工藝復雜,既有高度自動化的生產設備、物流線,也有大量的人工參與的上下料、人工檢測等操作。其主要生產工藝如下:

圖1 鋰電池生產工藝流程圖

鋰電池生產以入殼工序節點劃分,可分為前段和后段。前段主要是正負極材料的生產,涂片及斷切,具有標準的流程制造特點。MES系統在這一段的管制是以批次管制的方式。后段主要是注液、熱封、化成、分容等工序,又具有離散制造的特點。在生產過程中,具有多道檢測工序,系統需要根據檢測結果執行不同的工藝操作。此外,電池生產往往具有多道生產線,各生產線間還可以通過物流線相互調配。這些復雜性都對其MES系統帶來極高的挑戰。

北京金邁斯工業軟件科技有限公司經過對鋰電池生產線和用戶需求深入調研之后,結合施耐德Wonderware MES系統平臺功能,形成了一套完整的鋰電池生產MES系統方案,該技術方案在某知名新能源公司的兩處大型新建鋰電池生產基地得到認可并進行實際開發和應用。

鋰電行業MES系統用戶需求

經過我們對鋰電池生產線相關生產、質量、管理等部門人員了解溝通,鋰電池生產線MES系統用戶需求大致如下:

一、生產過程數據采集和控制

生產過程數據采集包括設備運行信息、物料信息、關鍵工藝參數、過程參數、質量檢驗結果、關鍵操作步驟記錄等信息,傳統方式需要人工記錄這些信息,而且工作量大,還容易出錯,MES系統通過設備集成以及提供的終端等對這些信息自動收集和完整記錄。

MES系統作為整線生產執行的指揮大腦,將采集到的各工序相關信息進行分析整理,將各工序需要的信息適時傳遞到各工序生產設備,從而實現整個生產過程的跟蹤與管理。

二、生產過程防呆防錯

通過生產過程數據的采集和管理,可根據實際生產自動產生物料條碼、工序間先進先出管控、工序投料防錯、工單自動流轉等,對于投料時未能按照工藝要求正確投料以及投料數量超出工藝允許范圍等操作,能夠及時提醒和糾錯,對于未能按照工藝路線流轉的在制品,可自動阻止其進入下一道工序,極大的提供了生產過程的效率和準確度。從而確保產品按照生產工藝要求和質量規范進行生產。

三、產品生產追溯

動力電池生產作為汽車生產的配件生產企業,必須滿足汽車行業產品可追溯管理的要求。這樣,當產品出現問題時,可根據電池條碼追溯到當時生產時的原料、配方、設備狀態、人員等生產參數,從而有助于分析質量問題產生的原因。同時,也可以根據原料等正向追溯到受影響的電池成品編號,從而便于實現產品召回等操作。

通過數據采集平臺對生產過程的各類數據進行組織和整理,可形成完整的動力電池生產信息。同時可以根據生產過程信息進行質量分析和產品追溯。

生產過程跟蹤采用條碼作為載體,通過生產線上的掃碼裝置,能夠全程有效追蹤各工序原物料投料信息、各作業段產出物料(WIP)質量狀態。

四、設備管理

在鋰電池生產過程中要涉及多種自動化設備,對于具備能夠通過底層平臺實時采集到參數的設備,系統可以對其進行使用效率分析、設備綜合效能OEE,從而了解到設備的運轉狀況。

自動化的鋰電池生產線由多種設備構成,設備的自動化控制系統具備自檢查、自診斷能力。通過MES 系統的實時數據采集,可以獲取設備的實時狀態和相關參數,實現對整個電池生產線的效率,設備綜合效能OEE,設備可靠性、使用效率進行分析。

五、質量管理和統計分析

MES質量管理主要用于針對過程品和成品的質量數據進行采集、記錄,實現對質量狀態的全面跟蹤,及時反映生產現場的產品質量情況,通過對現場產品質量數據的匯總、分析,可實現制造過程的質量監控和質量追溯,并對關鍵質量參數進行統計過程控制,為管理決策提供支持,滿足企業對產品質量的要求。

質量管理包括質量實時監控、報警、質量統計分析、質量檢驗通知與發布和質量追溯。質量實時監控及報警系統采用 SPC 分析工具對關鍵指標分析,找出不滿足質量要求的條件與因素。

質量統計分析是對生產過程中所采集的質量數據、缺陷和問題按照指定條件進行統計、排序,給質量控制提供直接依據和數據來源。在質量統計分析的基礎上進行質量檢驗通知與發布,包括檢驗結果的發布、判定結果的發布和質量報表的發布,是質量控制的依據。根據產品的批次號進行質量追溯,可以追溯到批次產品在各生產工序的質量記錄,對應各生產工序的時間、設備、操作人員,提高產品質量管理的水平。

六、生產統計分析

MES 收集的產品生產過程的數據,為生產統計分析提供了基礎。生產管理人員可為通過生產過程的數據,進行生產計劃的執行情況、設備情況、產品的質量、人員、生產成本等進行統計分析。

綜上所述,通過利用Wonderware MES系統平臺強大的系統集成能力和豐富的MES模塊,我們實現了鋰電池生產現場數據實時采集及可靠傳輸、生產質量實時檢測與控制及產品制造過程信息的全面集成與融合等功能,實現制造過程的可視化和可控化,為數字化企業奠定堅實的數據與信息基礎,實現產品制造數據的雙向追溯能力,為精益、敏捷生產提供保障,進而為鋰電電池產業的制造能力和綜合競爭能力的進一步提升提供強有力的支撐。



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