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電池智能制造實(shí)現(xiàn)的路徑

數(shù)字化企業(yè) ? 來源:電池制造時(shí)代 ? 作者:陽如坤 ? 2022-12-01 09:57 ? 次閱讀

縱觀中國動(dòng)力電池生產(chǎn)制造發(fā)展歷程,動(dòng)力電池制造技術(shù)已從半自動(dòng)起步逐漸從模仿階段走向大規(guī)模、數(shù)字化、智能化制造階段,并且在制造效率,制造合格率方面不斷提升。

雖然目前國內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展“高歌猛進(jìn)”,但在制造方面還存在一些痛點(diǎn)問題,從全球價(jià)值鏈上來看,產(chǎn)業(yè)核心競爭力仍然不強(qiáng),一方面我國已經(jīng)不能延續(xù)21世紀(jì)初期依靠人口紅利的發(fā)展模式,即廉價(jià)勞動(dòng)力消失。另一方面,產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化、智能化程度相較于發(fā)達(dá)國家還較低,表現(xiàn)為電池制造的合格率、材料利用率、產(chǎn)能利用率較低,無法滿足高速增長的新能源汽車市場對動(dòng)力電池產(chǎn)能尤其是高端產(chǎn)能的迫切需求。

在此背景下,我國政府也提出要實(shí)現(xiàn)智能制造,在“十三五”、“十四五”期間連續(xù)編制智能制造發(fā)展規(guī)劃,促進(jìn)制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型,向制造強(qiáng)國邁進(jìn)。

智能制造是動(dòng)力電池生產(chǎn)的趨勢,要在高度自動(dòng)化的基礎(chǔ)上全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化,以期實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池制造“高精度、高速度、高可靠性”的發(fā)展目標(biāo)。

從第一性原理的基礎(chǔ)思路出發(fā),加速智能化改造的主要實(shí)現(xiàn)方向有以下三點(diǎn):

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▲儲(chǔ)能電池智能制造實(shí)現(xiàn)的路徑

01

標(biāo)準(zhǔn)化

目前,《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》(2018版,簡稱指南)已經(jīng)發(fā)布,正如《指南》所講:“智能制造、標(biāo)準(zhǔn)先行”,儲(chǔ)能電池大規(guī)模制造需要采用標(biāo)準(zhǔn)化的手段,需要一系列標(biāo)準(zhǔn)體系的支撐。儲(chǔ)能電池技術(shù)起步較晚,其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用缺少完整標(biāo)準(zhǔn),尤其針對鋰電池行業(yè)裝備的互聯(lián)互通準(zhǔn)則、集成接口、集成功能、集成能力標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)場裝備與系統(tǒng)集成、系統(tǒng)之間集成、系統(tǒng)互操作等集成標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重缺少。面對儲(chǔ)能電池智能制造發(fā)展的新形勢、新機(jī)遇和新挑戰(zhàn),有必要系統(tǒng)梳理現(xiàn)有相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),明確儲(chǔ)能電池制造集成的需求,從基礎(chǔ)共性,關(guān)鍵技術(shù)以及儲(chǔ)能電池行業(yè)應(yīng)用等方面,建立一整套標(biāo)準(zhǔn)體系來支撐儲(chǔ)能電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

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▲智能制造標(biāo)準(zhǔn)框架體系結(jié)構(gòu)圖(2018版)

?首先要實(shí)現(xiàn)電池尺寸規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化,目前國內(nèi)80多家儲(chǔ)能電池企業(yè)有150多種電池規(guī)格型號,意味著需要有150多種不同的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線,這嚴(yán)重限制了儲(chǔ)能電池大規(guī)模制造能力的提升。借鑒目前應(yīng)該總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)及給我們產(chǎn)業(yè)造成的損失,盡快制定出儲(chǔ)能電池尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn),需要將電池規(guī)格型號限制在10種左右。

?其次要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化,需要建立儲(chǔ)能電池領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù),是儲(chǔ)能電池設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用的基礎(chǔ)。科技部國家科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程的《元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化原則與方法》中規(guī)定了領(lǐng)域元數(shù)據(jù)制定時(shí)的選取原則,可以參照此原則制定儲(chǔ)能電池領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

?最后要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池制造標(biāo)準(zhǔn)化,儲(chǔ)能電池制造過程復(fù)雜,工藝流程長,產(chǎn)線生產(chǎn)設(shè)備眾多,而且同一條產(chǎn)線的生產(chǎn)設(shè)備往往來自于不同的設(shè)備廠家,采用不同的通訊接口和通訊協(xié)議,設(shè)備之間缺乏互聯(lián)互通互操作的基礎(chǔ)。需要建立電池制造過程數(shù)據(jù)字典標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一設(shè)備模型,制定設(shè)備通訊接口規(guī)范,進(jìn)行數(shù)據(jù)治理,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線設(shè)備和企業(yè)信息化系統(tǒng)集成,實(shí)現(xiàn)OT與IT深度融合,利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)、外部信息集成,優(yōu)化電池制造資源配置及過程管控。

02

模型化

數(shù)學(xué)模型是智能化的基礎(chǔ),是把制造工廠、物料、機(jī)器、過程轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別、優(yōu)化、提升的基本手段。儲(chǔ)能電池制造需要建立包括電池模型、工廠模型、設(shè)備模型、工藝模型、以及質(zhì)量模型等。

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▲儲(chǔ)能電池制造模型體系

模型化是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的基礎(chǔ),模型需要能準(zhǔn)確完整描述對象的真實(shí)屬性,同時(shí),模型的建立是一個(gè)不斷調(diào)整優(yōu)化的過程。模型化和數(shù)字化是一個(gè)互相促進(jìn)的過程,有理論模型的過程和物理量可以現(xiàn)有模型將模型數(shù)字化;沒有模型或難以用準(zhǔn)確理論模型描述的物理量或過程可以先采集數(shù)據(jù),通過數(shù)字分析,建立數(shù)字化模型,這可以很好的解決制造過程算數(shù)和質(zhì)量優(yōu)化問題,這也數(shù)字化、智能化給制造業(yè)帶來的紅利。

03

數(shù)字化

儲(chǔ)能電池行業(yè)需要建立數(shù)字化研制體系,包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造及數(shù)字化應(yīng)用等方面。如下圖為儲(chǔ)能電池?cái)?shù)字化研制體系。

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▲儲(chǔ)能電池?cái)?shù)字化研制體系

?數(shù)字化設(shè)計(jì):電池設(shè)計(jì)包括材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)等。電池設(shè)計(jì)過程需要應(yīng)用專業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具,需要建立電化學(xué)仿真模型、電池壽命模型等。

?數(shù)字化制造:包括工藝規(guī)劃、設(shè)備研制、系統(tǒng)集成等。需要運(yùn)用工廠仿真、過程仿真、虛擬調(diào)試等技術(shù)手段,建立起實(shí)際生產(chǎn)過程與虛擬生產(chǎn)過程的數(shù)字化雙胞胎映射系統(tǒng)。設(shè)計(jì)人員利用軟件提供的仿真環(huán)境,對產(chǎn)品及生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)及優(yōu)化,以加快產(chǎn)品從構(gòu)思到投產(chǎn)的周期,減少失誤,降低成本。

?數(shù)字化應(yīng)用:包括電池質(zhì)量閉環(huán)控制,電池追溯系統(tǒng)的建立,產(chǎn)品大數(shù)據(jù)分析等。數(shù)字化應(yīng)用需要建立電池設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量追溯及梯次利用等全生命周期數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺(tái)。

通過電池?cái)?shù)字化設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用全流程系統(tǒng)的建立,可以實(shí)現(xiàn)電池高效設(shè)計(jì)、高質(zhì)量、低成本制造及可靠的安全管控。

04

展望

智能制造是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程,核心是用數(shù)據(jù)解決制造中質(zhì)量、效率和安全問題,為產(chǎn)業(yè)帶來更大的價(jià)值,實(shí)現(xiàn)智能制造道阻且長,然行則將至,相信在未來的發(fā)展中,電池裝備產(chǎn)業(yè)一定會(huì)涌現(xiàn)出越來越多創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的智能制造企業(yè)!

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原文標(biāo)題:電池智能制造實(shí)現(xiàn)的路徑!

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