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★北京亞控科技發(fā)展有限公司

1  背景

當前，碳達峰、碳中和已經成為全球共識，新能源產業(yè)應時代要求快速發(fā)展，發(fā)展勢頭強勁，不斷助力碳減排。得益于新能源汽車的快速發(fā)展，我國動力電池需求和裝機量增長較快，動力電池和儲能電池的高速發(fā)展需要相應的鋰電池上游材料相匹配。經過十多年的發(fā)展，我國已經成為全球鋰離子電池正極材料最主要的生產國之一。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鋰業(yè)分會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，中國正極材料總產量約111.17萬噸，同比增長100.78%，其中三元材料產量為44.05萬噸，同比增加102.62%，磷酸鐵鋰產量45.91萬噸，同比增加188.74%。三元材料和磷酸鐵鋰的占比合計超過80%，且均快速增長。相應的三元前驅體產量超過20,000噸的廠家共有7家，合計產量可達24.9萬噸，占總供應量的63.4%。中國負極材料產量為81.59萬噸，同比增長76%。全球負極材料產量為88.27萬噸，同比增長63%；中國負極材料全球市占率進一步攀升，從85%提升至92%。

2  案例實施與應用

本解決方案適用與鋰電正極、負極、三元前驅體等材料工廠和集團的生產管控，功能包含生產計劃、過程管理、物料調撥、質量管理、設備管理、能源管理等管控功能；并對集團或工廠從集團化、智能化建設進行整體規(guī)劃設計，對集團或工廠內所有信息化系統(tǒng)范圍進行統(tǒng)一規(guī)劃，并確定各系統(tǒng)的業(yè)務管理范圍，規(guī)劃系統(tǒng)接口，建立集團或工廠內部整體信息化系統(tǒng)的對接方案。

圖1 部署架構圖

本次解決方案的支持在集團或工廠部署我們的統(tǒng)一的開發(fā)中心和運維中心，IT/工程師可以在集團進行統(tǒng)一的開發(fā)和運維，將運行節(jié)點部署在各個工廠，各工廠節(jié)點相互獨立，例：A工廠故障或宕機，不會影響B(tài)工廠或其他工廠運行。相關人員也可在集團監(jiān)控各工廠運行情況。

圖2 系統(tǒng)集成架構圖

亞控系統(tǒng)平臺對外提供多種標準的數(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)與其它第三方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接和集成。結合亞控在鋰電材料行業(yè)的信息化建設經驗，主要有以下系統(tǒng)的對接：ERP系統(tǒng)、APS系統(tǒng)、WMS系統(tǒng)、WCS系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、LIMS系統(tǒng)、QMS系統(tǒng)等。

圖3 功能模塊圖

· 計劃管理：計劃是生產執(zhí)行的前提，計劃管理模塊主要用于生產計劃錄入、生產計劃排程、生產計劃下發(fā)。使生產車間能夠按照既定的生產計劃進行生產，便于生產進度把控和生產統(tǒng)計管理。

· 工廠建模：對企業(yè)工廠物理空間、產品工藝、物料、人員進行數(shù)字化建模，支撐系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化管理，其中工藝建模是對產線工藝基礎信息管理，是計劃排產以及生產調度的靜態(tài)數(shù)據(jù)基礎，支持從第三方系統(tǒng)導入。

· 調度管理：生產計劃與生產執(zhí)行的銜接模塊，根據(jù)下發(fā)到車間的生產計劃，進行相關物料的生產調度，調度內容包含原輔料出入庫、制程品出入庫、產成品出入庫等，支持與WMS、WCS等系統(tǒng)對接。

· 倉儲管理：是對物料的出入庫的全面管控和庫存的實時統(tǒng)計。物料管控包括來料管理、成品出入庫管理，倉儲管理與WMS系統(tǒng)同步物料信息，可對倉庫物料進行鎖定/解鎖操作，對倉庫物料實時庫存統(tǒng)計，并可設定物料的安全庫存、安全期。

· 生產管理：生產管理模塊是對車間生產的開工、報工、生產掃碼、工單/批次進度情況的實時監(jiān)控、生產異常的快速響應以及生產數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

· 工藝監(jiān)控：通過工藝監(jiān)控，能夠實時有效地監(jiān)控現(xiàn)場產線、設備的運轉情況，并能夠根據(jù)計劃排產形成的操作步序與設備層DCS系統(tǒng)交互，控制現(xiàn)場設備運行，并進行防呆防錯，有序進行生產。

· 質量管理：能夠有效控制原料、制程品、產出品的質量狀態(tài)，并且能夠準確記錄生產過程中產生的質量數(shù)據(jù)，便于后續(xù)追溯。同時，能夠快速定位到生產過程中的質量問題并做出準確分析。

· 設備管理：對車間生產設備進行全面閉環(huán)管理，包括設備臺賬、設備維修管理、設備周期性保養(yǎng)、設備點巡檢管理、維保知識庫、備品備件管理以及設備狀態(tài)統(tǒng)計、設備故障統(tǒng)計、設備效率統(tǒng)計等。

· 能源管理：能夠實時有效地監(jiān)控廠區(qū)內的能源消耗情況，并根據(jù)存儲的能源歷史數(shù)據(jù)，從多個維度（時間、能耗類型等）進行能耗的分析。

· 系統(tǒng)管理：根據(jù)生產管理部門及職能管理范圍，對人員的基本信息、角色及系統(tǒng)操作權限的劃分進行管理。

3 應用創(chuàng)新性與難點問題

（1）應用創(chuàng)新性

采用的軟件產品層面，從設備數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)邊緣計算處理，以及數(shù)據(jù)應用展示，全部實現(xiàn)國產化。采用亞控科技自主研發(fā)的一整套從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析展示的工業(yè)互聯(lián)網軟件平臺，各個軟件平臺均可通過配置或通過拖拉拽等組態(tài)方式進行系統(tǒng)開發(fā)，同時各層級平臺都有相應的對接第三方系統(tǒng)的接口。

業(yè)務層面，本次解決方案不僅是將上層ERP或APS下發(fā)的業(yè)務執(zhí)行指令，轉化為設備或者機臺可執(zhí)行的生產指令，還將設備進行分解，物料進入設備或工序需要經歷哪些步驟才能流入到下一個設備或工序，形成生產所需的任務隊列，保證物料在生產過程中是按照既定工藝進行生產的，同時在任務隊列里面相應的增加一些品質的管控點，保證生產過程中的產品的穩(wěn)定性和一致性。同時應對物料流轉的業(yè)務場景也是相當?shù)呢S富，例：管道、人工、AGV/RGV，相應的場景均有相應的解決方案。

（2）難點問題及解決思路

鋰電材料行業(yè)的數(shù)據(jù)采集及存儲：由于新能源行業(yè)飛速發(fā)展，所以安全問題再一次被大眾提起，所以汽車廠商不僅需要的是鋰電池生產過程中的數(shù)據(jù)，還需要其上游鋰電材料的生產過程數(shù)據(jù)，用于出現(xiàn)事故時進行分析，所以很多鋰電池廠家都要求鋰電材料廠家的生產過程數(shù)據(jù)不僅要采集也要有一定的存儲年限。因此本次解決方案采用的軟件平臺KingIOServer、KingHistorian完美地解決這個問題。

軟件平臺的自主可維護性和拓展性：由于鋰電材料行業(yè)還屬于新興行業(yè)，所以需求的變動一直是最難解決的問題，現(xiàn)場人員是希望系統(tǒng)可以隨著業(yè)務流程變動，但開發(fā)人員又不想去改，或者更改又需要成本費用。因此，本次項目采用的所有軟件平臺，都會將二次開發(fā)源代碼開發(fā)，用戶可以通過配置、拖拉拽等開發(fā)進行二次開發(fā)和自主維護。

4 效益分析

通過本次項目建設，給用戶創(chuàng)造的價值見表1。

表1

5 案例意義

本項目的實施幫助企業(yè)建立了符合下游鋰電池廠家需求的生產追溯、生產管控、品質把控等功能，協(xié)助企業(yè)提高市場占有率，提升企業(yè)市場反應效率，保證訂單交期，減少客訴率，同時提高企業(yè)生產資源利用率，減少部門協(xié)同所消耗的時間，并且所建設的系統(tǒng)達到了甲方完全可自主維護的程度，大大減少了維護難度和成本。

摘自《自動化博覽》2022年7月刊