動力電池數(shù)字化車間藍圖

陽如坤

深圳吉陽智能科技有限公司 廣東深圳 518101

動力電池發(fā)展進入制造強盛的新時代

1.動力電池產(chǎn)業(yè)概述

新能源汽車是解決全球環(huán)境污染、能源危機，以及實現(xiàn)資源節(jié)約工業(yè)轉(zhuǎn)型的最佳路徑之一。動力電池作為新能源汽車的“移動心臟”，是實現(xiàn)新能源汽車有序、良性發(fā)展的核心競爭力。近年來，政府大力培育和發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，今后相當長一段時期內(nèi)新能源汽車將保持持續(xù)增長的態(tài)勢，動力電池將迎來難得的發(fā)展機遇。

在中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整后，2017年國內(nèi)新能源汽車行業(yè)逐步從低谷轉(zhuǎn)入正軌，不僅如此，各項指標還創(chuàng)了新高。2017年全年新能源汽車動力電池裝機量為36.3GWh，2018年國內(nèi)新能源汽車銷量突破125.6萬輛，滲透率達到4.4%，直接拉動動力電池配套量超過57.1GWh，同時也產(chǎn)生了名副其實的全球龍頭企業(yè)——“寧德時代”。2019年動力電池企業(yè)產(chǎn)能擴張勢頭持續(xù)增長，尤其是方形電池產(chǎn)能增長比較明顯，一些生產(chǎn)圓柱動力電池的企業(yè)也紛紛布局方形電池產(chǎn)業(yè)。而以生產(chǎn)方形電池為主的企業(yè)，通過調(diào)整電池產(chǎn)品尺寸，研發(fā)大容量的電池產(chǎn)品來加大產(chǎn)能布局。

隨著動力電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，預計2019—2025年全球動力電池需求累計增加628GWh，將形成萬億級的電池市場規(guī)模，國內(nèi)動力電池需求將累計增加250GWh，年復合增長率29%，形成3000億元級的電池市場規(guī)模。全球動力電池的產(chǎn)能需求預測，如圖1和圖2所示。其中，我國動力電池的產(chǎn)能需求預測，如圖3所示。

圖1 按照電池企業(yè)的預計產(chǎn)能

圖2 按照汽車廠的需求預計產(chǎn)能

圖3 中國動力電池的產(chǎn)能需求預測

2.動力電池發(fā)展進入新時代的特點

我國動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與新能源汽車的發(fā)展同步。2018年國內(nèi)新能源汽車銷量突破125.6萬輛，動力電池裝機量超過57.1GWh，國內(nèi)動力電池出貨量占全球的70%左右，這樣大規(guī)模的應用，在全球無出其右。在動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的成長期，生產(chǎn)技術(shù)日漸成熟和穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量逐步提高，市場規(guī)模增大，需求增長迅速。隨著市場需求的進一步增長，目前的制造模式已不能滿足市場需求，未來動力電池制造必須實現(xiàn)大規(guī)模、智能化生產(chǎn)。動力電池的發(fā)展不僅隨著新能源汽車的發(fā)展進入高速成長期，同時進入了依靠制造強盛的新時代。

綜合分析新能源汽車需求和動力電池技術(shù)發(fā)展趨勢，動力電池發(fā)展新時代主要具備以下特點。

（1）復合增長率25%～35% 新能源汽車整體市場前期受政策的影響，銷量增長明顯，隨著政策的逐步明朗，消費需求推動市場增長的動力逐步增強，未來復合增長率將達到25%～35%。預計2025年市場規(guī)模將達到715萬輛，市場占比21.4%，動力電池配套量307GWh。

（2）單線產(chǎn)能擴大到4～6GWh 隨著動力電池產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，過去的1MWh的單條生產(chǎn)線已經(jīng)遠遠不能滿足產(chǎn)業(yè)的需求，單線產(chǎn)能將從2GWh逐步擴大到4～6GWh，這種千倍產(chǎn)能增加，只靠增加設備的數(shù)量已經(jīng)不是最佳制造策略。在這個層面上，需要逐步在卷繞、疊片和組裝的效率上都有大幅度的提升，這是大規(guī)模智能化要解決的問題。目標的達成必須依賴于材料技術(shù)、電池技術(shù)、設備技術(shù)以及智能控制技術(shù)等方面的有效突破，才有可能實現(xiàn)這樣一個目標。另外，隨著智能制造技術(shù)的發(fā)展，動力電池制造更需要采取智能制造模式來提高其制造合格率，提高一致性和制造的安全性。

（3）動力電池制造Cpk從1.33逐步提升到2.0 動力電池制造的Cpk（工序能力指數(shù)）提升迫在眉睫，真正的智能制造不是空中樓閣，而是能夠通過切實可行的方式來提升制造效率、合格率，降低制造成本。其中，制造合格率就是一個關(guān)鍵的考核指標，動力電池的制造合格率，是動力電池企業(yè)生存的關(guān)鍵，不僅關(guān)系到制造企業(yè)的成本，更關(guān)系到動力電池的安全。

傳統(tǒng)汽車要求核心零部件企業(yè)的Cpk值為1.67，而我國大部分動力電池企業(yè)的Cpk都低于1.5。Cpk值反映的是電池的品質(zhì)，直接影響的是電池的安全和成本。從成本角度來講，目前動力電池成本如果按照“1.5元/Wh”的售價計算，年產(chǎn)1GWh的生產(chǎn)線，1%的不合格的價值相當于1500萬元，這對動力電池企業(yè)來說不是一個小數(shù)目。

據(jù)悉，國內(nèi)企業(yè)平均動力電池的制造合格率只有90%～93%，動力電池制造的核心工序大約有20個，每個核心工序的工序能力指數(shù)Cpk在1左右，工序合格率99.73%，電芯的總體制造合格率只有94.7%。動力電池制造核心能力指數(shù)必須達到“Cpk＞1.33”，工序合格率99.99%，電芯的總體制造合格率才能達到99.8%。電池制造的核心工序能力有待提升，動力電池制造Cpk從1.33逐步提升到2.0才是智能制造的未來和方向。

（4）智能制造：數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化 縱觀中國動力電池發(fā)展歷程，從半自動化起步發(fā)展到目前已步入自動化生產(chǎn)階段，不少企業(yè)已實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，不僅單機單工序完全自動化，而且在工序銜接過渡方面也都實現(xiàn)了自動化無人操作，無塵車間以及恒溫恒濕的生產(chǎn)環(huán)境進一步提升了產(chǎn)品的一致性和可靠性。智能制造是動力電池生產(chǎn)方式的下一站，要在高度自動化的基礎(chǔ)上全面實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化以及智能化，以期實現(xiàn)動力電池制造“高精度、高速度、高可靠性”和“模型化、數(shù)字化、智能化”的發(fā)展目標。

動力電池智能制造就是通過應用智能部件關(guān)鍵技術(shù)，對電池制造的漿料制備、極片制備、芯包制備、電芯裝配、干燥注液、化成分容和電池包裝的過程實現(xiàn)“三高三化”應用，建立數(shù)字化鋰電池車間、包括來料數(shù)字化、制造過程互聯(lián)互通互操作，制造質(zhì)量的在線檢測，智能部件、機器人自動化組裝，智能化物流與倉儲，以及信息化生產(chǎn)管理及決策系統(tǒng)實現(xiàn)動力電池制造的智能化生產(chǎn)，以確保動力電池的高安全性、高一致性、高制造效率和低制造成本。

3.新時代的要求

為了使未來動力電池全面滿足車規(guī)級零部件的要求，結(jié)合動力電池的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，對新時代動力電池制造提出了新的要求。

（1）車規(guī)級質(zhì)量要求 對車規(guī)級動力電池電芯的制造質(zhì)量要求滿足Cpk1.67以上，明確規(guī)定裝備的CMK（機器能力指數(shù)）大于2.00，系統(tǒng)的平均無故障時間（MTBF)起步大于2000h，未來達到4000h以上，以期全面提升車規(guī)級動力電池的安全性，使電動汽車自燃事故率降低30%～50%，制造成本至少下降30%。

（2）對標國際企業(yè) 車規(guī)級動力電池制造的質(zhì)量和規(guī)模要全面對標世界動力電池領(lǐng)先企業(yè)，如韓國三星、LG以及日本松下等，同時借鑒德國VDMA動力電池制造裝備發(fā)展路線圖。我們在產(chǎn)業(yè)鏈的完善、全球化合作以及技術(shù)創(chuàng)新等方面，必須不斷對標國際領(lǐng)先企業(yè)的先進經(jīng)驗，才能走上產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定、高速發(fā)展的正確道路。

（3）實現(xiàn)從跟隨發(fā)展到創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展 中國動力電池產(chǎn)業(yè)化的起步始于2009年1月，在科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部發(fā)布“十城千輛節(jié)能與新能源汽車示范推廣應用工程”的政策驅(qū)動下，在動力電池技術(shù)方面，我國從早期的磷酸鐵鋰電池起步，到現(xiàn)在的三元電池成為主流，再到未來的鋰硫、固態(tài)電池、鋰空電池，中國一直與國外同步發(fā)展，并保持產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的良好勢頭。2017年，世界鋰電池市場開創(chuàng)了新的格局，從結(jié)構(gòu)上看中國動力電池占據(jù)了半壁江山，徹底超越日本韓國，奪得世界第一。2018年，我國電動汽車保有量突破300萬輛，電動汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展為政策和市場的雙輪驅(qū)動。隨著電池技術(shù)、制造工藝、制造裝備領(lǐng)先發(fā)展和創(chuàng)新，動力電池的制造安全性、制造效率、制造質(zhì)量的不斷創(chuàng)新超越，中國車規(guī)級動力電池將實現(xiàn)創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展。相信不久的將來，電動汽車會步入全市場化驅(qū)動階段，真正走入普通消費者的生活中。

目前，中國車用動力電池在世界產(chǎn)能最大，占有全球動力電池產(chǎn)能的半壁江山，作為未來移動產(chǎn)業(yè)的“心臟”，其制造裝備的強盛才是動力電池產(chǎn)業(yè)強盛的根本，只有動力電池產(chǎn)業(yè)強盛了，才能實現(xiàn)三個重要的轉(zhuǎn)變，即：由政策驅(qū)動到市場驅(qū)動的轉(zhuǎn)變；由生產(chǎn)產(chǎn)能最大到產(chǎn)能和質(zhì)量全面提升的轉(zhuǎn)變；由產(chǎn)業(yè)跟隨發(fā)展到創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展的轉(zhuǎn)變。只有這樣，中國汽車產(chǎn)業(yè)才能由汽車制造大國邁向汽車制造強國，實現(xiàn)換道超車。

4.動力電池制造面臨的挑戰(zhàn)

我國動力電池發(fā)展以支撐新能源汽車普及應用為總體要求，根據(jù)新能源汽車經(jīng)濟性和使用便利性的要求，以安全性、成本、關(guān)鍵性能（能量密度）作為主要指標，實現(xiàn)現(xiàn)有鋰離子電池的性能升級。近年來，我國在動力電池生產(chǎn)制造技術(shù)及裝備方面有了長足的進步，基本掌握了動力電池制造裝備的部分核心技術(shù)，單機自動化方面取得了良好的進展，但電池制造技術(shù)距離達到國際先進水平，還面臨著質(zhì)量、產(chǎn)能、制造安全性以及制造成本等方面的挑戰(zhàn)。

（1）面臨質(zhì)量的挑戰(zhàn) 按照規(guī)模制造業(yè)發(fā)展的規(guī)律，動力電池制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級階段首先要突破產(chǎn)品質(zhì)量，滿足性能要求，然后降低成本獲得更大的市場空間，最后才是多品種、差異化，滿足不同客戶的定制化需求。目前，電芯的制造還不能完全滿足汽車對動力電池的要求，其制造合格率只有90%～94%，裝在汽車上的電芯只有通過篩選才能勉強在汽車上使用；制造合格率偏低直接導致動力電池成本高，存在安全隱患。按照車規(guī)級動力電池的要求，需要動力電池的制造工程能力Cpk＞ 2.0。另外，我們看到德國制定了VDA 電池規(guī)格標準，規(guī)定了5種方形電池、1種圓柱電池、4種軟包電池，總共10種電池規(guī)格。日本豐田目前只有2種電池規(guī)格，日產(chǎn)AESC只有1種規(guī)格，韓國LG只有3種電池規(guī)格，韓國三星只做了5種尺寸規(guī)格，并且全部按照德國VDA標準。然而中國的電池尺寸規(guī)格，按照GB/T 34013—2017《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》的規(guī)定，有150多種，這么多的規(guī)格，每種規(guī)格的工藝、原材料、裝備都不同，難以實現(xiàn)規(guī)模效益，不利于提升質(zhì)量，這是制約中國動力電池制造業(yè)難以強大的原因之一。我們應該聯(lián)合新能源汽車企業(yè)、電池生產(chǎn)企業(yè)以及電池裝備企業(yè)，集中優(yōu)勢資源，做好幾個拳頭電芯規(guī)格產(chǎn)品，形成競爭力，形成真正的標準規(guī)格，提升動力電池產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）面臨制造安全性的挑戰(zhàn) 動力電池的安全性主要包括三個方面：設計安全性、使用安全性以及制造安全性。設計安全性是在電池材料及結(jié)構(gòu)選擇時考慮的，設計時考慮是安全的，我們所擔心的是設計安全裕度；使用安全性是考慮濫用和環(huán)境條件對電池安全的影響；制造安全性是動力電池安全最重要也是最復雜的問題，主要原因是動力電池制造過程非常復雜，影響因素眾多，給設計安全的極限和使用安全的極限條件帶來困難。據(jù)安全事故分析統(tǒng)計，有60%以上的電池安全事故是由制造過程相關(guān)的因素引起的。動力電池制造安全性影響因素如圖4所示。

圖4 動力電池制造安全性影響因素

（3）面臨制造成本的挑戰(zhàn) 動力電池系統(tǒng)作為新能源汽車中成本占比最高的部件，直接決定了整車的市場定價。目前認為，只有動力電池系統(tǒng)成本水平降至與傳統(tǒng)燃油車發(fā)動機成本相當，純電動汽車才能在財政補貼退出后在終端售價方面具有真正的市場競爭力。

整體上，我國新能源汽車動力電池系統(tǒng)的銷售價格呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，目前為1.2～1.5元/Wh，已經(jīng)基本實現(xiàn)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》要求的到2020年新能源汽車動力電池模塊成本降至1.0元/Wh以下的目標。在補貼即將退出的后補貼時代，新能源汽車需在市場終端售價方面與傳統(tǒng)燃油汽車形成等量競爭，因此動力電池系統(tǒng)要達到內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)的成本水平，價格應在0.6～0.7元/Wh。目前，國外的動力電池系統(tǒng)成本同樣下降很快，在2020年理想狀態(tài)下可能達到100歐元/kWh，因此中國動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展道路并不輕松，競爭態(tài)勢依然嚴峻，要形成國際市場競爭力，還面臨著制造成本的巨大挑戰(zhàn)。

動力電池數(shù)字化工廠藍圖

1.數(shù)字化工廠的技術(shù)路線

圖5所示為建立數(shù)字化工廠實現(xiàn)動力電池智能制造的總體技術(shù)路線。總體來說，動力電池智能制造的基礎(chǔ)是高度自動化、標準化以及模型化，并通過融合信息技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化和智能化。

圖5 動力電池智能制造實現(xiàn)路徑

2.動力電池數(shù)字化工廠標準化的內(nèi)容

目前，《國家智能制造標準體系建設指南（2018版）》（下文簡稱“《指南》”）已經(jīng)發(fā)布。正如《指南》所講：“智能制造、標準先行”，動力電池大規(guī)模制造需要采用標準化的手段，需要一系列標準體系的支撐。

動力電池技術(shù)起步較晚，其設計、制造以及檢驗，缺少完整標準，尤其針對鋰電池行業(yè)裝備的互聯(lián)互通準則、集成接口、集成功能、集成能力標準、現(xiàn)場裝備與系統(tǒng)集成、系統(tǒng)之間集成以及系統(tǒng)互操作等集成標準嚴重缺少。面對動力電池智能制造發(fā)展的新形勢、新機遇和新挑戰(zhàn)，有必要系統(tǒng)梳理現(xiàn)有相關(guān)基礎(chǔ)標準，明確動力電池制造集成的需求，從基礎(chǔ)共性，關(guān)鍵技術(shù)以及動力電池行業(yè)應用等方面，建立一整套標準體系來支撐動力電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

智能制造標準框架體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 智能制造標準框架體系結(jié)構(gòu)圖（2018版）

首先，要實現(xiàn)電池規(guī)格的標準化。目前國內(nèi)50多家動力電池企業(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，這嚴重限制了動力電池大規(guī)模制造能力的提升。借鑒目前國外動力電池制造的先進經(jīng)驗，需要將電池規(guī)格型號限制在十種左右。

其次，要實現(xiàn)動力電池設計標準化。需要建立動力電池領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標準。元數(shù)據(jù)，是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是動力電池設計、制造以及應用的基礎(chǔ)。科技部國家科學數(shù)據(jù)共享工程的《元數(shù)據(jù)標準化原則與方法》中規(guī)定了各領(lǐng)域元數(shù)據(jù)制定時的選取原則，可以參照此原則制定動力電池領(lǐng)域元數(shù)據(jù)標準。

第三，要實現(xiàn)動力電池制造標準化。動力電池制造過程復雜，工藝流程長，產(chǎn)線生產(chǎn)設備眾多，而且同一條產(chǎn)線的生產(chǎn)設備往往來自于不同的設備廠家，采用不同的通信接口和通信協(xié)議，設備之間缺乏互聯(lián)互通互操作的基礎(chǔ)。需要建立電池制造過程數(shù)據(jù)字典標準，統(tǒng)一設備模型，制定設備通信接口規(guī)范，實現(xiàn)產(chǎn)線設備和企業(yè)信息化系統(tǒng)集成，實現(xiàn)OT與IT深度融合，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(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。

（1）動力電池智能制造系統(tǒng)集成標準體系 2018年，深圳吉陽智能科技有限公司聯(lián)合中國電子標準院、沈自所、儀綜所、寧德時代、合肥國軒及天津力神等11家動力電池制造單位及標準研究相關(guān)單位共同承擔了國家智能制造綜合標準化項目《動力電池數(shù)字化車間集成標準及試驗驗證》。該項目的成功實施將建立我國動力電池智能制造標準體系，為我國動力電池智能制造的實施，提升電池的制造安全性、一致性起到積極的推動作用。集成標準體系架構(gòu)如圖7所示。

圖7 集成標準體系架構(gòu)

該標準體系是個有機整體，是實現(xiàn)模型化、數(shù)字化以及網(wǎng)絡化到智能化的遞進升級過程；實現(xiàn)物理車間、虛擬車間連接，智能迭代遞進集成；從初級智能到恒定智能，再到開放智能的歷程。

（2）數(shù)字化基礎(chǔ)架構(gòu)——工廠模型建立 數(shù)學模型是智能化的基礎(chǔ)，是把制造工廠、物料、機器及過程轉(zhuǎn)化為計算機可以識別、優(yōu)化、提升的基本手段。動力電池制造需要建立包括電池模型、工廠模型、設備模型、工藝模型以及質(zhì)量模型等。

工廠模型建立是建立工廠、車間、產(chǎn)線、設備資源、工具、用戶、用戶權(quán)限、生產(chǎn)日歷及生產(chǎn)班次等信息模型。電芯制造工廠的模型包括：物料、機器、環(huán)境、過程及質(zhì)量等，大約有4000個，構(gòu)成一個完整的智能制造基礎(chǔ)平臺。

如圖8所示，模型化是實現(xiàn)數(shù)字制造的基礎(chǔ)，模型需要能準確完整描述對象的真實屬性。同時，模型的建立是一個不斷調(diào)整優(yōu)化的過程。

圖8 動力電池制造模型體系

3.數(shù)字化工廠集成的架構(gòu)

動力電池數(shù)字化車間集成就是將動力電池數(shù)字化制造所需要的不同的硬件、軟件產(chǎn)品集成起來，最終完成能夠滿足動力電池制造用戶需求的信息化系統(tǒng)。集成涉及到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡、計算機軟件、硬件、操作系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及網(wǎng)絡通信技術(shù)等。實際上這些產(chǎn)品和技術(shù)是由各個不同的廠商提供的，采用的也是多種不同的協(xié)議和標準，更面向各種不同的應用要求。因此集成不僅需要將不同廠家提供的不同產(chǎn)品結(jié)合在一起，還要有科學的方法讓它們能夠互連、互操作，不產(chǎn)生沖突。更為重要的是，整個系統(tǒng)要達到系統(tǒng)性能最優(yōu)、成本最低、生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量最好、同時將來容易擴充和維護。

（1）動力電池制造工廠技術(shù)體系構(gòu)成 動力電池制造工廠技術(shù)組成如圖9所示。

圖9 動力電池制造技術(shù)架構(gòu)

（2）設備集成 如圖10所示，動力電池的數(shù)字化車間分為如下三個單元，即極片制造單元、電芯制造單元以及電池PACK單元。

圖10 動力電池數(shù)字化車間主要設備構(gòu)成

1）極片制造單元：該單元完成從原料到極片制作的全過程，包括：配料和攪拌、涂布、輥壓、分條、烘烤、沖切及稱重等工序，主要設備包括：合漿設備、分散設備、涂布設備、滾壓設備及分條設備等。

2）電芯制造單元：該單元完成極片成形到化成分容的全部過程，包括芯包制備、電芯裝配、干燥注液及化成分容等核心工序，主要設備包括：模切機、卷繞機/疊片機、極柱焊接機、自動入殼機、封口機、注液機及化成分容機等。

3）電池PACK單元：該單元完成從電芯分組配對到電池包組裝檢測完成的全過程，主要設備包括：電芯測試分選機、電池模組組裝機、電池封裝機以及電池測試機等。

4.動力電池制造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

作為新能源汽車的“移動心臟”，動力電池是新能源汽車有序、良性發(fā)展的關(guān)鍵。結(jié)合網(wǎng)絡化和信息化手段，建設動力電池裝備數(shù)字化工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，是實現(xiàn)動力電池制造高效管控和智能化發(fā)展的有效途徑，也是實現(xiàn)動力電池標準化、高品質(zhì)、低成本智能制造的必由之路。

當前建設動力電池制造數(shù)字化工廠，需要高性能無線網(wǎng)絡連接實現(xiàn)工廠內(nèi)海量傳感器、機器人以及信息系統(tǒng)的互通互聯(lián)，并將分析、決策的海量的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)反饋至工廠。伴隨5G通信技術(shù)的飛速發(fā)展，5G將逐步全面覆蓋物聯(lián)網(wǎng)絡，連接廣泛分布或跨區(qū)域的商品、客戶和供應商等，完成對整個產(chǎn)品生命周期的全連接、全監(jiān)控，從而實現(xiàn)工廠內(nèi)外部的橫向、縱向以及端到端的三大集成。

動力電池行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺如圖11所示，其整體架構(gòu)自下而上分為4個層級，即現(xiàn)場設備層、生產(chǎn)控制層、生產(chǎn)管理層和應用層。鋰電工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可以將產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、運行和服務數(shù)據(jù)進行全面集成，以全生命周期可追溯為基礎(chǔ)，在設計環(huán)節(jié)實現(xiàn)可制造性預測，在使用環(huán)節(jié)實現(xiàn)健康管理，并通過生產(chǎn)與使用數(shù)據(jù)的反饋改進產(chǎn)品設計。具體場景主要有產(chǎn)品溯源、產(chǎn)品/裝備遠程預測性維護、產(chǎn)品設計反饋優(yōu)化等。

圖11 動力電池行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

鋰電工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺能夠有效地采集匯聚設備運行數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)、物料配送數(shù)據(jù)以及進度管理數(shù)據(jù)等生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析和反饋，在制造工藝、生產(chǎn)流程、質(zhì)量管理、設備維護和能耗管理等具體場景中實現(xiàn)優(yōu)化應用。借助鋰電工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺可打通生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、企業(yè)管理數(shù)據(jù)和供應鏈數(shù)據(jù)，提升決策效率，實現(xiàn)更加精準與透明的企業(yè)管理，其具體場景包括供應鏈管理優(yōu)化、生產(chǎn)管控一體化、企業(yè)決策管理等。

5.動力電池數(shù)字化工廠藍圖

隨著市場需求的進一步增長，目前的制造模式已不能滿足市場需求，未來動力電池制造必須實現(xiàn)大規(guī)模、智能化生產(chǎn)。建立動力電池數(shù)字化工廠，實現(xiàn)智能制造是動力電池生產(chǎn)方式的下一站，要在高度自動化的基礎(chǔ)上全面實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化，以期實現(xiàn)動力電池制造“高精度、高速度、高可靠性”和“模型化、數(shù)字化、智能化”的發(fā)展目標。

（1）質(zhì)量優(yōu)化 動力電池產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)化，合格率的提升，不僅僅是提高電芯的直通率，而且更重要的在于提升電池的安全性，大大減少電芯未發(fā)現(xiàn)的隱性缺陷。動力電池制造企業(yè)可以通過控制制造過程核心控制點的質(zhì)量，來減少后續(xù)制造過程的不合格率，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。動力電池制造從來料到極片制造到電芯制造到化成分容到模組，如圖12所示，通過互聯(lián)互通來實現(xiàn)大約2000個點的數(shù)據(jù)監(jiān)控來實現(xiàn)電芯的零缺陷制造的失效模式分析和電池包的失效模式分析。

圖12 零缺陷制造的失效模式

（2）層級實現(xiàn) 實現(xiàn)動力電池工廠數(shù)字化設計、數(shù)字化建模與仿真技術(shù)，構(gòu)建動力電池數(shù)字化制造和裝備的數(shù)字化，構(gòu)建動力電池制造領(lǐng)域元數(shù)據(jù)、主數(shù)據(jù)體系和制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)體系，如圖13所示。全面啟用數(shù)字化設計、數(shù)字化制造的主要特征表現(xiàn)如下：第一，數(shù)字技術(shù)在產(chǎn)品中得到普遍應用，形成“數(shù)字一代”創(chuàng)新產(chǎn)品；第二，廣泛應用數(shù)字化設計、建模仿真、數(shù)字化裝備、信息化管理，形成“數(shù)字化”制造手段；第三，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的集成優(yōu)化。

圖13 層級逐步實現(xiàn)圖

動力電池制造數(shù)字化體現(xiàn)在工廠的布局、安全、物料及制程仿真，制造過程虛擬調(diào)試、數(shù)字孿生優(yōu)化，以及一體化能源、效率、人力、物料及輔助系統(tǒng)等資源統(tǒng)籌優(yōu)化，對動力電池制造績效指標數(shù)字化分解，雙向云計算反饋達到制造性價比最優(yōu)，個性化動力電池大規(guī)模在定制仿真與虛擬制造。稱為全面數(shù)字化。

推動工業(yè)互聯(lián)和動力電池制造的深度融合，構(gòu)建動力電池智能制造平臺和微服務體系建設，將人、流程、數(shù)據(jù)和事物（設備和物料）等相互孤立的節(jié)點通過網(wǎng)絡連接起來，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)外協(xié)同、資源集成和優(yōu)化，通過“互聯(lián)網(wǎng)+制造”重塑動力電池制造價值鏈，推動動力電池制造從數(shù)字化制造發(fā)展到數(shù)字化網(wǎng)絡化制造階段。在裝備產(chǎn)品方面，在數(shù)字技術(shù)應用的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡技術(shù)得到普遍應用，成為網(wǎng)絡連接的產(chǎn)品，設計、研發(fā)等環(huán)節(jié)實現(xiàn)協(xié)同與共享；在動力電池制造方面，在實現(xiàn)廠內(nèi)集成基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)制造的供應鏈、價值鏈集成和端到端集成，制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流、信息流實現(xiàn)連通；在動力電池制造服務方面，設計、制造、物流、銷售與維護等產(chǎn)品全生命周期，以及用戶、企業(yè)等主體通過網(wǎng)絡平臺實現(xiàn)聯(lián)接和交互，制造模式從以產(chǎn)品為中心走向以用戶為中心。稱為全面網(wǎng)絡化。

動力電池的智能工廠是：讓動力電池制造相關(guān)數(shù)據(jù)的有序自動流動化解動力電池制造系統(tǒng)的不確定性，優(yōu)化制造資源的有效配置，達到動力電池的安全、續(xù)駛里程、壽命及價格的綜合最優(yōu)?；诠S建設和生產(chǎn)運營環(huán)節(jié)的全要素數(shù)據(jù)集成，涵蓋異構(gòu)協(xié)議兼容、邊緣計算分析、工業(yè)大數(shù)據(jù)存儲分析、工業(yè)機理模型及微服務開發(fā)調(diào)用、工業(yè)APP開發(fā)部署等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)鍵技術(shù)，形成有效支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)展的動力電池行業(yè)解決方案，針對工業(yè)互聯(lián)平臺的應用框架，為動力電池系統(tǒng)行業(yè)開發(fā)一套機理模型和微服務組件，形成一批工業(yè)APP和解決方案。在建成動力電池工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上，利用云計算、大數(shù)據(jù)智能、跨單元智能、人機混合增強智能及群體智能等新一代人工智能技術(shù)，優(yōu)化制造模型，實現(xiàn)制造智能閉環(huán)，制造質(zhì)量達到世界先進水平，實現(xiàn)“零缺陷”電池生產(chǎn)。稱為全面智能化。

未來工廠：產(chǎn)品智能化、生產(chǎn)去中心化、大規(guī)模定制生產(chǎn)及智能化制造運維及服務。

動力電池制造系統(tǒng)分為制造維度和智能維度。制造維度體現(xiàn)了面向產(chǎn)品的全生命周期或全過程的智能化提升，包括了設計、生產(chǎn)、物流、銷售和服務五類，涵蓋了從接收客戶需求到提供產(chǎn)品及服務的整個過程。與傳統(tǒng)的制造過程相比，智能制造的過程更加側(cè)重于各業(yè)務環(huán)節(jié)的智能化應用和智能水平的提升。智能維度是智能技術(shù)、智能化基礎(chǔ)建設、智能化結(jié)果的綜合體現(xiàn)，是對信息物理融合的詮釋，完成了感知、通信、執(zhí)行及決策的全過程，包括了全資源要素、互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、信息融合以及新興業(yè)態(tài)五大類，引導企業(yè)利用數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化技術(shù)向模式創(chuàng)新發(fā)展。這些系統(tǒng)根據(jù)動力電池企業(yè)客戶的需求，針對技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)，技術(shù)能力、技術(shù)手段和企業(yè)自身的目標定位，將每個方面需要實現(xiàn)的能力分為五個級別。詳細要求按照中國電子技術(shù)標準化院發(fā)布的《智能制造能力成熟度模型》。