锂电池制造的困局与破局

锂电池行业产业链的上游主要为正负极材料、电解液、电极基材、隔膜等领域的供应商；中游为电芯制造及封装行业；下游则主要是动力电池、消费电子等锂电池的应用领域。

图1：锂电池行业产业链

近年来，随着相关技术水平的日益精进，渗透率的不断提升，我国锂电池市场规模快速增长。数据显示，2019年我国锂离子电池产量157.22亿只，同比增长12.40%。到2020年10月我国锂离子电池产量为146.35亿只，同比增长10.9%。

行业的快速增长是众所期待的发展趋势，然而发展过程中注定伴随着挑战，如何破局而立，变困局为新机，则成为了大多数锂电池行业企业面对的问题所在。目前我国锂电池行业内95%企业为中小企业，规模小，技术水平低，主要生产中低端锂电池产品。2018年6月开始实行的《关于调整完善新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》通过补贴措施表明了对新能源汽车电池能量密度的更高要求，产能过剩的低端锂电将在新的时代环境下逐步被淘汰。目前，国内动力锂电池智能制造环节中仍然存在不少问题，主要体现在以下方面：

• 第一， 目前国内锂电制造企业硬件设备多为分段采集，设备之间存在兼容性和多样性的问题，导致各类工业软件之间集成度低、数据无法共享流通。
• 第二， 锂电的产品生产和测试数据的采集量大、每个工序有不同管控需求、制造模式属于流程型和离散型的混合模式，加剧了产业数字化/智能制造的难度。
• 第三，动力电池尺寸标准规格不统一，国内企业生产了150多种不同规格的电芯，导致单一车型销量相对较少，限制了标准化规模化智能化的制造发展。
• 第四，动力电池的产品设计和制造工艺技术没有完全成熟，特别是电池模组的关键生产工艺设计不成熟，验证不够充分，一次通过率低，且较难实现在线自动测试及品质追踪。因此，动力电池系统生产仍以半自动化为主，仅有少数电池厂商实现了动力电池模块或模组的自动化生产。

激烈的市场竞争环境下，锂电池厂商不仅需要持续提高产品质量和生产效率，更需要提高设备的柔性化、信息化和智能化水平，从而不断缩短产品的开发时间和交付周期以适应瞬息万变的市场环境。因此，锂电池的智能制造仅仅依靠自动化不再可行，必须全面实现数字化和智能化。丰富全面的共享数据库需要涵盖从产品设计，到生产规划、工程、生产和服务等众多领域，同时融入供应商和客户。基于稳定性的高效率、基于模块化的柔性化和标准化，以及基于网络的高度自动化和信息化都是锂电池生产智能装备未来发展的核心特征。

时不我待：面向未来的锂电池智能制造

在当前系统条件下，锂电池行业产能交付压力大，产品规格多样化特征明显。想要顺应时代，成功转型，锂电池制造企业则需要打造柔性化制造模式、缩短交付周期、提高产能、并确保质量。智能制造的“弹性”和“柔性”正是解决全新市场环境中不确定性和复杂性的利器，可满足大规模产能扩充，并适应不同的产品规格，从而有效控制系统持有成本，有利于锂电池制造业快速提质增效、降低成本。

图2：数字化转型现状与目标

如何实现锂电池企业智能制造转型？

锂电池行业主要工艺及关注点分析

锂电池的生产工艺分为两段，流程段与离散段。

流程段：

流程段主要是生产正负极材料，涂片及断切。这一段工艺设备的自动化程度较高，人工参与较少。产品形式是以批的方式进行，所以制造运营管理在这一段是以大批管制方式为主，如正极材料真空搅拌时，车间系统记录搅拌桶的桶号、搅拌时所加入物料的批号及搅拌时设备的相关参数，粘度数据也在测试后马上进入制造运营管理系统。生产管理者可以通过制造运营管理系统轻松了解每桶材料的搅拌状态，生产后也能马上查询出该批材料混料时的物料批号及搅拌时设备的管制参数值。流程段的断切相对来说，对产品的质量影响较小。

离散段：

离散段从叠片/卷绕工艺开始，这也是制造运营管理系统在锂电池生产过程中管制的重点。在应用制造运营管理系统之后，喷码工序会前置到叠片，因为电池的质量与热封机热封时的温度及压力密切相关，所以记录电池热封时的温度及压力也是系统的主要任务之一。这些数据实时地进入制造运营管理系统后，管理人员可以通过系统实时知晓各热封机的参数状态、生产的产量及质量状况等，为生产及质量决策及时地提供依据。在此环节之后是注液及预充，注液工序的数据采集主要是注液后的热封数据采集，预充则主要采集分容时不良电芯的相关数据，如条码、电压等。二封续充则主要采集派工数据、检极耳包装膜短路数据等。续充主要采集分容等级数据。

最后是复检出货，电池在复检时一般采用AQL水平进行抽检，制造运营管理系统在与检测设备连接后，检测的数据将进入系统，系统则会自动按照已设定的AQL检验方法进行接收或批退，检测数据也会与条形码进行关联。复检后的包装也是制造运营管理系统在电池行业应用的一个重点，以便实时获取准确详实的包装箱号以及箱号与箱中所有条码的关联关系等相关信息。

总的来说，制造运营管理系统（MOM）在锂电池行业的应用主要作用有：

• 1.实时质量监控，将质量问题的事后补救改为事先预防。
• 2.工艺关重参数监控，尽可能保障锂电池的工艺安全。
• 3.包装的详细记录，做好应接客诉的充分准备。
• 4.产量及质量的实时查询，减少计划部门的交付压力。
• 5.实现生产过程的可追溯性，快速精确地确定召回范围。
• 6.无纸化生产管理，节约人力成本。

图3：锂电池生产工艺流程

MOM先行，赋能企业智能制造升级

根据锂电池生产的工艺和特点，企业可以规划9大核心功能：高级排程、数字化工艺执行、生产质量管理、生产执行、设备管理、工业互联应用、精益看板及生产指挥中心、专业应用App、主数据及建模。

图4 MOM核心功能架构图

一体化MOM系统的建设和实施，可赋能企业智能制造的转型与升级，持续提升工艺管理、计划排产与执行、设备互联、质量管理、物流配送等业务流程的自动化水平。一体化MOM系统通过设备互联将IT和OT有效结合，提高生产制造设备的智能化水平，实现工厂生产自动化、无人化、智能化，同时可以大幅缩短企业相关产品的制造周期，降低运营成本，提高生产效率。

企业通过MOM系统实施，可以夯实工艺、计划和执行的基础，实现工艺模型化、计划精细化、执行透明化；亦将补齐配送和互联的能力，实现配送精准化和要素互联化；在质量、协同以及管理决策方面，实现品控全面化、数据标准化，以及决策科学化。

企业可以通过 MOM实现什么预期收益？

注：该数据为经验数据，仅供参考。

携君共进：打造一体化 MOM平台

作为一家为全球客户提供3DEXPERIENCE解决方案的领军企业，达索系统为企业和客户提供虚拟空间以模拟可持续创新。产品涵盖研发设计、供应链计划、工程仿真、制造运营管理等各个制造环节，达索系统全球领先的解决方案改变了产品在设计、生产和技术支持上的方式。

图5 达索系统数字化制造解决方案版图

达索系统的DELMIA Apriso是一款基于业务流程的可配置化制造运营管理平台(MOM)，按照ISA-95标准构建，覆盖制造环节包括但不限于资源计划、生产制造、质量管控、仓储物流、设备物联与人员管理等多个业务领域，广泛应用于航空国防、汽车及零部件、工业装备、船舶及海洋工程、高科技电子、生命科学、能源等多个行业。相比一般的制造执行系统(MES)，DELMIA Apriso拥有着更加宽广的业务覆盖度，更好支持多工厂管控与多工厂快速推广部署，更专业的制造大数据分析与实时监控，以及更柔性的业务流程与逻辑配置。

图6 DELMIA Apriso制造运营管理平台架构