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智能成就品质 施耐德电气为锂电池生产保驾护航

仪表企业 2020年09月15日 08:43:25 来源:施耐德电气人气:12854
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  【仪表网 仪表企业】无论是马路上飞驰的电动车,还是天空中翱翔的无人机,亦或是人们从不离手的智能手机,都离不开锂电池的强劲动力。
 
  新能源时代,锂电池的重要性无异于移动设备的“心脏”。然而,只有安全、高质量、高性能的材料作为基础,“心脏”才能健康有活力的跳动,为新能源时代提供源源不断的动力和能量。基于此,锂电池材料行业近年来飞速发展,具有广阔的市场前景,吸引了大量企业的涌入。
 
  天原集团是一家具有70多年化学合成历史的企业,近年来,公司参与投资成立了宜宾光原锂电材料有限公司(宜宾光原)和宜宾锂宝新材料有限公司(宜宾锂宝),全力进军锂电池行业。其中,宜宾光原专注研发和生产锂电池正极材料前驱体,宜宾锂宝则集锂电池正极材料研发和生产于一体,两者产能配套,规划在十四五末期前驱体和正极材料产能都达到10万吨。
 
  天原集团副总裁王政强表示:“我们的目标是将这两家企业打造成新型、高稳定性的智能工厂,力争在产能规模和技术水平上都在国内锂电行业处于靠前水平。这一目标的实现离不开一位数字化经验丰富,安全可靠的合作伙伴提供助力。通过与施耐德电气智能制造专家团队的探讨,我们共同制定了公司的数字化蓝图,整个智能制造项目从顶层开始规划,分布实施,目前已经取得了显著成果。”
 
  失之毫“锂”,差之千里
 
  日常生活中,假如我们的衣服上落了些尘土,大可用手一掸便罢,但是相同的情形如果出现在锂电池正极材料的生产线上,那就会失之毫“锂”,差之千里。
 
  正极材料是锂电池电化学性能的决定性因素,直接影响电池的能量密度及安全性。其在生产过程中如果某种元素含量超标,或是混入了微量的粉尘,都有可能因为“质量放大效应”造成严重的后果——或者是整批产品直接报废,或者是导致爆炸等安全事故,所以正极材料的质量对下游产品而言至关重要。
 
  质量就是锂电新能源的生命,为了牢牢守住这条生命线,宜宾光原和宜宾锂宝需要严格把控产品质量水平,保证产品质量的一致性。宜宾锂宝总经理颜华表示:“依托EcoStruxure架构, 施耐德电气为我们提供了包含ATV310H、ATV610、ATV630系列变频器、C65系列、NG125系列小型断路器,以及AVEVA InTouch软件、AVEVA Historian实时数据库和LIMS实验室信息管理系统,并结合宜宾锂宝公司实际情况,为我们开发了覆盖整套锂电池正极材料生产装置的制造执行系统(MES),搭建了生产执行过程信息化管理技术方案,由此实现了从上游原材料到下游产成品质量控制一体化的管理模式。”
 
  在生产过程中,这套工艺覆盖全面的MES系统就如同一位尽职尽责的质量监督员,用“多重保险”保障着产品的质量水平。
 
  锂电池正极材料的生产流程十分复杂,原材料要在宜宾光原经过溶解、反应、离心、干燥、包装五大环节变成前驱体,而后在宜宾锂宝经过配料、高混、一烧、粉碎、批混、过筛、除铁、包装重重步骤,才能变为决定锂电池性能的正极材料。这期间涉及多个不同专业人员的协作与配合,信息需要在不同工种的人员之间传递和流转。MES改变了传统纸质文件或单据传递信息的模式,改由系统全面接管。这样既能避免数据在流转过程中的错误和遗失,又能实现生产计划、排产、设备、品质、调度、统计、操作与计量数据源的统一。通过给每个产品建立详尽的质量数据“档案”,MES系统得以有效监控和追踪整个生产过程中的质量控制,从中找出控制不力的地方,并逐步加以改善。
 
  除了数据层面,MES系统还能将先进的管理理念固化成可执行的管理业务流程,将质量管控的责任落实到人。如果将ERP比作“高层领导”,它的职责就是定目标、谈规划,但是目标具体该怎么变为现实,还需要MES这样的“基层管理者”,把制造过程中的质量管控点切实落实到生产现场的异物管理和对应的操作人员身上,从而消除管理死角。
 
  如果生产过程中出现任何异常,比如物料被意外污染或者设备发生故障,MES系统都会立即通知相关人员及时处理,避免后续更大的经济损失。
 
  颜华对这套系统给予了高度评价:“MES系统在制造环节,提高了产品质量稳定性;在生产管理方面,实现了各板块业务数据源的集成统一。它能高效协调各部门间的工作,实现生产制造执行过程的信息化自动管控。目前,公司的生产制程能力CPK达到1.67,在国内、乃至亚洲都处于先进水平。”
 
  正向追踪,反向追溯
 
  得益于锂电池材料和工艺的不断改进,电动车能够跑得更远,无人机能够飞得更高,智能手机能够续航更长……这些以新能源为动力的产品和人们的日常生活息息相关,一旦出现电池安全事故,轻则导致财产损失,重则危及生命安全。
 
  尤其是在新能源汽车领域,一辆电动汽车上装有几千节电池,哪怕其中只有一节的性能和其它差异较大,都有可能在充放电过程中因发热引起不安全事故,因此,新能源汽车整车厂往往会要求上游的动力厂家提供完整的溯源数据。
 
  为了开拓更为广阔的新能源市场,宜宾光原和宜宾锂宝从建设之初就尤其关注产品质量数据的可追溯性。要想实现这一点,就必须打开车间管理的“黑匣子”,实现生产数据的实时反馈,让管理人员能够对生产现场的状况尽在掌握。
 
  为此,宜宾锂宝提出了建立带批次控制功能的过程控制系统集中控制方案,即在过程控制系统完成自动化控制的同时,建立以批次号为关键字的涉及配方、生产过程实时数据、报警数据和实验室检化验分析数据的数据建模,为MES提供归集好的数据源。
 
  得益于从底层到顶层的数据打通,每当ERP下发订单时,MES都能自动获取每个批次产品的配方、工艺参数、操作人员等数据。一旦发生问题,系统则可以对设备、人员、工序、供应商、环境等多个要素进行追溯。
 
  颜华对此表示:“我们两家企业都应用了施耐德电气的MES系统,所以可以利用批次管理模块实现从上游宜宾光原提供的原材料到下游宜宾锂宝产成品的完整溯源,通过对质量检测、工艺指标、生产记录、生产管理等八大模块的信息追溯管理,做到了正向追踪、反向追溯以及生产过程中任意节点的追溯,溯源水平位于行业前列。”
 
  持续优化,快速迭代
 
  随着万物互联时代的到来,越来越多的设备被赋予了“移动性”和“智慧”。它们的外观迥异,功能多样,对电池供电的要求也不尽相同——有的追求性价比,有的追求高安全,有的追求长续航,有的追求大容量……这意味着不同的应用场景需要不同性能的锂电池来提供动力支持。
 
  相对的,锂电池材料也是高度定制化的产品,往往需要根据下游客户的具体需求进行研发。对宜宾光原和宜宾锂宝而言,基于工业大数据平台,持续优化产品配方、加快产品迭代速度,是其在未来赢得市场先机的“制胜法宝”。
 
  目前,基于和施耐德电气的合作,两家企业已经为工业大数据平台奠定了良好的基础。MES与其他系统之间的无缝集成使得配方数据、工艺数据、产品性能测试数据等关键信息都能被完整的记录在系统之中,还能自动生成报表进行展示,节省了人工收集、对比数据的繁琐工作。
 
  通过对关键数据的长期跟踪,宜宾光原和宜宾锂宝能够基于大数据分析获得关键洞察,从而实现对产品的优化和改进,在产品研发上快人一步。
 
  结语
 
  倘若没有质量过硬、性能高超的材料,即使设计再创新、工艺再先进、检验再严格,也无法生产出高质量的工业产品。因此,担当着“工业基础”重任的材料工业直接决定了未来工业发展的高度。未来,宜宾锂宝将继续与施耐德电气携手共进,实现锂电池行业的高效和可持续发展,用高性能的材料赋能未来已来的能源新时代。
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