技术讲堂广告招商

基于锂电池生产企业的制造执行系统(MES)研究

 2018-05-29
  
关键词: 锂电池 追溯 ME
目前,锂离子动力电池企业生产自动化水平有显著的提高,随着企业规模的不断增长,市场对企业服务的要求持续提升,面对目前管理方式及手段之困,若不实施执行层的信息化系统,适应精细管理的需要,必然在各个环节增设大量的人工进行信息收集、汇总、传递、分析之工作。但随着生产系统越来越复杂,信息总量几何级增长,同时人工的方式带来的信息不完整、信息误差、信息滞后等弊病,这些必然会成为企业管理向规模、规范、敏捷、柔性、透明制造迈进的最短板。本文基于锂电行业信息化发展的现状,结合制造执行系统(MES)的功能特点,对锂电池生产中执

基于锂电池生产企业的制造执行系统(MES)研究

 

张领涛

中航锂电(洛阳)有限公司 洛阳市高新区滨河北路66471003

 

摘要:目前,锂离子动力电池企业生产自动化水平有显著的提高,随着企业规模的不断增长,市场对企业服务的要求持续提升,面对目前管理方式及手段之困,若不实施执行层的信息化系统,适应精细管理的需要,必然在各个环节增设大量的人工进行信息收集、汇总、传递、分析之工作。但随着生产系统越来越复杂,信息总量几何级增长,同时人工的方式带来的信息不完整、信息误差、信息滞后等弊病,这些必然会成为企业管理向规模、规范、敏捷、柔性、透明制造迈进的最短板。本文基于锂电行业信息化发展的现状,结合制造执行系统(MES)的功能特点,对锂电池生产中执行MES系统方案设计及可行性进行分析。

 

关键词:锂电池;追溯;MES

 

 

The Manufacturing Execution System ( MES) Research based on Lithium Production Industry

 

  Zhang Lingtao

( China Aviation Lithium Battery CO.LTD, No.66 Bin He Bei Road Gaoxin District Luoyang 471003)

 

Abstract: Recently, Lithium ion battery production automation level is significantly improved, with the continuous growth of the scale of enterprises, continue to improve the market for enterprise service requirements, in the face of the current management mode and means of the storm, if not the implementation of information system implementation, to meet the need of fine management, must add artificial information collection, summary, job transfer, in the analysis of a large number of links. But with the production system more and more complex, the amount of information growing exponentially; at the same time the artificial way to bring the ills of incomplete information, error information, information lag, will become the enterprise management to the shortest board size, specification, agile, flexible, transparent manufacturing forward. In this paper, the current situation of informationization in the lithium industry based on the combination of manufacturing execution system (MES) features of the design and feasibility of MES system implementation in the production of lithium batteries is analyzed.

 

Key words: Lithium Battery;TracingMES

 

 


经过过去十年的发展,中国电池制造业,特别是动力电池制造业从拼凑阶段(手工,半自动化制造)进入到了自动化阶段(流程化作业,自动仓库,机器人和自动物流),电池制造的速度越来越高,单工厂的产能也越来越高,在这个基础上,我们国家整体电池制造产能已经突破了100GWh,占据了世界第一的位置。与此同时,电池行业的发展需求也出现了显著的变化,不论是智能手机领域对于快速充电和大容量电池的追求,还是新能源汽车对于高容量以及安全性的需求,都为电池行业带来了巨大的挑战,电池制造的革新将从以往的自动化效率的提升转向效率和品质并重的阶段。

工信部在《汽车动力电池行业规范条件(2017)》中也明确提出了需要对于生产过程进行全管控,并要求建立质量管理和追溯体系,同时在补贴标准上进行了差异化的补贴标准,这标志国家的引导政策从“量的提升”开始转向“质的提高”,电池制造需要从追求产能的大规模制造阶段转向优质制造的阶段。

优质制造是电池企业匹配新能源汽车高端市场必然要求,而对于汽车制造业,由于受到TS16949以及国家强制性标准的规范,需要对于制生产过程中的计划、生产、质量、库存、出货、售后等过程进行全流程管控,因此,实施MES也就成了优秀企业必不可少的一部分,同时也是制造企业实现智能化制造的必经之路。

要实现优质制造,就需要是需要收集生产过程中相关要素的关键指标数据,通过对于采集到的数据进行有效统计和特征性分析,建立生产分析和评估体系,并在此基础上进行判断,得出生产改善和优化的对策,这就是优质制造的基本雏形[1]

在此背景下为动力电池生产线建立MES系统,将生产线从自动化产线升级到数字化产线,成为了行业内的基本共识。

 

1 研究现状及趋势

目前动力电池生产企业虽然生产自动化水平有显著提高,但生产信息化水平不高,生产过程的管理水平还相对落后,如动力电池生产周期相对较长,生产设备较多,而且不同生产段设备能力估算复杂,生产的不均衡、生产动态信息的不共享给现场管理带来巨大困难,企业迫切需要采取详细准确的计划排产、作业调度、生产跟踪、现场半成品库存管理、物料管理等措施。因此,加强各个生产段的现场管理势在必行,只有提升各个生产段的现场管理水平,才能早日实现动力电池质量和性能的提升。将制造执行系统(MES) 技术引入到电池生产企业的生产过程的管理中,解决其实际生产中存在的问题,将会极大提高电池生产企业生产水平[2]

目前锂电池生产企业由于生产产品的尺寸、材料等行业内尚未有统一的标准造成生产自动化面临极大的挑战,产品生产过程中由于数据量大、缺乏精密测量手段等原因造成生产过程精密质量数据获取困难,为使锂电池生产过程管理透明、质量可控、产品可追溯,引入MES系统可以实现“可视化管理”。MES在整个企业信息集成系统中承上启下,是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。

 

2 制造执行系统(MES)设计

系统的建设应统一数据标准、统一软件、统一硬件,采用成熟、可靠技术,以整体性、实用性为主,兼顾先进性和可扩充性等等。其设计原则如下:

先进性:选用的网络技术要具有先进性,但也要注意实用、成熟和安全可靠。网络结构、网络硬件平台、软件平台、开发工具、应用软件都应选择具有较长的生命周期,保护用户的投资效益。

开放性:选择的网络技术要具有开放性,能适应不同的使用环境,并具有良好的可扩展性。尽量选用符合国际、国家规范和标准的技术和设备。

系统化、结构化、模块化:保证整个系统的完整性、统一性、灵活性,适应管理体制的改革,满足未来需求变化的需要。

实用性:要能充分利用现有资源、设备及系统,并在技术上考虑将来应用发展需要。充分体现数据共享、资源共享,充分满足领导层、管理层、业务层及不同业务部门的需求。

拓展性:系统应满足企业/工厂在技术变更或规模扩张时,能够针对需求进行功能扩展。

建立一个全面的、集成的、先进的和稳定的生产控制系统,以满足生产管理、设备管理、系统管理等功能需求。针对生产过程,建设企业的数据管理平台,优化并建立一套标准管理模式和业务流程,提升控制能力和工作效率,并可快速进行推广应用。

 

2.1 基础数据采集

采用简单、有效、可靠和安全的设备数据采集以及条码标签识别技术,在生产现场设置数据采集点,通过设备或人工简单、快速的采集生产信息,对产品计划执行情况的整个制造过程进行跟踪,将生产活动的进行状态处于监控之内[3]

基础数据信息的采集包括:原材料信息、在制品信息、成品信息;生产过程信息、工艺信息;供应商信息、客户信息;设备管理及运行信息;质量信息;工厂建模等基础信息。

信息采集模块在生产现场设置数据采集点如设备、人工、机台等进行自动、半自动和人工方式采集信息。MES收集生产过程参数,但不参与生产过程的自动控制,从原材料、零部件入厂到成品出厂所有环节的信息进行收集,信息采集主要包括仓储信息、生产过程信息、产品质量信息三大部分。包含报警信息、I/O状态、工艺状态信息、实时工艺数据、产量信息、合格率信息、设备状态信息、其它与工艺和诊断相关的信息。

2.2 生产现场监控

管理人员可以监控生产情况,包括物料配送情况以及生产线上设备问题。将生产信息以数字化、图形化的方式实时、准确地反馈给各级生产管理人员;

通过实时看板模块的利用可以将现场网络与设备、其他系统之间对接,实时显示屏显示生产线的各种信息,如生产状态、物料状态、质量信息、设备状态等,便于生产管理人员及时了解生产现场的情况,从而可对大规模的复杂工艺进行有效的管理和控制。可通过控制端PC登录,进行看板信息的查询,设置和管理,以颜色突出异常信息。看板设置具备版面弹性配置接口,可自定义信息位置、内容、数据源、公告事项等配置功能[4]

 

看板类型包括:

生产看板,用于实时显示产量信息,重要事件提醒功能等,具有时间调度控制功能,可在控制终端设置需监控的生产时间,可利用输入终端输入重要事件,并在车间显示屏显示重要事件提醒。可用于展现车间/计划生产状况实时显示,包括各产品生产类型、投入数、产出数、计划产能、时段产能、直通率。

质量看板,质量看板用于及时显示车间产线不良信息并进行报警提示,可展现不良类型统计、生产数量、不良数量、不良率、及不良率超限时进行超限标识,从生产源头上有效地防止了不良品的产生及流到下一道工序,确保了质量目标的实现。

 

2.3 生产过程管理

一切生产过程可根据车间反馈实时数据进行灵活作业及调度,保证生产作业的效率及可实现性。

物料管理,包含物料采购、仓储、运输、生产计划、库存控制和质量控制。保证物料规格标准化,适时供应生产现场所需物料,有效率的收发物料;对原料及成品进行精细化存储,并根据生产现场进行物料拉动,满足精确和灵活的库内作业管理功能。

生产计划管理,进行科学的生产计划、排产、调度,工序与工序质检的精密关联度,要求生产管理系统必须充分利用系统工具,在生产层面制定精细且优化的生产计划,并能灵活的根据产线生产的实际状况迅速合理的调配资源。一旦生产某一个环节出现问题,调度机制马上启动确保生产的稳定性。

流程工艺管理,为产品建立生产模型,包含生产流程、生产规范、原料规格料号等相关属性设定。工艺流程对象与工作中心、生产工序、产品型号属性关联,配置产品工艺流程,定义产品生产路线,并进行生产制程管控。如果在生产过程中出现未按工艺流程作业,出现跳站、漏站的情况,系统将实现防呆[5]

设备管理,通过设备台帐管理,掌握设备的整体状况、分布、使用情况和具体单台设备的使用状态;通过监控关键设备的运行状态、运行性能、实时能耗,对生产现场设备异常进行及时提醒及处理。实时监控生产设备的运行状态;将所有设备的实时状态,在B/S端上进行展现,便于相关人员清晰明了的掌握现场设备状态,及时进行处理。

质量管理,系统应能够对从供应商、原料到售后服务的整个产品的生产和生命周期进行质量记录和分析,并在生产过程控制的基础上对生产过程中的质量问题进行严格控制,能有效地防止不良品的流动,降低不良品率。物料、半成品、成品跟踪功能可根据批次物料的质量缺陷,追踪到所有使用了该批次物料的成品,也支持从成品到原料的逆向追踪。

 

2.4 信息追溯

结合生产数据收集进行过程数据记录及追溯实现生产再现,实现物料、在制品及完成产品的监控追溯。

从原材料、部件入厂到成品出厂所有环节的信息查询,通过单一条件或复合条件可追溯设备信息、质量信息、生产计划信息、工艺信息、产品信息、物料信息、生产环境信息等。

主要包括物料来源、产品履历、产品标识与追溯、制程标识与追溯、通过产品跟踪和清单管理功能的使用,信息系统能监视产品在任意时刻的位置和状态,收集和记录产品或物料加工工序、加工结果的数据,形成每个物料或产品可追溯性记录。

追溯产品SN的物料信息、生产信息、辅料信息、质量信息,通过该功能直观的展现生产过程情况,完整追踪产品的生产履历,并可正向或反向追溯产品生产信息。

通过产品SN,追溯产品所使用的物料信息、操作信息、设备参数、质量检验信息及工艺流程等;并可查询该产品所属批次,追溯同批次其他产品及所用的物料、设备、人员、工序等信息。系统判断产品使用物料是否为外购或自制。

 

2.5 与其他系统对接

为实现MES系统,需要通过MES系统将企业中目前已有的IT系统进行串接,实现流程的顺畅进行。系统集成是在系统工程科学方法的指导下,根据用户需求,优选各种技术和产品,将各个分离的子系统连接成为一个完整可靠经济和有效的整体,并使之能彼此协调工作,发挥整体效益,达到整体性能最优[6]

数据交互基本分为两个方式,一种是其他系统的数据导入到MES系统,另外一种是MES系统提供数据给其他系统。数据接口的交互采用访问第三方文件、调用数据接口(例如WebServices)、访问中间数据库等方式来实现第三方系统接口统一。MES应可以支持多种形态的接口方式,开发能满足各种设备/系统的接口模块。

接口要求:

1)  环境设备资料收集接口:需整合工厂环控监控系统取得实时环境信息。

2)  PLC与OPC接口:支持自行定义PLC监测端点,当有该监测点设备点位事件上报时,生产数据自动储存于系统数据库。

3)  设备数据库接口:支持工艺设备与数据库进行数据交互、数据上传等。

 

3 结论

实施基于锂电行业的制造执行系统,实现锂电池生产现场数据实时采集及可靠传输、生产质量实时检测与控制及产品制造过程信息的全面集成与融合等功能,实现制造过程的可视化和可控化,为数字化企业奠定坚实的数据与信息基础,实现产品制造数据的双向追溯能力,为精益、敏捷生产提供保障,进而为锂离子动力电池产业的制造能力和综合竞争能力的进一步提升提供强有力的支撑,逐步形成锂离子动力电池工艺装备的信息技术标准。

 

参考文献

1、凌翔,白小波.锂电池生产全流程物料跟踪追溯系统研究[J].电源技术。20171:3437.

2、李劼,吴免利,邹忠,肖昕,孙正军.锂离子动力电池组智能检测系统设计与实现[J].电源技术,200910:906909.

3、胡友民,杜润生,杨叔子.制造系统数据采集技术研究[J].制造自动化,2008,(3:2327.

4、孙宇,陈杰,李东波,等.略论制造执行系统研究[J].高技术通讯,2009,(10:6062.

5、张书亭,杨建军,邹学礼.面向敏捷制造车间的制造执行系统[J].电子技术应用,2000,(12:24.

6、丛培勇,范玉青,刘忠献.ERPMES集成关系研究[J].制造业自动化,200708:46.

 

作者简介:张领涛,男,199010月,电路与系统硕士,工程师,主要研究领域为生产信息化系统及智能制造在锂电池生产领域的应用及实施。

稿件来源:中国电池网  
[ 作者:张领涛 ] [ 查看:360 ]  [ 搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友
本文地址:
版权说明:
本网转载作品均注明出处,未注明出处和转载的,是出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转作品侵犯著名权,或有其他诸如版权、肖像权、知识产权等方面的伤害,并非本网故意为之,在接到相关权利人通知后将立即加以更正。