鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：548次 | 2022年10月31日
動(dòng)力鋰電池智能制造的理想和現(xiàn)實(shí)
深圳吉陽(yáng)智能科技有限公司董事長(zhǎng)陽(yáng)如坤先生對(duì)動(dòng)力電池智能制造的理想與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行了深入分析。
（以下為陽(yáng)如坤發(fā)言全文：）
陽(yáng)如坤：感謝劉秘書長(zhǎng)的介紹。很高興受動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)的邀請(qǐng)來(lái)做一個(gè)有關(guān)動(dòng)力電池方面的報(bào)告。說(shuō)實(shí)話，動(dòng)力電池的制造，我的理解，我們以前還在說(shuō)手工打天下，今天我們說(shuō)智能制造，這里有很遠(yuǎn)的距離。這里結(jié)合我們過(guò)程中的一些實(shí)踐來(lái)看我們要走向智能制造需要一些什么，今天我想跟大家講的主要還是從原理的角度，從起步的角度來(lái)看，我們?cè)趺磥?lái)搭建我們整個(gè)鋰電的制造系統(tǒng)。
我的內(nèi)容主要分五個(gè)方面，第一個(gè)我想說(shuō)一下產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，第二，我想簡(jiǎn)單說(shuō)一下為什么需要智能制造，第三，說(shuō)一下智能制造的底細(xì)架構(gòu)，第四方面說(shuō)一下有關(guān)數(shù)字孿生，最后談一下智能制造整體的實(shí)現(xiàn)。
今天上午也有發(fā)改委的吳處長(zhǎng)講到，2017年4月25號(hào)發(fā)布了《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，我給大家稍微解讀一下。國(guó)家把汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展放到了一個(gè)空前的高度，國(guó)家從來(lái)沒(méi)有把一個(gè)產(chǎn)業(yè)放到這樣一個(gè)高度來(lái)發(fā)展。這里說(shuō)到了汽車產(chǎn)業(yè)是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要力量，把汽車作為制造強(qiáng)國(guó)的重要支撐，還要把它作為我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。也關(guān)系到我們?nèi)嗣袢罕姷娜粘３鲂?，資源的有效流通，還有生態(tài)文明的建設(shè)，國(guó)家制定了汽車強(qiáng)國(guó)的密碼，叫做1668，如果大家有興趣的話，可以去研究一下這個(gè)，對(duì)我們的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常有價(jià)值。
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作為動(dòng)力電池的發(fā)展，我認(rèn)為電動(dòng)汽車離不開(kāi)動(dòng)力電池，動(dòng)力電池的發(fā)展首先它是資源節(jié)約，成為新能源汽車發(fā)展的重要依賴。從這樣一種產(chǎn)品，我們認(rèn)為電池已經(jīng)成為了一種特殊的產(chǎn)品，它跟以前我們?cè)?C里面看到的產(chǎn)品是完全不一樣的。今天上午也在說(shuō)，我們電池到底是按照一個(gè)產(chǎn)品來(lái)做還是按照一個(gè)系統(tǒng)來(lái)做？我認(rèn)為動(dòng)力電池就是按照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品來(lái)做，怎么把這樣的產(chǎn)品做到極致我認(rèn)為是最重要的，尤其是在現(xiàn)在這樣一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)候，我們認(rèn)為芯片是移動(dòng)產(chǎn)品的電腦，電池是移動(dòng)產(chǎn)品的心臟，心臟怎么健康？我們要對(duì)待像鋼鐵、機(jī)器人，像類似這樣的東西來(lái)做，才能把整個(gè)動(dòng)力電池做到極致。
從動(dòng)力電池發(fā)展來(lái)說(shuō)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)非常迅速。從動(dòng)力電池制造的認(rèn)識(shí)來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)值得我們認(rèn)真去思考的。首先它是一種納米級(jí)的結(jié)構(gòu)，怎么去操作，第二，我們一些軟質(zhì)的材料，跟我們以前做汽車完全不一樣，一些軟質(zhì)的材料要實(shí)現(xiàn)硬性的定位和精度的要求。還有一個(gè)很重要的方面，我們整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中很多微不足道的因素對(duì)整個(gè)電池的影響非常大，這也是我們國(guó)內(nèi)為什么很多電池廠家吃很多虧。比如我們一些看不見(jiàn)的因素，還有時(shí)間空間這些東西都對(duì)整個(gè)電池制造產(chǎn)生影響。簡(jiǎn)單的說(shuō)，比如我們中午要吃飯，我把電池放在這里卷繞，發(fā)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程不一樣，實(shí)際電池吸了很多水，這個(gè)水對(duì)電池質(zhì)量產(chǎn)生很重要的影響。我們要控制整個(gè)過(guò)程，時(shí)間也要控制。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，整個(gè)動(dòng)力電池制造就帶來(lái)很多的因素，對(duì)我們整個(gè)制造過(guò)程顯得非常復(fù)雜。到目前為止，我認(rèn)為任何一個(gè)電池廠要建立起來(lái)，要從小規(guī)模到大規(guī)模的生產(chǎn)，它一定要吃過(guò)很多虧。吃這些虧怎么能減少？怎么能少犯錯(cuò)誤？或者從經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程中怎么少犯錯(cuò)誤？我們站在這里說(shuō)，寧德時(shí)代很強(qiáng)大，其實(shí)你們知道他做圓柱的時(shí)候吃了什么虧嗎？你們知道他買美國(guó)這些設(shè)備也吃了很多虧，在這個(gè)過(guò)程中，如果每個(gè)企業(yè)都這樣去吃虧的話，中國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)基本沒(méi)辦法發(fā)展，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)沒(méi)辦法發(fā)展。不是每個(gè)企業(yè)都有像寧德時(shí)代這么好的運(yùn)氣。
動(dòng)力電池從制造角度，還有一個(gè)問(wèn)題，我們把電芯的制造分成六大模塊，大概有20個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)。簡(jiǎn)單算一下，比如CPK為1的時(shí)候，我們只能做到九十四點(diǎn)幾，到目前為止，我們目前國(guó)內(nèi)包括世界上的設(shè)備，現(xiàn)在能夠做到CPK為1的不多，CPK為1是什么概念呢？比如我要求我制造出來(lái)的這套工序合格率是97.73%，有幾家能夠做到這樣的，還有整個(gè)過(guò)程下來(lái)，我們國(guó)內(nèi)目前或者世界上的動(dòng)力電池調(diào)研下來(lái)，大概合格率在90-93%左右。我們動(dòng)力電池整個(gè)行業(yè)在合格率方面確實(shí)有很大的挑戰(zhàn)，如果CPK做到1.33，20個(gè)控制點(diǎn)可以做到99.8%，這是我們要面對(duì)的一些問(wèn)題。這是整個(gè)動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展，我們把前面到2020年前叫新型電池，后面叫新一代的電池。新一代電池對(duì)我們整個(gè)制造過(guò)程帶來(lái)更多的挑戰(zhàn)。
智能制造為什么它是必然呢？第一，電池確實(shí)涉及到太多的技術(shù)，它本身是多物理場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，化工、電子、化學(xué)、機(jī)械、流體力學(xué)、熱血等等都涉及到。制造過(guò)程，水、粉塵、毛刺控制、柔軟極片保護(hù)等等，質(zhì)量影響復(fù)雜、繁多，溫度、濕潤(rùn)、壓力、真空、電力、人。制造合格率的需要，合格率從90%上升到96%再到99%，唯一的途徑就是質(zhì)量的閉環(huán)優(yōu)化?，F(xiàn)代工業(yè)化和信息技術(shù)不斷融合和發(fā)展，制造業(yè)轉(zhuǎn)型，也要求智能制造。
智能制造目前面臨的主要問(wèn)題，第一，我們整個(gè)電池沒(méi)有做到數(shù)字化。數(shù)字化首先我認(rèn)為第一個(gè)我們電池的設(shè)計(jì)還沒(méi)有完全做到數(shù)字化的設(shè)計(jì)，目前電池設(shè)計(jì)還在一個(gè)比照設(shè)計(jì)、參考設(shè)計(jì)的階段，沒(méi)有一個(gè)完整可靠的模型。比如我設(shè)計(jì)了一個(gè)18650，要求18650的內(nèi)阻是30毫，任何一個(gè)做電池設(shè)計(jì)的人他現(xiàn)在做不到這一點(diǎn)。我找了一堆材料來(lái)比較一下，以前是什么樣的，我現(xiàn)在做出來(lái)以后，可能是做到40或者38或者25，這個(gè)過(guò)程中不斷的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這也是決定了我們整個(gè)目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池從設(shè)計(jì)到制造過(guò)程很慢一個(gè)很主要的原因。
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標(biāo)稱電壓：28.8V
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電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
還有我們電池材料數(shù)字化還做不到，比如我們?cè)诩恿线^(guò)程中，幾噸料加到桶里面，這些料的參數(shù)，加的量很難準(zhǔn)確在線計(jì)量，更不用說(shuō)料的成分，我們料的雜質(zhì)，我們料的顆粒度，像類似這樣的東西都很難做到，這些東西都對(duì)我制造過(guò)程產(chǎn)生影響，這些影響對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是非常重要的。還有制造過(guò)程非常復(fù)雜，影響因素很多。還有很重要的一點(diǎn)，整個(gè)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)才20年左右，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的初創(chuàng)，缺少標(biāo)準(zhǔn)體系，缺少建立模型，缺少企業(yè)一定的凝練，來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣一些目標(biāo)。
從整個(gè)動(dòng)力電池制造的成熟度來(lái)說(shuō)，從智能制造的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，我們分成五個(gè)級(jí)別。所有產(chǎn)業(yè)都是這樣的，我們動(dòng)力電池大概處于一到二級(jí)初級(jí)智能的狀態(tài)，什么叫初級(jí)智能？可能有些網(wǎng)絡(luò)連接，有些感知，有些狀態(tài)，我們能夠去統(tǒng)計(jì)產(chǎn)能，統(tǒng)計(jì)質(zhì)量，合格率我只能做到90%，這是一個(gè)普通的制造業(yè)能達(dá)到的水平。我們必須通過(guò)更進(jìn)一步的進(jìn)行所謂的大數(shù)據(jù)分析，包括閉環(huán)質(zhì)量的控制，這個(gè)時(shí)候我們可以把質(zhì)量做到95%左右。如果我們?cè)倬邆鋵W(xué)習(xí)能力，像阿爾法狗一樣，能夠自己不斷去提升過(guò)程，我們可能就有希望把我們電池的質(zhì)量能夠做到99%這樣一個(gè)水平，這是我認(rèn)為整個(gè)動(dòng)力電池制造發(fā)展的成熟度，要一步一步做過(guò)去的一些過(guò)程。
從智能制造的體系架構(gòu)來(lái)說(shuō)，鋰電整個(gè)工業(yè)體系它的基礎(chǔ)首先是標(biāo)準(zhǔn)化。包括電池設(shè)計(jì)和電池制造，第二步是建立模型，有了標(biāo)準(zhǔn)化，我們就可以去建模型，包括電池模型、制造模型、工廠模型、工藝模型、產(chǎn)品模型、質(zhì)量模型，這些模型都需要一個(gè)個(gè)建起來(lái)，這樣才能做到數(shù)字化。我們有了模型才去做數(shù)字化，而不是我們現(xiàn)在去采集數(shù)據(jù)就叫數(shù)字化，因?yàn)檫@樣的數(shù)字化是沒(méi)有意義的。有了數(shù)字化就可以做到智能化。
這是整個(gè)動(dòng)力電池智能制造的工廠體系結(jié)構(gòu)，這個(gè)在很多行業(yè)里面都是類似的，這樣一個(gè)基本的架構(gòu)。從動(dòng)力電池智能制造的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)來(lái)說(shuō)，我剛才說(shuō)過(guò)了，首先我們是要建立工廠模型、產(chǎn)品模型、工藝模型、質(zhì)量模型，這四大模型是在整個(gè)動(dòng)力電池智能制造標(biāo)準(zhǔn)化最重要的。第二個(gè)就是來(lái)料的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，后面是制造模型數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，制造環(huán)境數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，功能部件網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)、設(shè)備、物料互聯(lián)互通互操作標(biāo)準(zhǔn)，最后應(yīng)用這些數(shù)據(jù)來(lái)做到智能化。
有了這些東西，我下面想跟大家說(shuō)一下數(shù)字孿生，剛才說(shuō)了數(shù)字模型，對(duì)動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，要去建立整個(gè)數(shù)字孿生系統(tǒng)，這個(gè)孿生大家知道，兩個(gè)胎兒。對(duì)我們整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，我們的數(shù)字孿生就是指我們?cè)陔娔X里的模型，在實(shí)際的運(yùn)用，這兩個(gè)模型要做到一對(duì)一的，整個(gè)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們要建立這樣的數(shù)字孿生它的價(jià)值在于我們能夠把設(shè)計(jì)做準(zhǔn)確，能夠縮短我們整個(gè)研發(fā)的周期和產(chǎn)品上市的時(shí)間，還有優(yōu)化我們整個(gè)提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還有提高制造效率，增加產(chǎn)品柔性的這樣一個(gè)目的。
基于產(chǎn)品的數(shù)字孿生，首先它的一個(gè)橫向架構(gòu)，就是從虛擬的到實(shí)物的一個(gè)執(zhí)行的過(guò)程。從物料、工藝規(guī)劃到產(chǎn)品的數(shù)字孿生，再到生產(chǎn)的數(shù)字孿生，最后實(shí)現(xiàn)服務(wù)和制造過(guò)程的數(shù)字孿生。從縱向的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要是從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、仿真到工藝規(guī)劃仿真，最后實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化的一個(gè)過(guò)程，這是西門子提出的一個(gè)系統(tǒng)解決方案。從整個(gè)動(dòng)力電池我們來(lái)分析三大數(shù)字孿生在設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)這一塊，主要是搭建這樣一個(gè)數(shù)據(jù)模型，或者體系架構(gòu)模型，有了這樣的體系架構(gòu)模型，就相對(duì)比較完善，來(lái)推進(jìn)我們整個(gè)制造過(guò)程。
智能制造，第一步是做數(shù)據(jù)連接，首先實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通互操作，簡(jiǎn)單的思想，我們把一臺(tái)設(shè)備和系統(tǒng)當(dāng)成一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。有了這樣的節(jié)點(diǎn)，我們就可以做很多東西了。要把它變成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，要把我們的智能裝備，在制品的過(guò)程，包括我們的信息系統(tǒng)首先建立它的元數(shù)據(jù)，信息模型，數(shù)字字典，適配模型，通訊規(guī)范，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。我們?cè)诳偨Y(jié)整個(gè)鋰電制造互聯(lián)網(wǎng)框架模型的時(shí)候，我們認(rèn)為還是選擇混合的云控制模型。我開(kāi)始想云不能在這里用，通過(guò)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際云在鋰電制造里面也有很多價(jià)值。
從智能制造實(shí)現(xiàn)的路徑，首先是基于模型的數(shù)字化，我們把整個(gè)電池產(chǎn)生的過(guò)程，從納米級(jí)的結(jié)構(gòu)到微米級(jí)的到米級(jí)別的，有了數(shù)據(jù)，我們基于大數(shù)據(jù)的智能化，有了這兩個(gè)層面，我認(rèn)為是解決整個(gè)智能制造最基礎(chǔ)的最重要的東西。我這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下，基于模型的數(shù)字化，我們以前的制造過(guò)程是把這幾個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，來(lái)進(jìn)行人為的分析，人為的調(diào)整，來(lái)解決問(wèn)題。最后的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)人的經(jīng)驗(yàn)積累，我們基于模型的工程是怎么來(lái)做呢？我們把這幾個(gè)過(guò)程也是進(jìn)行問(wèn)題的分析，我們首先要建立模型。對(duì)模型的因素進(jìn)行調(diào)整，最后解決問(wèn)題，最后是實(shí)現(xiàn)模型的經(jīng)驗(yàn)積累，這就是智能制造和以前的精益化生產(chǎn)最大的區(qū)別。只有這樣，我們才能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的優(yōu)化，所謂的不斷學(xué)習(xí)，這就是阿爾法狗所做的工作。他有了模型，我上次出現(xiàn)了問(wèn)題，可以避免掉，走優(yōu)化的路徑。我們認(rèn)為我們智能制造要做到學(xué)習(xí)型的生產(chǎn)也是這樣一個(gè)路子，就是基于模型的數(shù)字化，基于模型的優(yōu)化，最后實(shí)現(xiàn)智能制造。
解決數(shù)據(jù)的智能化，首先我們解決這些可視的問(wèn)題。剛才我說(shuō)了有20個(gè)主要的控制點(diǎn)，我們對(duì)這些關(guān)鍵的控制點(diǎn)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化控制，這些是解決可見(jiàn)的問(wèn)題。還有一些隱性的問(wèn)題，比如通過(guò)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)特征分析，來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性的控制，這是我們整個(gè)智能制造必須解決的問(wèn)題。比如設(shè)備故障，比如磨損、腐蝕、泄露等等相關(guān)的問(wèn)題都可以找到，我們通過(guò)數(shù)據(jù)的提取，就可以來(lái)做進(jìn)一步的優(yōu)化，來(lái)實(shí)現(xiàn)健康診斷。有了這樣一個(gè)優(yōu)化的過(guò)程，最后我們就基于設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程反饋的優(yōu)化，這是鋰電智能制造整個(gè)過(guò)程我們必須走全的一個(gè)過(guò)程。
有了動(dòng)力電池的模型，有了數(shù)據(jù)，就可以來(lái)做整個(gè)優(yōu)化了。優(yōu)化的過(guò)程，第一步當(dāng)然是建立數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，建立追溯體系。遺憾的是到目前為止，我見(jiàn)到中國(guó)的鋰電企業(yè)還沒(méi)有一個(gè)建立完全追溯的模型，盡管我們國(guó)家大概在兩年前在西安會(huì)議上馬凱副總理就說(shuō)，我們必須建立整個(gè)電池從材料到電芯的制造，到最后車實(shí)現(xiàn)完全的追溯?，F(xiàn)在我們能做到的我認(rèn)為只能從電芯到車的追溯，從材料到電芯的追溯，還沒(méi)有完全建立起來(lái)，這個(gè)過(guò)程對(duì)我們來(lái)說(shuō)也是非常重要的。有了追溯系統(tǒng)，有了數(shù)據(jù)，我們就可以來(lái)把電池的過(guò)程加進(jìn)來(lái)，有了數(shù)據(jù)就可以分析，電芯的閉環(huán)，就像我們的控制系統(tǒng)一樣，去不斷優(yōu)化質(zhì)量，不斷學(xué)習(xí)，來(lái)提升制造過(guò)程的質(zhì)量。這是動(dòng)力電池制造未來(lái)的一個(gè)框架。
從動(dòng)力電池智能制造，我們認(rèn)為最重要的是實(shí)現(xiàn)這三大目標(biāo)，第一是一次制造的合格率，還有材料利用率怎么提升，我們目前整個(gè)中國(guó)材料利用率都是比較偏低的，大概89-90%的水平。這里當(dāng)然也跟制造過(guò)程，電池設(shè)計(jì)有關(guān)系。還有一致性，目前大概能到1.2的水平，未來(lái)可以做到0.1到0.3的水平，這是智能制造最終實(shí)現(xiàn)的核心目標(biāo)。有了這樣一些目標(biāo)，動(dòng)力電池要降成本，提高質(zhì)量，都可以去實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，合格率從現(xiàn)在的90%提高到96%，對(duì)一個(gè)GWh的電池來(lái)說(shuō)，一個(gè)點(diǎn)相當(dāng)于1500萬(wàn)，6個(gè)點(diǎn)就是9000萬(wàn)或者一個(gè)億，這樣的數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)動(dòng)力電池業(yè)來(lái)說(shuō)，真正有很大的空間，或者有很大的提升質(zhì)量的空間和降成本的空間，這就是我對(duì)整個(gè)智能制造的一個(gè)理解。謝謝大家！
