Puneet Sinha，西門子數(shù)字化工業(yè)軟件電池行業(yè)高級總監(jiān)

電池行業(yè)在國家經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，根據(jù)行業(yè)報告預(yù)測，到本世紀(jì)末，電池行業(yè)將實現(xiàn)十倍增長；而這一增長的核心驅(qū)動力，是包括電動交通以及儲能等行業(yè)對于鋰電池的大量需求。無論是行業(yè)的新入局者還是老牌廠商在這種趨勢下都面臨著相同的挑戰(zhàn)，即如何在滿足成本、質(zhì)量和可持續(xù)性目標(biāo)的同時，縮短生產(chǎn)時間，降低廢品率，最大限度地提高產(chǎn)量。

要實現(xiàn)以上目標(biāo)，企業(yè)需要建立一個數(shù)字制造框架，通過自動化技術(shù)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）設(shè)備將生產(chǎn)數(shù)字孿生連接到真實的工廠運營，以便在工廠運營之前對生產(chǎn)線進行仿真設(shè)計和優(yōu)化，并對生產(chǎn)流程進行驗證，從而降低投資風(fēng)險并縮短規(guī)?；瘯r間。將數(shù)字框架與自動化軟硬件以及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)連接起來，有助于實現(xiàn)生產(chǎn)的端到端集成。這為大規(guī)模生產(chǎn)提供了執(zhí)行洞察力，并提供由數(shù)據(jù)驅(qū)動的框架，以持續(xù)提高生產(chǎn)吞吐量，同時平衡生產(chǎn)過程的可持續(xù)性和企業(yè)的長期盈利能力。

通過虛擬開發(fā)實現(xiàn)快速擴展

我們過去幾年的客戶案例提供了這樣一個洞察：一個企業(yè)從宣布建立工廠，到實現(xiàn)穩(wěn)定的規(guī)模生產(chǎn)往往需要7年或更長時間。面對快速變化的電池市場，擴大生產(chǎn)所耗的時間對任何企業(yè)來說都是一個巨大挑戰(zhàn)。制造業(yè)運用虛擬開發(fā)的目標(biāo)是通過連接多學(xué)科工程加快工廠的設(shè)計、建設(shè)和布局。在那里，企業(yè)可以創(chuàng)建流程、生產(chǎn)線和工廠的可靠仿真版本，同時，工程師可以準(zhǔn)確評估各種化學(xué)物質(zhì)對電池性能、電池安全性和老化的影響，并以此優(yōu)化電池設(shè)計，最大限度地提高能量密度和快速充電能力。在數(shù)字孿生技術(shù)的加持下，工程師能夠根據(jù)封裝要求和終端系統(tǒng)要求，對電池設(shè)計和行為進行仿真驗證，將電池設(shè)計和工程的時間加快2到3倍。同時，數(shù)字孿生還能夠憑借強大的PLM骨干，讓產(chǎn)品、生產(chǎn)和工廠緊密連接，從而使企業(yè)決策者能夠在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)考慮各環(huán)節(jié)的相互依存性和變化所帶來的影響。

集成式解決方案助力大規(guī)模生產(chǎn)

大規(guī)模生產(chǎn)最大的挑戰(zhàn)之一是高廢品率。我們可以從過去的行業(yè)數(shù)據(jù)中看到，電池生產(chǎn)的平均報廢率約為40%甚至更高，在大多數(shù)情況下，當(dāng)生產(chǎn)開始幾年后達到全速生產(chǎn)能力時，報廢率才能保持在10%以下。這樣的報廢率是降低生產(chǎn)成本的瓶頸。為了在保障制造質(zhì)量的同時降低報廢率，企業(yè)需要在工廠執(zhí)行端到端的軟硬件集成方案。這種解決方案可以實現(xiàn)從仿真驗證的流程計劃到無紙化生產(chǎn)的數(shù)字化連續(xù)性。制造執(zhí)行軟件通過SCADA系統(tǒng)與自動化硬件連接，使制造團隊能夠輕松進行大規(guī)模生產(chǎn)并實施所需的生產(chǎn)實踐。通過IT和OT的融合來跟蹤、識別和緩解問題。

此外，工廠和供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)共享也可以促進高效調(diào)度，創(chuàng)建更有效的廠內(nèi)物流和安全的供應(yīng)鏈，以確保材料的來源，以及控制每個階段產(chǎn)生的環(huán)境影響。更加互聯(lián)的制造過程通過多維度的標(biāo)準(zhǔn)化降低了復(fù)雜性，同時增加了靈活度。

智能生產(chǎn)是提高產(chǎn)量和實現(xiàn)可持續(xù)制造的關(guān)鍵

鋰電池生產(chǎn)的每一個步驟都關(guān)乎不同程度的時間成本以及資源成本，例如電池細胞形成和老化可能需要10天左右，嚴重影響了生產(chǎn)吞吐量，需要優(yōu)化電極干燥或油墨混合等制造步驟，在不影響質(zhì)量的情況下降低能耗。此外，電池生產(chǎn)是一個非常耗能的過程，能夠消耗多達40個單位的能量來生產(chǎn)一個單位的電池能量。這無疑會給企業(yè)帶來壓力，需要優(yōu)化工廠的能源消耗來減少碳足跡。為了解決這些問題，電池制造商需要提高機器和工廠數(shù)據(jù)的使用率，為電池生產(chǎn)和工廠運營帶來所需的智能。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)與制造執(zhí)行系統(tǒng)和生產(chǎn)數(shù)字孿生的連接是數(shù)據(jù)驅(qū)動制造的關(guān)鍵。鋰電池制造是一個高度復(fù)雜的過程，其中涉及大約600個工藝?？紤]到電池細胞生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)量和各種制造步驟復(fù)雜的相互依賴性，需要使用人工智能來理解不同步驟之間的相互關(guān)系，并向產(chǎn)品/工藝合作伙伴持續(xù)學(xué)習(xí)，比較典型的用例是在線質(zhì)量控制、測量漿料粘度的計算機視覺、涂層缺陷，以及老化過程中電池細胞行為的預(yù)測。具有標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)平臺有助于將IT和OT結(jié)合在一起，并從機器和工廠無縫獲取數(shù)據(jù)。

此外，以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動的運營使企業(yè)能夠跟蹤能源消耗，以減少碳足跡。通過對機器進行預(yù)測性維護，還可以減少工廠運營期間的停機時間，從而提高整體生產(chǎn)吞吐量。

電池行業(yè)的制造成本約占電池成本的25%，在提高質(zhì)量和生產(chǎn)吞吐量的同時，快速降低報廢率是電池行業(yè)在未來幾年快速擴張的核心。想要在快速擴張的電池行業(yè)中樹立領(lǐng)先地位，意味著在運營開始之前就將仿真和驗證過程“左移”，創(chuàng)造有彈性的供應(yīng)鏈。通過集成的硬件和軟件解決方案，為端到端生產(chǎn)帶來執(zhí)行洞察，從而降低廢品率并提高質(zhì)量。而要做到這一切的可持續(xù)性和長期盈利，就需要企業(yè)最大限度地減少能源消耗，限制整體碳足跡，保持所有生產(chǎn)的可見性，并在問題發(fā)生之前預(yù)測問題，以有效應(yīng)對未來之風(fēng)險。