★北京亚控科技发展有限公司

1  背景

当前，碳达峰、碳中和已经成为全球共识，新能源产业应时代要求快速发展，发展势头强劲，不断助力碳减排。得益于新能源汽车的快速发展，我国动力电池需求和装机量增长较快，动力电池和储能电池的高速发展需要相应的锂电池上游材料相匹配。经过十多年的发展，我国已经成为全球锂离子电池正极材料最主要的生产国之一。根据中国有色金属工业协会锂业分会统计数据，2021年，中国正极材料总产量约111.17万吨，同比增长100.78%，其中三元材料产量为44.05万吨，同比增加102.62%，磷酸铁锂产量45.91万吨，同比增加188.74%。三元材料和磷酸铁锂的占比合计超过80%，且均快速增长。相应的三元前驱体产量超过20,000吨的厂家共有7家，合计产量可达24.9万吨，占总供应量的63.4%。中国负极材料产量为81.59万吨，同比增长76%。全球负极材料产量为88.27万吨，同比增长63%；中国负极材料全球市占率进一步攀升，从85%提升至92%。

2  案例实施与应用

本解决方案适用与锂电正极、负极、三元前驱体等材料工厂和集团的生产管控，功能包含生产计划、过程管理、物料调拨、质量管理、设备管理、能源管理等管控功能；并对集团或工厂从集团化、智能化建设进行整体规划设计，对集团或工厂内所有信息化系统范围进行统一规划，并确定各系统的业务管理范围，规划系统接口，建立集团或工厂内部整体信息化系统的对接方案。

图1 部署架构图

本次解决方案的支持在集团或工厂部署我们的统一的开发中心和运维中心，IT/工程师可以在集团进行统一的开发和运维，将运行节点部署在各个工厂，各工厂节点相互独立，例：A工厂故障或宕机，不会影响B工厂或其他工厂运行。相关人员也可在集团监控各工厂运行情况。

图2 系统集成架构图

亚控系统平台对外提供多种标准的数据接口，可实现与其它第三方系统的数据对接和集成。结合亚控在锂电材料行业的信息化建设经验，主要有以下系统的对接：ERP系统、APS系统、WMS系统、WCS系统、OA系统、LIMS系统、QMS系统等。

图3 功能模块图

· 计划管理：计划是生产执行的前提，计划管理模块主要用于生产计划录入、生产计划排程、生产计划下发。使生产车间能够按照既定的生产计划进行生产，便于生产进度把控和生产统计管理。

· 工厂建模：对企业工厂物理空间、产品工艺、物料、人员进行数字化建模，支撑系统实现数字化管理，其中工艺建模是对产线工艺基础信息管理，是计划排产以及生产调度的静态数据基础，支持从第三方系统导入。

· 调度管理：生产计划与生产执行的衔接模块，根据下发到车间的生产计划，进行相关物料的生产调度，调度内容包含原辅料出入库、制程品出入库、产成品出入库等，支持与WMS、WCS等系统对接。

· 仓储管理：是对物料的出入库的全面管控和库存的实时统计。物料管控包括来料管理、成品出入库管理，仓储管理与WMS系统同步物料信息，可对仓库物料进行锁定/解锁操作，对仓库物料实时库存统计，并可设定物料的安全库存、安全期。

· 生产管理：生产管理模块是对车间生产的开工、报工、生产扫码、工单/批次进度情况的实时监控、生产异常的快速响应以及生产数据统计。

· 工艺监控：通过工艺监控，能够实时有效地监控现场产线、设备的运转情况，并能够根据计划排产形成的操作步序与设备层DCS系统交互，控制现场设备运行，并进行防呆防错，有序进行生产。

· 质量管理：能够有效控制原料、制程品、产出品的质量状态，并且能够准确记录生产过程中产生的质量数据，便于后续追溯。同时，能够快速定位到生产过程中的质量问题并做出准确分析。

· 设备管理：对车间生产设备进行全面闭环管理，包括设备台账、设备维修管理、设备周期性保养、设备点巡检管理、维保知识库、备品备件管理以及设备状态统计、设备故障统计、设备效率统计等。

· 能源管理：能够实时有效地监控厂区内的能源消耗情况，并根据存储的能源历史数据，从多个维度（时间、能耗类型等）进行能耗的分析。

· 系统管理：根据生产管理部门及职能管理范围，对人员的基本信息、角色及系统操作权限的划分进行管理。

3 应用创新性与难点问题

（1）应用创新性

采用的软件产品层面，从设备数据采集到数据边缘计算处理，以及数据应用展示，全部实现国产化。采用亚控科技自主研发的一整套从数据采集到数据分析展示的工业互联网软件平台，各个软件平台均可通过配置或通过拖拉拽等组态方式进行系统开发，同时各层级平台都有相应的对接第三方系统的接口。

业务层面，本次解决方案不仅是将上层ERP或APS下发的业务执行指令，转化为设备或者机台可执行的生产指令，还将设备进行分解，物料进入设备或工序需要经历哪些步骤才能流入到下一个设备或工序，形成生产所需的任务队列，保证物料在生产过程中是按照既定工艺进行生产的，同时在任务队列里面相应的增加一些品质的管控点，保证生产过程中的产品的稳定性和一致性。同时应对物料流转的业务场景也是相当的丰富，例：管道、人工、AGV/RGV，相应的场景均有相应的解决方案。

（2）难点问题及解决思路

锂电材料行业的数据采集及存储：由于新能源行业飞速发展，所以安全问题再一次被大众提起，所以汽车厂商不仅需要的是锂电池生产过程中的数据，还需要其上游锂电材料的生产过程数据，用于出现事故时进行分析，所以很多锂电池厂家都要求锂电材料厂家的生产过程数据不仅要采集也要有一定的存储年限。因此本次解决方案采用的软件平台KingIOServer、KingHistorian完美地解决这个问题。

软件平台的自主可维护性和拓展性：由于锂电材料行业还属于新兴行业，所以需求的变动一直是最难解决的问题，现场人员是希望系统可以随着业务流程变动，但开发人员又不想去改，或者更改又需要成本费用。因此，本次项目采用的所有软件平台，都会将二次开发源代码开发，用户可以通过配置、拖拉拽等开发进行二次开发和自主维护。

4 效益分析

通过本次项目建设，给用户创造的价值见表1。

表1

5 案例意义

本项目的实施帮助企业建立了符合下游锂电池厂家需求的生产追溯、生产管控、品质把控等功能，协助企业提高市场占有率，提升企业市场反应效率，保证订单交期，减少客诉率，同时提高企业生产资源利用率，减少部门协同所消耗的时间，并且所建设的系统达到了甲方完全可自主维护的程度，大大减少了维护难度和成本。

摘自《自动化博览》2022年7月刊