★上海展湾信息科技有限公司 

1　目标和概述 

锂电池隔膜（属新能源材料）的生产目前存在如下难点： 

（1）生产过程质量监控方面：在实际工艺生产中，平均 每15分钟生产一卷膜，制膜线数据庞杂、更新频繁，工人需 手动抄录、比对，采集效率低，数据误差大，较难追溯质量数 据，需进一步提升质量管控。 

（2）效率提升、成本管控方面：隔膜成本受规模效应、客 户结构、设备折旧、产品良率等众多因素影响，在隔膜价格下 滑的背景下企业需要进一步降低成本，提升人效和生产效率。

 针对上述难点，上海展湾信息科技有限公司（以下简称展 湾）提出了“面向恩捷锂电池隔膜车间的数据采集和生产过程 质量监控方案”，利用Luppiter工业互联网平台，制作了系列 工业业务管理应用和SCADA监控看板，实现质量数据自动采集 和分析及质量过程监控，覆盖生产效率管理、设备运转管理、 工艺履历管理、生产质量管理、环境监测等，数据采集效率提 升90%，生产效率提升15%，产品良率提升5%。 

2　方案介绍 

2.1　系统架构 

 该方案系统架构如图1所示。

 图1 系统架构图 

（1）设备层及边缘层：IoT边缘计算网关支持300多种数 据采集协议，能够对接所有常见的制造设备。本方案采集恩捷 制膜产线的上料系统、萃取机、制膜机、收卷机、大分切机、 小分切机、涂布机、动力空调、缺陷仪等重要生产设备，完成 协议转换、数据采集、缓存和边缘计算。 

（2）平台层：DAC数据分析内核实现采集数据的汇聚、 存储、分析和治理。 

（3）应用层：iWork综合业务平台实时搭建数据报表、 SCADA监控看板等质量管控类的可视化业务应用，帮助恩捷产 线进行设备管理、生产效率管理、品质管理、能源安环管理、 KPI管理等，提升产品质量和生产效率，为企业决策提供数据 支撑和科学依据。

 2.2　硬件平台 

该方案中硬件采用Diana智能制造一体机，部署在车间现 场，开箱即用，实时执行边缘计算，自动采集制膜线、大分 切、小分切、涂布、品质、动力等工段频繁更新的庞杂数据， 取代原来效率低下的人工纸质抄写，大幅提升数据采集效率 （90%）以及数据的准确性（30%）和实时性（达毫秒级）。 

硬件平台具备如下优势： 

（1）全面场景覆盖：内置300+数据采集协议模板，轻松 对接PLC、机器人、数控机床等主流生产设备。 

（2）强大边缘计算：实时判定设备故障并发出告警，具 备数据清洗、去重和实时计算等能力。 

（3）适配多种网络环境：支持有线网络、4G/5G无线网 络、串口转网口等多种网络连接环境。 

（4）快速灵活配置：支持采集频率可配置和集中配置管 理，一站式解决工业设备数据采集复杂性问题。 

（5）多种数据源接入：支持多种数据源接入，如IoT设备 数据、人工录入数据、ETL数据等。 

（6）静默式改造：无需设备停工，减少对生产的影响， 以毫秒级频率自动采集工业设备关键数据。

 2.3　软件平台 

2.3.1　质量和效率监控类业务应用 

 （1）生产质量管理：根据工艺数据分析生成R图、正态分 布图和CPK判定，与规格模板进行对比，密切监控生产质量， 直观展示生产波动，对数据异常值变色告警，提升问题响应 和处理速度，提升产品良率5%；支持自动记录、归档异常数 据，可输入异常原因及对策，便于进行生产复盘。 

 （2）工艺履历管理：报表中展示批次号和卷号对应时间 的工艺数据，通过筛选预先设定好的规格模板，系统将按模板 顺序展示每个采集项的数据及管控值；通过筛选规格模板、产 线、型号及更小颗粒度—设备、生产批号等快速检索海量设备 数据，提升90%人效，大幅节省人工数据比对时间，同时减少 数据误差。 

（3）生产效率管理：对采集数据进行效率维度统计分析 计算，监控隔膜生产的平均速度、平均宽度、产出面积等关键 生产工艺参数；可按照不同产线日或月维度进行计算，不同工 厂/同一工厂的多产线/同一产线的多日、单日进行对比分析； 实时管理生产进度，提升15%生产效率。 

（4）设备运转管理：对设备状态进行详细分类（故障、 停机等），实时记录投入卷数、平均速度、分切时间、换卷时 间等参数，计算设备运转率、良品数、OEE等关键指标，最大 化提升设备工作效率，扩大车间效益。 

（5）风压点检记录：风压影响制膜工艺流程，风压不稳 将损害成品质量。通过统计不同产线、工段的风压点检数据， 实时监控环境风压，感知环境异常，确保生产环境及工艺的稳 定性。

 （6）温湿度记录：温度、湿度影响制膜工艺流程。温湿 度记录密切监测不同时段车间的温度和湿度数据，超出阈值则 变色告警，将温湿度对生产的影响降至最低，精细化管理产品 质量，提升良品率。

 （7）历史数据展示：支持查看所有采集数据，支持按产 线、设备、时间段进行高效检索，随时掌握关注时期的数据变动 情况；支持多个采集项同时对比查看，自动生成统计分析图表。

 2.3.2　SCADA运行状态监控 

搭建SCADA监控看板，实时监控设备运行，辅助业务决策。 

（1）车间级：调用车间级分析模板，对全车间各产线综合监控，涵盖产线状态、运行效率分析、产量分析等。 

（2）产线级：采用下钻式分析逻辑对产线细节监控，涵盖产线工段状态的实时监控、各工段指标分析等。

 2.4　安全措施 

（1）平台安全：平台支持集群部署、负载均衡、7x24小时性能监测，具备DDOS攻击防护、WAF防火墙等多种安全防 护能力，保障核心数据安全和业务稳定可用。 

（2）数据安全：一体机对设备的数据采集为单向读取操 作，防止对生产设备进行任何控制操作，保障设备和控制安 全。一体机通过身份认证后接入，同时遵从标准MQTT/OPC UA协议架构保障数据安全传输，支持网络中断时将数据临时本 地存储，网络可用时自动将离线数据上传，防止因网络抖动引 起的数据丢失。 

（3）网络安全：生产网和办公管理网严格划分网络边 界，并通过防火墙或VLAN进行隔离，保障生产网的数据和运 行安全。

 3 　代表性及推广价值 

3.1　应用情况及效果 

（1）展湾方案应用广泛，已经在恩捷多家工厂200条产线 落地实施，覆盖制膜、大小分切、涂布、品质和动力线100% 的工艺、设备，并在不断拓展产能的分厂和产线落地实施。 

（2）实现质量数据的自动采集和统计分析及质量过程监 控，管理报表的颗粒度从小时级提高到分钟级，人效提高90% 以上。 

（3）通过可视化工业应用及SCADA看板提升工艺稳定 性，增强品质和成本管控，产品良率提高5%，生产效率提升 15%。 

（4）助力恩捷（无锡）成功入选2021年无锡市数字经济 优秀案例。 

3.2　商业价值 

锂电池应用广泛，包括消费电子、动力电池以及储能三个 主要市场，以及一些细分市场，如电动工具等。2022年，全球 锂电池市场规模达598.7亿美元，全球锂电池隔膜供给达150亿 平方米。

 从全球锂电池市场来看，恩捷股份及少数国内其他厂商， 凭借技术积累及产业规模的扩大，已经成功进入全球主流电池 厂商的供应链，与国外三大锂电池生产巨头：松下、三星、LG Chem和占中国锂电池市场近80%市场份额的前五家锂电池生 产企业：宁德时代、比亚迪、国轩、孚能、力神，以及其他超 过20家的国内锂电池企业都建立了良好的合作关系。 

基于上述市场规模及未来预期推广，展湾数字化方案应用 的市场价值预计可达500亿元。

 3.3　社会价值 

（1）提高工业数字化、智能化水平 

目前，中国工业智能化已从探索阶段进入实际开发和应 用落地阶段。将边缘计算等新型信息技术应用于工业互联网平 台业务中，并以此为基础打造一个便捷、高效、实用、智能的 质量数据采集和分析的应用体系，提升设备数字化、智能化水 平，为企业决策提供数据支撑，实现工厂从管人到管设备的飞 跃。 

（2）节能减排，助力“双碳” 

通过制作工业应用和SCADA监控看板进行自动数据采集 和分析，提升人效，减少人工纸质抄写，降低纸张使用率，每 年可节省19200000张纸，相当于保护1425.0624棵树，减少二 氧化碳排放25651.1232kg，助力“双碳”目标实现。

摘自《自动化博览》2023年第2期暨《边缘计算2023专辑》