鉅大LARGE | 點擊量：1313次 | 2018年08月05日
動力電池智能制造的理想與現(xiàn)實
深圳吉陽智能科技有限公司董事長陽如坤先生對動力電池智能制造的理想與現(xiàn)實進(jìn)行了深入分析。
（以下為陽如坤發(fā)言全文：）
陽如坤：感謝劉秘書長的介紹。很高興受動力電池應(yīng)用分會的邀請來做一個有關(guān)動力電池方面的報告。說實話，動力電池的制造，我的理解，我們以前還在說手工打天下，今天我們說智能制造，這里有很遠(yuǎn)的距離。這里結(jié)合我們過程中的一些實踐來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，從起步的角度來看，我們怎么來搭建我們整個鋰電的制造系統(tǒng)。
我的內(nèi)容主要分五個方面，第一個我想說一下產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，第二，我想簡單說一下為什么需要智能制造，第三，說一下智能制造的底細(xì)架構(gòu)，第四方面說一下有關(guān)數(shù)字孿生，最后談一下智能制造整體的實現(xiàn)。
今天上午也有發(fā)改委的吳處長講到，2017年4月25號發(fā)布了《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，我給大家稍微解讀一下。國家把汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展放到了一個空前的高度，國家從來沒有把一個產(chǎn)業(yè)放到這樣一個高度來發(fā)展。這里說到了汽車產(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)國的重要支撐，還要把它作為我們國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。也關(guān)系到我們?nèi)嗣袢罕姷娜粘３鲂校Y源的有效流通，還有生態(tài)文明的建設(shè)，國家制定了汽車強(qiáng)國的密碼，叫做1668，如果大家有興趣的話，可以去研究一下這個，對我們的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常有價值。
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作為動力電池的發(fā)展，我認(rèn)為電動汽車離不開動力電池，動力電池的發(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，它跟以前我們在3C里面看到的產(chǎn)品是完全不一樣的。今天上午也在說，我們電池到底是按照一個產(chǎn)品來做還是按照一個系統(tǒng)來做？我認(rèn)為動力電池就是按照一個標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品來做，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)在這樣一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時候，我們認(rèn)為芯片是移動產(chǎn)品的電腦，電池是移動產(chǎn)品的心臟，心臟怎么健康？我們要對待像鋼鐵、機(jī)器人，像類似這樣的東西來做，才能把整個動力電池做到極致。
從動力電池發(fā)展來說，整個產(chǎn)業(yè)增長非常迅速。從動力電池制造的認(rèn)識來說，我認(rèn)為有以下幾點值得我們認(rèn)真去思考的。首先它是一種納米級的結(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)的材料要實現(xiàn)硬性的定位和精度的要求。還有一個很重要的方面，我們整個生產(chǎn)過程中很多微不足道的因素對整個電池的影響非常大，這也是我們國內(nèi)為什么很多電池廠家吃很多虧。比如我們一些看不見的因素，還有時間空間這些東西都對整個電池制造產(chǎn)生影響。簡單的說，比如我們中午要吃飯，我把電池放在這里卷繞，發(fā)現(xiàn)整個過程不一樣，實際電池吸了很多水，這個水對電池質(zhì)量產(chǎn)生很重要的影響。我們要控制整個過程，時間也要控制。從這個角度來說，整個動力電池制造就帶來很多的因素，對我們整個制造過程顯得非常復(fù)雜。到目前為止，我認(rèn)為任何一個電池廠要建立起來，要從小規(guī)模到大規(guī)模的生產(chǎn)，它一定要吃過很多虧。吃這些虧怎么能減少？怎么能少犯錯誤？或者從經(jīng)驗積累的過程中怎么少犯錯誤？我們站在這里說，寧德時代很強(qiáng)大，其實你們知道他做圓柱的時候吃了什么虧嗎？你們知道他買美國這些設(shè)備也吃了很多虧，在這個過程中，如果每個企業(yè)都這樣去吃虧的話，中國動力電池企業(yè)基本沒辦法發(fā)展，動力電池產(chǎn)業(yè)沒辦法發(fā)展。不是每個企業(yè)都有像寧德時代這么好的運(yùn)氣。
動力電池從制造角度，還有一個問題，我們把電芯的制造分成六大模塊，大概有20個質(zhì)量控制點。簡單算一下，比如CPK為1的時候，我們只能做到九十四點幾，到目前為止，我們目前國內(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，還有整個過程下來，我們國內(nèi)目前或者世界上的動力電池調(diào)研下來，大概合格率在90-93%左右。我們動力電池整個行業(yè)在合格率方面確實有很大的挑戰(zhàn)，如果CPK做到1.33，20個控制點可以做到99.8%，這是我們要面對的一些問題。這是整個動力電池技術(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。新一代電池對我們整個制造過程帶來更多的挑戰(zhàn)。
智能制造為什么它是必然呢？第一，電池確實涉及到太多的技術(shù)，它本身是多物理場的結(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、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題，第一，我們整個電池沒有做到數(shù)字化。數(shù)字化首先我認(rèn)為第一個我們電池的設(shè)計還沒有完全做到數(shù)字化的設(shè)計，目前電池設(shè)計還在一個比照設(shè)計、參考設(shè)計的階段，沒有一個完整可靠的模型。比如我設(shè)計了一個18650，要求18650的內(nèi)阻是30毫，任何一個做電池設(shè)計的人他現(xiàn)在做不到這一點。我找了一堆材料來比較一下，以前是什么樣的，我現(xiàn)在做出來以后，可能是做到40或者38或者25，這個過程中不斷的優(yōu)化來實現(xiàn)的。這也是決定了我們整個目前國內(nèi)動力電池從設(shè)計到制造過程很慢一個很主要的原因。
還有我們電池材料數(shù)字化還做不到，比如我們在加料過程中，幾噸料加到桶里面，這些料的參數(shù)，加的量很難準(zhǔn)確在線計量，更不用說料的成分，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，這些東西都對我制造過程產(chǎn)生影響，這些影響對我們來說也是非常重要的。還有制造過程非常復(fù)雜，影響因素很多。還有很重要的一點，整個動力電池產(chǎn)業(yè)才20年左右，整個產(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，來實現(xiàn)這樣一些目標(biāo)。
從整個動力電池制造的成熟度來說，從智能制造的節(jié)點來說，我們分成五個級別。所有產(chǎn)業(yè)都是這樣的，我們動力電池大概處于一到二級初級智能的狀態(tài)，什么叫初級智能？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)計產(chǎn)能，統(tǒng)計質(zhì)量，合格率我只能做到90%，這是一個普通的制造業(yè)能達(dá)到的水平。我們必須通過更進(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，這個時候我們可以把質(zhì)量做到95%左右。如果我們再具備學(xué)習(xí)能力，像阿爾法狗一樣，能夠自己不斷去提升過程，我們可能就有希望把我們電池的質(zhì)量能夠做到99%這樣一個水平，這是我認(rèn)為整個動力電池制造發(fā)展的成熟度，要一步一步做過去的一些過程。
從智能制造的體系架構(gòu)來說，鋰電整個工業(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個建起來，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，因為這樣的數(shù)字化是沒有意義的。有了數(shù)字化就可以做到智能化。
這是整個動力電池智能制造的工廠體系結(jié)構(gòu)，這個在很多行業(yè)里面都是類似的，這樣一個基本的架構(gòu)。從動力電池智能制造的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)來說，我剛才說過了，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動力電池智能制造標(biāo)準(zhǔn)化最重要的。第二個就是來料的數(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)來做到智能化。
有了這些東西，我下面想跟大家說一下數(shù)字孿生，剛才說了數(shù)字模型，對動力電池來說，要去建立整個數(shù)字孿生系統(tǒng)，這個孿生大家知道，兩個胎兒。對我們整個行業(yè)來說，我們的數(shù)字孿生就是指我們在電腦里的模型，在實際的運(yùn)用，這兩個模型要做到一對一的，整個過程是一個動態(tài)的。簡單來說，我們要建立這樣的數(shù)字孿生它的價值在于我們能夠把設(shè)計做準(zhǔn)確，能夠縮短我們整個研發(fā)的周期和產(chǎn)品上市的時間，還有優(yōu)化我們整個提高產(chǎn)品的質(zhì)量，還有提高制造效率，增加產(chǎn)品柔性的這樣一個目的。
基于產(chǎn)品的數(shù)字孿生，首先它的一個橫向架構(gòu)，就是從虛擬的到實物的一個執(zhí)行的過程。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，最后實現(xiàn)服務(wù)和制造過程的數(shù)字孿生。從縱向的結(jié)構(gòu)來說，主要是從產(chǎn)品的設(shè)計、仿真到工藝規(guī)劃仿真，最后實現(xiàn)工藝優(yōu)化的一個過程，這是西門子提出的一個系統(tǒng)解決方案。從整個動力電池我們來分析三大數(shù)字孿生在設(shè)計、制造和服務(wù)這一塊，主要是搭建這樣一個數(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，就相對比較完善，來推進(jìn)我們整個制造過程。
智能制造，第一步是做數(shù)據(jù)連接，首先實現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通互操作，簡單的思想，我們把一臺設(shè)備和系統(tǒng)當(dāng)成一個互聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點。有了這樣的節(jié)點，我們就可以做很多東西了。要把它變成一個節(jié)點，要把我們的智能裝備，在制品的過程，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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。我們在總結(jié)整個鋰電制造互聯(lián)網(wǎng)框架模型的時候，我們認(rèn)為還是選擇混合的云控制模型。我開始想云不能在這里用，通過實踐，我們發(fā)現(xiàn)實際云在鋰電制造里面也有很多價值。
從智能制造實現(xiàn)的路徑，首先是基于模型的數(shù)字化，我們把整個電池產(chǎn)生的過程，從納米級的結(jié)構(gòu)到微米級的到米級別的，有了數(shù)據(jù)，我們基于大數(shù)據(jù)的智能化，有了這兩個層面，我認(rèn)為是解決整個智能制造最基礎(chǔ)的最重要的東西。我這里簡單說一下，基于模型的數(shù)字化，我們以前的制造過程是把這幾個環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題，來進(jìn)行人為的分析，人為的調(diào)整，來解決問題。最后的結(jié)果是實現(xiàn)人的經(jīng)驗積累，我們基于模型的工程是怎么來做呢？我們把這幾個過程也是進(jìn)行問題的分析，我們首先要建立模型。對模型的因素進(jìn)行調(diào)整，最后解決問題，最后是實現(xiàn)模型的經(jīng)驗積累，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)也是這樣一個路子，就是基于模型的數(shù)字化，基于模型的優(yōu)化，最后實現(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題。剛才我說了有20個主要的控制點，我們對這些關(guān)鍵的控制點來進(jìn)行優(yōu)化控制，這些是解決可見的問題。還有一些隱性的問題，比如通過數(shù)據(jù)采集，通過特征分析，來實現(xiàn)預(yù)測性的控制，這是我們整個智能制造必須解決的問題。比如設(shè)備故障，比如磨損、腐蝕、泄露等等相關(guān)的問題都可以找到，我們通過數(shù)據(jù)的提取，就可以來做進(jìn)一步的優(yōu)化，來實現(xiàn)健康診斷。有了這樣一個優(yōu)化的過程，最后我們就基于設(shè)計，來實現(xiàn)整個過程反饋的優(yōu)化，這是鋰電智能制造整個過程我們必須走全的一個過程。
有了動力電池的模型，有了數(shù)據(jù)，就可以來做整個優(yōu)化了。優(yōu)化的過程，第一步當(dāng)然是建立數(shù)據(jù)采集點，建立追溯體系。遺憾的是到目前為止，我見到中國的鋰電企業(yè)還沒有一個建立完全追溯的模型，盡管我們國家大概在兩年前在西安會議上馬凱副總理就說，我們必須建立整個電池從材料到電芯的制造，到最后車實現(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，還沒有完全建立起來，這個過程對我們來說也是非常重要的。有了追溯系統(tǒng)，有了數(shù)據(jù)，我們就可以來把電池的過程加進(jìn)來，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)，來提升制造過程的質(zhì)量。這是動力電池制造未來的一個框架。
從動力電池智能制造，我們認(rèn)為最重要的是實現(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，我們目前整個中國材料利用率都是比較偏低的，大概89-90%的水平。這里當(dāng)然也跟制造過程，電池設(shè)計有關(guān)系。還有一致性，目前大概能到1.2的水平，未來可以做到0.1到0.3的水平，這是智能制造最終實現(xiàn)的核心目標(biāo)。有了這樣一些目標(biāo)，動力電池要降成本，提高質(zhì)量，都可以去實現(xiàn)。簡單的說，合格率從現(xiàn)在的90%提高到96%，對一個GWh的電池來說，一個點相當(dāng)于1500萬，6個點就是9000萬或者一個億，這樣的數(shù)據(jù)對中國動力電池業(yè)來說，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，這就是我對整個智能制造的一個理解。謝謝大家！
