經(jīng)過過去十年的發(fā)展，中國電池制造業(yè)，特別是動力電池制造業(yè)從拼湊階段(手工，半自動化制造)進入到了自動化階段(流程化作業(yè)，自動倉庫，機器人和自動物流)，電池制造的速度越來越高，單工廠的產(chǎn)能也越來越高，在這個基礎(chǔ)上，我們國家整體電池制造產(chǎn)能已經(jīng)突破了100GWh，占據(jù)了世界第一的位置。與此同時，電池行業(yè)的發(fā)展需求也出現(xiàn)了顯著的變化，不論是智能手機領(lǐng)域?qū)τ诳焖俪潆姾痛笕萘侩姵氐淖非螅€是新能源汽車對于高容量以及安全性的需求，都為電池行業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，電池制造的革新將從以往的自動化效率的提升轉(zhuǎn)向效率和品質(zhì)并重的階段。

工信部在《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件(2017)》中也明確提出了需要對于生產(chǎn)過程進行全管控，并要求建立質(zhì)量管理和追溯體系，同時在補貼標(biāo)準(zhǔn)上進行了差異化的補貼標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志國家的引導(dǎo)政策從“量的提升”開始轉(zhuǎn)向“質(zhì)的提高”，電池制造需要從追求產(chǎn)能的大規(guī)模制造階段轉(zhuǎn)向優(yōu)質(zhì)制造的階段。

優(yōu)質(zhì)制造是電池企業(yè)匹配新能源汽車高端市場必然要求，而對于汽車制造業(yè)，由于受到TS16949以及國家強制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，需要對于制生產(chǎn)過程中的計劃、生產(chǎn)、質(zhì)量、庫存、出貨、售后等過程進行全流程管控，因此，實施MES也就成了優(yōu)秀企業(yè)必不可少的一部分，同時也是制造企業(yè)實現(xiàn)智能化制造的必經(jīng)之路。

要實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)制造，就需要是需要收集生產(chǎn)過程中相關(guān)要素的關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過對于采集到的數(shù)據(jù)進行有效統(tǒng)計和特征性分析，建立生產(chǎn)分析和評估體系，并在此基礎(chǔ)上進行判斷，得出生產(chǎn)改善和優(yōu)化的對策，這就是優(yōu)質(zhì)制造的基本雛形^[1]。

在此背景下為動力電池生產(chǎn)線建立MES系統(tǒng)，將生產(chǎn)線從自動化產(chǎn)線升級到數(shù)字化產(chǎn)線，成為了行業(yè)內(nèi)的基本共識。

1 研究現(xiàn)狀及趨勢

目前動力電池生產(chǎn)企業(yè)雖然生產(chǎn)自動化水平有顯著提高，但生產(chǎn)信息化水平不高，生產(chǎn)過程的管理水平還相對落后，如動力電池生產(chǎn)周期相對較長，生產(chǎn)設(shè)備較多，而且不同生產(chǎn)段設(shè)備能力估算復(fù)雜，生產(chǎn)的不均衡、生產(chǎn)動態(tài)信息的不共享給現(xiàn)場管理帶來巨大困難，企業(yè)迫切需要采取詳細準(zhǔn)確的計劃排產(chǎn)、作業(yè)調(diào)度、生產(chǎn)跟蹤、現(xiàn)場半成品庫存管理、物料管理等措施。因此，加強各個生產(chǎn)段的現(xiàn)場管理勢在必行，只有提升各個生產(chǎn)段的現(xiàn)場管理水平，才能早日實現(xiàn)動力電池質(zhì)量和性能的提升。將制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES) 技術(shù)引入到電池生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過程的管理中，解決其實際生產(chǎn)中存在的問題，將會極大提高電池生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)水平^[2]。

目前鋰電池生產(chǎn)企業(yè)由于生產(chǎn)產(chǎn)品的尺寸、材料等行業(yè)內(nèi)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)造成生產(chǎn)自動化面臨極大的挑戰(zhàn)，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中由于數(shù)據(jù)量大、缺乏精密測量手段等原因造成生產(chǎn)過程精密質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取困難，為使鋰電池生產(chǎn)過程管理透明、質(zhì)量可控、產(chǎn)品可追溯，引入MES系統(tǒng)可以實現(xiàn)“可視化管理”。MES在整個企業(yè)信息集成系統(tǒng)中承上啟下，是生產(chǎn)活動與管理活動信息溝通的橋梁。

2 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)設(shè)計

系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一軟件、統(tǒng)一硬件，采用成熟、可靠技術(shù)，以整體性、實用性為主，兼顧先進性和可擴充性等等。其設(shè)計原則如下：

先進性:選用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要具有先進性，但也要注意實用、成熟和安全可靠。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)硬件平臺、軟件平臺、開發(fā)工具、應(yīng)用軟件都應(yīng)選擇具有較長的生命周期，保護用戶的投資效益。

開放性：選擇的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要具有開放性，能適應(yīng)不同的使用環(huán)境，并具有良好的可擴展性。盡量選用符合國際、國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備。

系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化、模塊化：保證整個系統(tǒng)的完整性、統(tǒng)一性、靈活性，適應(yīng)管理體制的改革，滿足未來需求變化的需要。

實用性：要能充分利用現(xiàn)有資源、設(shè)備及系統(tǒng)，并在技術(shù)上考慮將來應(yīng)用發(fā)展需要。充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，充分滿足領(lǐng)導(dǎo)層、管理層、業(yè)務(wù)層及不同業(yè)務(wù)部門的需求。

拓展性：系統(tǒng)應(yīng)滿足企業(yè)/工廠在技術(shù)變更或規(guī)模擴張時，能夠針對需求進行功能擴展。

建立一個全面的、集成的、先進的和穩(wěn)定的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，以滿足生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、系統(tǒng)管理等功能需求。針對生產(chǎn)過程，建設(shè)企業(yè)的數(shù)據(jù)管理平臺，優(yōu)化并建立一套標(biāo)準(zhǔn)管理模式和業(yè)務(wù)流程，提升控制能力和工作效率，并可快速進行推廣應(yīng)用。

2.1　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集

采用簡單、有效、可靠和安全的設(shè)備數(shù)據(jù)采集以及條碼標(biāo)簽識別技術(shù)，在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置數(shù)據(jù)采集點，通過設(shè)備或人工簡單、快速的采集生產(chǎn)信息，對產(chǎn)品計劃執(zhí)行情況的整個制造過程進行跟蹤，將生產(chǎn)活動的進行狀態(tài)處于監(jiān)控之內(nèi)^[3]。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的采集包括:原材料信息、在制品信息、成品信息；生產(chǎn)過程信息、工藝信息；供應(yīng)商信息、客戶信息；設(shè)備管理及運行信息；質(zhì)量信息；工廠建模等基礎(chǔ)信息。

信息采集模塊在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置數(shù)據(jù)采集點如設(shè)備、人工、機臺等進行自動、半自動和人工方式采集信息。MES收集生產(chǎn)過程參數(shù)，但不參與生產(chǎn)過程的自動控制，從原材料、零部件入廠到成品出廠所有環(huán)節(jié)的信息進行收集，信息采集主要包括倉儲信息、生產(chǎn)過程信息、產(chǎn)品質(zhì)量信息三大部分。包含報警信息、I/O狀態(tài)、工藝狀態(tài)信息、實時工藝數(shù)據(jù)、產(chǎn)量信息、合格率信息、設(shè)備狀態(tài)信息、其它與工藝和診斷相關(guān)的信息。

2.2　生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控

管理人員可以監(jiān)控生產(chǎn)情況，包括物料配送情況以及生產(chǎn)線上設(shè)備問題。將生產(chǎn)信息以數(shù)字化、圖形化的方式實時、準(zhǔn)確地反饋給各級生產(chǎn)管理人員；

通過實時看板模塊的利用可以將現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備、其他系統(tǒng)之間對接，實時顯示屏顯示生產(chǎn)線的各種信息，如生產(chǎn)狀態(tài)、物料狀態(tài)、質(zhì)量信息、設(shè)備狀態(tài)等，便于生產(chǎn)管理人員及時了解生產(chǎn)現(xiàn)場的情況，從而可對大規(guī)模的復(fù)雜工藝進行有效的管理和控制。可通過控制端PC登錄，進行看板信息的查詢，設(shè)置和管理，以顏色突出異常信息。看板設(shè)置具備版面彈性配置接口，可自定義信息位置、內(nèi)容、數(shù)據(jù)源、公告事項等配置功能^[4]。

看板類型包括：

生產(chǎn)看板，用于實時顯示產(chǎn)量信息，重要事件提醒功能等，具有時間調(diào)度控制功能，可在控制終端設(shè)置需監(jiān)控的生產(chǎn)時間，可利用輸入終端輸入重要事件，并在車間顯示屏顯示重要事件提醒。可用于展現(xiàn)車間/計劃生產(chǎn)狀況實時顯示，包括各產(chǎn)品生產(chǎn)類型、投入數(shù)、產(chǎn)出數(shù)、計劃產(chǎn)能、時段產(chǎn)能、直通率。

質(zhì)量看板，質(zhì)量看板用于及時顯示車間產(chǎn)線不良信息并進行報警提示，可展現(xiàn)不良類型統(tǒng)計、生產(chǎn)數(shù)量、不良數(shù)量、不良率、及不良率超限時進行超限標(biāo)識，從生產(chǎn)源頭上有效地防止了不良品的產(chǎn)生及流到下一道工序，確保了質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.3　生產(chǎn)過程管理

一切生產(chǎn)過程可根據(jù)車間反饋實時數(shù)據(jù)進行靈活作業(yè)及調(diào)度，保證生產(chǎn)作業(yè)的效率及可實現(xiàn)性。

物料管理，包含物料采購、倉儲、運輸、生產(chǎn)計劃、庫存控制和質(zhì)量控制。保證物料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化，適時供應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場所需物料，有效率的收發(fā)物料；對原料及成品進行精細化存儲，并根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場進行物料拉動，滿足精確和靈活的庫內(nèi)作業(yè)管理功能。

生產(chǎn)計劃管理，進行科學(xué)的生產(chǎn)計劃、排產(chǎn)、調(diào)度，工序與工序質(zhì)檢的精密關(guān)聯(lián)度，要求生產(chǎn)管理系統(tǒng)必須充分利用系統(tǒng)工具，在生產(chǎn)層面制定精細且優(yōu)化的生產(chǎn)計劃，并能靈活的根據(jù)產(chǎn)線生產(chǎn)的實際狀況迅速合理的調(diào)配資源。一旦生產(chǎn)某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，調(diào)度機制馬上啟動確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

流程工藝管理，為產(chǎn)品建立生產(chǎn)模型，包含生產(chǎn)流程、生產(chǎn)規(guī)范、原料規(guī)格料號等相關(guān)屬性設(shè)定。工藝流程對象與工作中心、生產(chǎn)工序、產(chǎn)品型號屬性關(guān)聯(lián)，配置產(chǎn)品工藝流程，定義產(chǎn)品生產(chǎn)路線，并進行生產(chǎn)制程管控。如果在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)未按工藝流程作業(yè)，出現(xiàn)跳站、漏站的情況，系統(tǒng)將實現(xiàn)防呆^[5]。

設(shè)備管理，通過設(shè)備臺帳管理，掌握設(shè)備的整體狀況、分布、使用情況和具體單臺設(shè)備的使用狀態(tài)；通過監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的運行狀態(tài)、運行性能、實時能耗，對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備異常進行及時提醒及處理。實時監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)；將所有設(shè)備的實時狀態(tài)，在B/S端上進行展現(xiàn)，便于相關(guān)人員清晰明了的掌握現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，及時進行處理。

質(zhì)量管理，系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)墓?yīng)商、原料到售后服務(wù)的整個產(chǎn)品的生產(chǎn)和生命周期進行質(zhì)量記錄和分析，并在生產(chǎn)過程控制的基礎(chǔ)上對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量問題進行嚴(yán)格控制，能有效地防止不良品的流動，降低不良品率。物料、半成品、成品跟蹤功能可根據(jù)批次物料的質(zhì)量缺陷，追蹤到所有使用了該批次物料的成品，也支持從成品到原料的逆向追蹤。

2.4　信息追溯

結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集進行過程數(shù)據(jù)記錄及追溯實現(xiàn)生產(chǎn)再現(xiàn)，實現(xiàn)物料、在制品及完成產(chǎn)品的監(jiān)控追溯。

從原材料、部件入廠到成品出廠所有環(huán)節(jié)的信息查詢，通過單一條件或復(fù)合條件可追溯設(shè)備信息、質(zhì)量信息、生產(chǎn)計劃信息、工藝信息、產(chǎn)品信息、物料信息、生產(chǎn)環(huán)境信息等。

主要包括物料來源、產(chǎn)品履歷、產(chǎn)品標(biāo)識與追溯、制程標(biāo)識與追溯、通過產(chǎn)品跟蹤和清單管理功能的使用，信息系統(tǒng)能監(jiān)視產(chǎn)品在任意時刻的位置和狀態(tài)，收集和記錄產(chǎn)品或物料加工工序、加工結(jié)果的數(shù)據(jù)，形成每個物料或產(chǎn)品可追溯性記錄。

追溯產(chǎn)品SN的物料信息、生產(chǎn)信息、輔料信息、質(zhì)量信息，通過該功能直觀的展現(xiàn)生產(chǎn)過程情況，完整追蹤產(chǎn)品的生產(chǎn)履歷，并可正向或反向追溯產(chǎn)品生產(chǎn)信息。

通過產(chǎn)品SN，追溯產(chǎn)品所使用的物料信息、操作信息、設(shè)備參數(shù)、質(zhì)量檢驗信息及工藝流程等；并可查詢該產(chǎn)品所屬批次，追溯同批次其他產(chǎn)品及所用的物料、設(shè)備、人員、工序等信息。系統(tǒng)判斷產(chǎn)品使用物料是否為外購或自制。

2.5　與其他系統(tǒng)對接

為實現(xiàn)MES系統(tǒng)，需要通過MES系統(tǒng)將企業(yè)中目前已有的IT系統(tǒng)進行串接，實現(xiàn)流程的順暢進行。系統(tǒng)集成是在系統(tǒng)工程科學(xué)方法的指導(dǎo)下，根據(jù)用戶需求，優(yōu)選各種技術(shù)和產(chǎn)品，將各個分離的子系統(tǒng)連接成為一個完整可靠經(jīng)濟和有效的整體，并使之能彼此協(xié)調(diào)工作，發(fā)揮整體效益，達到整體性能最優(yōu)^[6]。

數(shù)據(jù)交互基本分為兩個方式，一種是其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MES系統(tǒng)，另外一種是MES系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)給其他系統(tǒng)。數(shù)據(jù)接口的交互采用訪問第三方文件、調(diào)用數(shù)據(jù)接口（例如WebServices）、訪問中間數(shù)據(jù)庫等方式來實現(xiàn)第三方系統(tǒng)接口統(tǒng)一。MES應(yīng)可以支持多種形態(tài)的接口方式，開發(fā)能滿足各種設(shè)備/系統(tǒng)的接口模塊。

接口要求：

1)  環(huán)境設(shè)備資料收集接口：需整合工廠環(huán)控監(jiān)控系統(tǒng)取得實時環(huán)境信息。

2)  PLC與OPC接口：支持自行定義PLC監(jiān)測端點，當(dāng)有該監(jiān)測點設(shè)備點位事件上報時，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動儲存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

3)  設(shè)備數(shù)據(jù)庫接口：支持工藝設(shè)備與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)上傳等。

3 結(jié)論

實施基于鋰電行業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)鋰電池生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時采集及可靠傳輸、生產(chǎn)質(zhì)量實時檢測與控制及產(chǎn)品制造過程信息的全面集成與融合等功能，實現(xiàn)制造過程的可視化和可控化，為數(shù)字化企業(yè)奠定堅實的數(shù)據(jù)與信息基礎(chǔ)，實現(xiàn)產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的雙向追溯能力，為精益、敏捷生產(chǎn)提供保障，進而為鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)的制造能力和綜合競爭能力的進一步提升提供強有力的支撐，逐步形成鋰離子動力電池工藝裝備的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻

1、凌翔，白小波.鋰電池生產(chǎn)全流程物料跟蹤追溯系統(tǒng)研究[J].電源技術(shù)。2017，1:34－37.

2、李劼，吳免利，鄒忠，肖昕，孫正軍.鋰離子動力電池組智能檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電源技術(shù)，2009，10:906－909.

3、胡友民，杜潤生，楊叔子.制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究[J].制造自動化，2008，（3）:23～27.

4、孫宇，陳杰，李東波，等.略論制造執(zhí)行系統(tǒng)研究[J].高技術(shù)通訊，2009，（10）:60～62.

5、張書亭，楊建軍，鄒學(xué)禮.面向敏捷制造車間的制造執(zhí)行系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2000，（12）:2～4.

6、叢培勇，范玉青，劉忠獻.ERP與MES集成關(guān)系研究[J].制造業(yè)自動化，2007，08:4－6.

作者簡介：張領(lǐng)濤，男，1990年10月，電路與系統(tǒng)碩士，工程師，主要研究領(lǐng)域為生產(chǎn)信息化系統(tǒng)及智能制造在鋰電池生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用及實施。