中国已经成为全球最大的电动汽车市场，推动国内动力电池产业进入新的发展阶段。面对前景可观的巨大市场，动力电池生产厂家逐年增多，都希望在此领域能有所斩获。与此同时，在激烈的国内外竞争环境下，国内动力电池厂家的制造能力、生产质量需要大幅提升。
国轩高科专业从事新型锂离子电池及其材料的研发、生产和经营，并且作为国家重点高新技术企业、国家级企业技术中心、三项国家“863”重大课题承担单位、三项新能源汽车创新工程参与者，获批承担工信部“新能源汽车锂动力电池智能工厂”国家智能制造新模式项目。
新工厂新设备 对标高水平制造执行系统
国轩高科新工厂采用最先进的电池制造装备，包括最先进的高速双面涂布机、激光极耳成型机、高速卷绕机、“整线无接触”的电芯装配线、全自动化成分容柜、机器人激光焊接中心，生产效率和自动化程度达到国内领先水平。
与先进的装备相配套，新工厂需要实施一套高水平的MES系统。基于对自身实际需求的深入分析，对比同行的先进经验，国轩高科对本次MES项目提出了高标准、严要求：
（1）建立动力电池生产大数据平台：整合生产信息链，消除信息孤岛，对于生产过程数据进行全面采集，建立统一的电池生产数据平台。并在此基础上，进行信息挖掘、分析，为持续提升产品品质、改进工艺提供数据支撑。
（2）实现全过程生产追踪：实现整个生产过程追踪到单件次，实现电芯生产以及电池组装全流程物料、生产、质量等信息追踪。实现从原料到成品，从成品到原料的双向追踪。能够支撑售后服务体系，具有快速的客户投诉响应能力、问题总结分析能力。
（3）实现全面的生产和质量管控：对生产过程进行严格管控，实现投料和操作的防呆和防错，实现关键工艺控制点的监控和预警，实现对质量异常的及时应对。同时，MES系统对不良品处置进行管控，防止不良品的继续流转，并提供多维度、多功能的质量分析。
（4）形成工艺改进和制造闭环：基于建立的电池生产大数据，针对电芯生产中出现的质量和性能问题提供统计分析，例如一致性和能量密度的专业分析，辅助工艺和管理人员及时发现问题，找出原因，进而改进生产工艺。
搭建联合团队 规划分步实施
在选择实施团队时，国轩高科选择了由设备总包方牵头，由专业MES厂商艾克信控主要参与的联合团队。同时，国轩高科组建了内部MES实施团队，跟随乙方团队，全程参与整个实施过程。事实证明，这种团队组合可以取长补短，是本次项目顺利实施的重要保障。
在实施过程中，整个项目拆分为几个子项目，进行分步实施：
第一步，完成SCADA系统上线，时间为2017年10月到12月。实现全线300多台设备，近10000点的实时数据采集，包括各个关键工序的环境参数。在此过程中，项目组制订并逐步完善了各种设备的数据词典规范，完成了大量的设备通信改造工作。
第二步，完成PACK车间上线，时间为2018年3月到5月。实现PACK车间整体MES功能上线，并能够直接打印产品质保书，还与企业的质量追溯系统实现对接。
第三步，完成电芯车间上线，时间为2018年5月到8月。实现电芯车间全部业务上线，并顺利打通从电芯到电池包生产的业务对接。
整个项目于2018年10月份完成预验收，得到了最终用户各部门的一致高度评价，并被评为2018年度国轩高科信息化标杆项目，获得集团领导嘉奖。
产品成熟度高 MES项目进展顺利
本项目采用艾克信控AicMES平台，产品成熟度高，能够通过后台配置及少量二次开发，快速适应新工厂业务模式需要，满足新工厂MES系统建设需求。基于AicMES的动力电池MES解决方案架构如下：
图1 基于AicMES的动力电池方案架构
该动力电池MES解决方案有如下特点：
（1）双数据库架构：动力电池生产的特点是节拍快、数据量大。为了满足这种性能要求，本系统采用双数据库架构，即关系数据库加实时数据库。通过实时数据库高性能地处理实时过程数据，有效地减轻整个系统负荷。
（2）与产线LMS集成：部分工段的设备厂商提供中控系统或产线管理系统（LMS），实现本工艺段的基本生产管控。MES通过与LMS进行集成，将生产要求下发给LMS，由LMS将生产结果反馈回MES，有效分担MES管控任务。
（3）基于OPC UA实现数据采集：现场的采集终端完成数据采集之后，通过OPC UA协议上传到实时数据库，实现实时、安全、跨网络的数据传输，保证数据通信的稳定可靠，确保整个系统的高性能。
（4）对设备进行反控：AicMES不仅能获得设备上传的数据，还能将参数设定和控制信号下发到设备的控制系统，从而实现防呆、防错，实现柔性生产。
国轩高科动力电池智能制造车间MES系统的主要功能包括：
（1）工单计划：生产管理部从ERP接收计划，把计划转成工单，工单匹配上工艺后进行发布。工单会在每天生产前发布到产线和库房。工单计划功能取代了纸质工单的传递。
（2）生产执行：车间操作人员登录系统开班，激活待执行的计划，在各工序作业站进行生产操作。典型的作业站包括合浆、涂布、激光切极耳、卷绕等，每个作业站基本功能包括开班检、上下料、过程记录、操作指导等。关键岗位上，通过MES系统与设备的互锁，实现防呆和防错。所有岗位均实现运行记录的电子化。
（3）物料管理：系统实现从浆料、涂布大卷、小卷，到卷芯、电芯、模组、电池包等所有在制品的单件次物料管理，并通过物料或载具上的二维码实现准确识别。辅料实现批次管理，并通过二维码识别。
（4）质量管控：线上判定的NG品将自动剔除，并集中进行不合格处置。质检人员不定期到现场抽检，抽检不合格品也将进行不合格处理。需要返回线上重新处理的不合格品，会跳过指定的工序。
（5）生产追溯：生产和品控人员可以方便地查看物料谱系图/树，查看某个批次所有加工工序以及各工序的全部关键控制点，实现前向追溯和后向追溯。
MES成功实施 实现数字化、精细化管理
新工厂MES项目圆满完成了项目的预期目标，并取得如下实际效果：
●通过MES对设备的反控（联锁控制），实现合浆投料、激光切上料、卷绕上料、PACK电芯上料等工序的防呆防错；
●提供近100种质量和过程分析报表，帮助品控人员有效提高一次通过率和一致性，据统计自MES上线以来，直通率提高了约8%，一致性提高了约5%；
●实现各工序（电芯共计约20道工序）准确的生产统计，误差值控制在0.1%以内。
后记
动力电池行业流程长、设备多、节拍快，对MES系统要求非常高。国轩高科合肥三厂MES上线以来，全面实现整个工厂无纸化、数字化、精细化管理，支持工艺和品控部门提高直通率和一致性，是行业内MES成功应用的典范。
