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，不論是智能手機領域對于快速充電和大容量電池的追求，還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向效率和品質并重的階段。

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，并要求建立質量管理和追溯體系，同時在補貼標準上進行了差異化的補貼標準，這標志國家的引導政策從“量的提升”開始轉向“質的提高”，電池制造需要從追求產(chǎn)能的大規(guī)模制造階段轉向優(yōu)質制造的階段。

優(yōu)質制造是電池企業(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以及國家強制性標準的規(guī)范，需要對于制生產(chǎn)過程中的計劃、生產(chǎn)、質量、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)質制造，就需要是需要收集生產(chǎn)過程中相關要素的關鍵指標數(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)設備較多，而且不同生產(chǎn)段設備能力估算復雜，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確的計劃排產(chǎn)、作業(yè)調度、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)動力電池質量和性能的提升。將制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES) 技術引入到電池生產(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)一的標準造成生產(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)過程精密質量數(shù)據(jù)獲取困難，為使鋰電池生產(chǎn)過程管理透明、質量可控、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)設計

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

先進性:選用的網(wǎng)絡技術要具有先進性，但也要注意實用、成熟和安全可靠。網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡硬件平臺、軟件平臺、開發(fā)工具、應用軟件都應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)絡技術要具有開放性，能適應不同的使用環(huán)境，并具有良好的可擴展性。盡量選用符合國際、國家規(guī)范和標準的技術和設備。

系統(tǒng)化、結構化、模塊化：保證整個系統(tǒng)的完整性、統(tǒng)一性、靈活性，適應管理體制的改革，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、設備及系統(tǒng)，并在技術上考慮將來應用發(fā)展需要。充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享，充分滿足領導層、管理層、業(yè)務層及不同業(yè)務部門的需求。

拓展性：系統(tǒng)應滿足企業(yè)/工廠在技術變更或規(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、設備管理、系統(tǒng)管理等功能需求。針對生產(chǎn)過程，建設企業(yè)的數(shù)據(jù)管理平臺，優(yōu)化并建立一套標準管理模式和業(yè)務流程，提升控制能力和工作效率，并可快速進行推廣應用。

2.1　基礎數(shù)據(jù)采集

采用簡單、有效、可靠和安全的設備數(shù)據(jù)采集以及條碼標簽識別技術，在生產(chǎn)現(xiàn)場設置數(shù)據(jù)采集點，通過設備或人工簡單、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；供應商信息、客戶信息；設備管理及運行信息；質量信息；工廠建模等基礎信息。

信息采集模塊在生產(chǎn)現(xiàn)場設置數(shù)據(jù)采集點如設備、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、設備狀態(tài)信息、其它與工藝和診斷相關的信息。

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)線上設備問題。將生產(chǎn)信息以數(shù)字化、圖形化的方式實時、準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)絡與設備、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)、質量信息、設備狀態(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，設置和管理，以顏色突出異常信息。看板設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，具有時間調度控制功能，可在控制終端設置需監(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。

質量看板，質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，確保了質量目標的實現(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、庫存控制和質量控制。保證物料規(guī)格標準化，適時供應生產(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，進行科學的生產(chǎn)計劃、排產(chǎn)、調度，工序與工序質檢的精密關聯(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配資源。一旦生產(chǎn)某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，調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)格料號等相關屬性設定。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]。

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

質量管理，系統(tǒng)應能夠對從供應商、原料到售后服務的整個產(chǎn)品的生產(chǎn)和生命周期進行質量記錄和分析，并在生產(chǎn)過程控制的基礎上對生產(chǎn)過程中的質量問題進行嚴格控制，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，通過單一條件或復合條件可追溯設備信息、質量信息、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)品標識與追溯、制程標識與追溯、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、設備參數(shù)、質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)工程科學方法的指導下，根據(jù)用戶需求，優(yōu)選各種技術和產(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應可以支持多種形態(tài)的接口方式，開發(fā)能滿足各種設備/系統(tǒng)的接口模塊。

接口要求：

1)  環(huán)境設備資料收集接口：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，當有該監(jiān)測點設備點位事件上報時，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動儲存于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

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

3 結論

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，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標準。

參考文獻

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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)設計與實現(xiàn)[J].電源技術，2009，10:906－909.

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

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

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

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