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    面向恩捷鋰電池隔膜車間的數據采集和生產過程質量監控方案
    • 企業:     行業:電子制造     領域:邊緣計算    
    • 點擊數:927     發布時間:2023-04-03 12:40:46
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    上海展灣信息科技有限公司(以下簡稱展灣)提出了“面向恩捷鋰電池隔膜車間的數據采集和生產過程質量監控方案”,利用Luppiter工業互聯網平臺,制作了系列工業業務管理應用和SCADA監控看板,實現質量數據自動采集和分析及質量過程監控,覆蓋生產效率管理、設備運轉管理、工藝履歷管理、生產質量管理、環境監測等,數據采集效率提升90%,生產效率提升15%,產品良率提升5%。

    ★上海展灣信息科技有限公司 

    1 目標和概述 

    鋰電池隔膜(屬新能源材料)的生產目前存在如下難點: 

    (1)生產過程質量監控方面:在實際工藝生產中,平均 每15分鐘生產一卷膜,制膜線數據龐雜、更新頻繁,工人需 手動抄錄、比對,采集效率低,數據誤差大,較難追溯質量數 據,需進一步提升質量管控。 

    (2)效率提升、成本管控方面:隔膜成本受規模效應、客 戶結構、設備折舊、產品良率等眾多因素影響,在隔膜價格下 滑的背景下企業需要進一步降低成本,提升人效和生產效率。

     針對上述難點,上海展灣信息科技有限公司(以下簡稱展 灣)提出了“面向恩捷鋰電池隔膜車間的數據采集和生產過程 質量監控方案”,利用Luppiter工業互聯網平臺,制作了系列 工業業務管理應用和SCADA監控看板,實現質量數據自動采集 和分析及質量過程監控,覆蓋生產效率管理、設備運轉管理、 工藝履歷管理、生產質量管理、環境監測等,數據采集效率提 升90%,生產效率提升15%,產品良率提升5%。 

    2 方案介紹 

    2.1 系統架構 

     該方案系統架構如圖1所示。

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     圖1 系統架構圖 

    (1)設備層及邊緣層:IoT邊緣計算網關支持300多種數 據采集協議,能夠對接所有常見的制造設備。本方案采集恩捷 制膜產線的上料系統、萃取機、制膜機、收卷機、大分切機、 小分切機、涂布機、動力空調、缺陷儀等重要生產設備,完成 協議轉換、數據采集、緩存和邊緣計算。 

    (2)平臺層:DAC數據分析內核實現采集數據的匯聚、 存儲、分析和治理。 

    (3)應用層:iWork綜合業務平臺實時搭建數據報表、 SCADA監控看板等質量管控類的可視化業務應用,幫助恩捷產 線進行設備管理、生產效率管理、品質管理、能源安環管理、 KPI管理等,提升產品質量和生產效率,為企業決策提供數據 支撐和科學依據。

     2.2 硬件平臺 

    該方案中硬件采用Diana智能制造一體機,部署在車間現 場,開箱即用,實時執行邊緣計算,自動采集制膜線、大分 切、小分切、涂布、品質、動力等工段頻繁更新的龐雜數據, 取代原來效率低下的人工紙質抄寫,大幅提升數據采集效率 (90%)以及數據的準確性(30%)和實時性(達毫秒級)。 

    硬件平臺具備如下優勢: 

    (1)全面場景覆蓋:內置300+數據采集協議模板,輕松 對接PLC、機器人、數控機床等主流生產設備。 

    (2)強大邊緣計算:實時判定設備故障并發出告警,具 備數據清洗、去重和實時計算等能力。 

    (3)適配多種網絡環境:支持有線網絡、4G/5G無線網 絡、串口轉網口等多種網絡連接環境。 

    (4)快速靈活配置:支持采集頻率可配置和集中配置管 理,一站式解決工業設備數據采集復雜性問題。 

    (5)多種數據源接入:支持多種數據源接入,如IoT設備 數據、人工錄入數據、ETL數據等。 

    (6)靜默式改造:無需設備停工,減少對生產的影響, 以毫秒級頻率自動采集工業設備關鍵數據。

     2.3 軟件平臺 

    2.3.1 質量和效率監控類業務應用 

     (1)生產質量管理:根據工藝數據分析生成R圖、正態分 布圖和CPK判定,與規格模板進行對比,密切監控生產質量, 直觀展示生產波動,對數據異常值變色告警,提升問題響應 和處理速度,提升產品良率5%;支持自動記錄、歸檔異常數 據,可輸入異常原因及對策,便于進行生產復盤。 

     (2)工藝履歷管理:報表中展示批次號和卷號對應時間 的工藝數據,通過篩選預先設定好的規格模板,系統將按模板 順序展示每個采集項的數據及管控值;通過篩選規格模板、產 線、型號及更小顆粒度—設備、生產批號等快速檢索海量設備 數據,提升90%人效,大幅節省人工數據比對時間,同時減少 數據誤差。 

    (3)生產效率管理:對采集數據進行效率維度統計分析 計算,監控隔膜生產的平均速度、平均寬度、產出面積等關鍵 生產工藝參數;可按照不同產線日或月維度進行計算,不同工 廠/同一工廠的多產線/同一產線的多日、單日進行對比分析; 實時管理生產進度,提升15%生產效率。 

    (4)設備運轉管理:對設備狀態進行詳細分類(故障、 停機等),實時記錄投入卷數、平均速度、分切時間、換卷時 間等參數,計算設備運轉率、良品數、OEE等關鍵指標,最大 化提升設備工作效率,擴大車間效益。 

    (5)風壓點檢記錄:風壓影響制膜工藝流程,風壓不穩 將損害成品質量。通過統計不同產線、工段的風壓點檢數據, 實時監控環境風壓,感知環境異常,確保生產環境及工藝的穩 定性。

     (6)溫濕度記錄:溫度、濕度影響制膜工藝流程。溫濕 度記錄密切監測不同時段車間的溫度和濕度數據,超出閾值則 變色告警,將溫濕度對生產的影響降至最低,精細化管理產品 質量,提升良品率。

     (7)歷史數據展示:支持查看所有采集數據,支持按產 線、設備、時間段進行高效檢索,隨時掌握關注時期的數據變動 情況;支持多個采集項同時對比查看,自動生成統計分析圖表。

     2.3.2 SCADA運行狀態監控 

    搭建SCADA監控看板,實時監控設備運行,輔助業務決策。 

    (1)車間級:調用車間級分析模板,對全車間各產線綜合監控,涵蓋產線狀態、運行效率分析、產量分析等。 

    (2)產線級:采用下鉆式分析邏輯對產線細節監控,涵蓋產線工段狀態的實時監控、各工段指標分析等。

     2.4 安全措施 

    (1)平臺安全:平臺支持集群部署、負載均衡、7x24小時性能監測,具備DDOS攻擊防護、WAF防火墻等多種安全防 護能力,保障核心數據安全和業務穩定可用。 

    (2)數據安全:一體機對設備的數據采集為單向讀取操 作,防止對生產設備進行任何控制操作,保障設備和控制安 全。一體機通過身份認證后接入,同時遵從標準MQTT/OPC UA協議架構保障數據安全傳輸,支持網絡中斷時將數據臨時本 地存儲,網絡可用時自動將離線數據上傳,防止因網絡抖動引 起的數據丟失。 

    (3)網絡安全:生產網和辦公管理網嚴格劃分網絡邊 界,并通過防火墻或VLAN進行隔離,保障生產網的數據和運 行安全。

     3  代表性及推廣價值 

    3.1 應用情況及效果 

    (1)展灣方案應用廣泛,已經在恩捷多家工廠200條產線 落地實施,覆蓋制膜、大小分切、涂布、品質和動力線100% 的工藝、設備,并在不斷拓展產能的分廠和產線落地實施。 

    (2)實現質量數據的自動采集和統計分析及質量過程監 控,管理報表的顆粒度從小時級提高到分鐘級,人效提高90% 以上。 

    (3)通過可視化工業應用及SCADA看板提升工藝穩定 性,增強品質和成本管控,產品良率提高5%,生產效率提升 15%。 

    (4)助力恩捷(無錫)成功入選2021年無錫市數字經濟 優秀案例。 

    3.2 商業價值 

    鋰電池應用廣泛,包括消費電子、動力電池以及儲能三個 主要市場,以及一些細分市場,如電動工具等。2022年,全球 鋰電池市場規模達598.7億美元,全球鋰電池隔膜供給達150億 平方米。

     從全球鋰電池市場來看,恩捷股份及少數國內其他廠商, 憑借技術積累及產業規模的擴大,已經成功進入全球主流電池 廠商的供應鏈,與國外三大鋰電池生產巨頭:松下、三星、LG Chem和占中國鋰電池市場近80%市場份額的前五家鋰電池生 產企業:寧德時代、比亞迪、國軒、孚能、力神,以及其他超 過20家的國內鋰電池企業都建立了良好的合作關系。 

    基于上述市場規模及未來預期推廣,展灣數字化方案應用 的市場價值預計可達500億元。

     3.3 社會價值 

    (1)提高工業數字化、智能化水平 

    目前,中國工業智能化已從探索階段進入實際開發和應 用落地階段。將邊緣計算等新型信息技術應用于工業互聯網平 臺業務中,并以此為基礎打造一個便捷、高效、實用、智能的 質量數據采集和分析的應用體系,提升設備數字化、智能化水 平,為企業決策提供數據支撐,實現工廠從管人到管設備的飛 躍。 

    (2)節能減排,助力“雙碳” 

    通過制作工業應用和SCADA監控看板進行自動數據采集 和分析,提升人效,減少人工紙質抄寫,降低紙張使用率,每 年可節省19200000張紙,相當于保護1425.0624棵樹,減少二 氧化碳排放25651.1232kg,助力“雙碳”目標實現。

    摘自《自動化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專輯》


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