浙江南都電源動力股份有限公司(簡稱：南都電源，股票代碼：300068)是國家高新技術企業，創立于1994年9月，2010年4月在A股創業板上市。公司面向通信信息、新能源動力、新能源儲能及節能環保領域，提供以先進閥控密封電池、鋰離子電池、燃料電池為核心的系列化產品、系統解決方案及運營服務，主營業務包含閥控密封電池、鋰離子電池全系列產品及系統的研發、制造、銷售及服務。2015-2017年，公司收購安徽華鉑再生資源科技有限公司，進入環保型資源再生產業，打通了蓄電池產業鏈。
公司成立至今已有二十余年，一直專注于高端工業電池及新能源領域，通過專業化發展，現已成為下轄18家子公司，業務和分支機構覆蓋全球150多個國家和地區的企業集團，產業布局也從通信后備電源領域，擴展至新能源儲能電源、新能源動力電源、環保型資源再生及相關系統集成等領域，成為通信、儲能、資源再生產業領導者，并形成了“原材料-電池制造-產品應用-運營服務-資源再生-原材料”的全封閉產業鏈，構建生態循環體系，提升行業生命力。
圖1 浙江南都電源動力股份有限公司
企業在智能制造方面的現狀
浙江南都電源動力股份有限公司鋰電工廠智能制造試點車間目前正在應用的信息系統有SAP系統，MES系統(涵蓋生產制造執行管理、PDA物料條碼管理和配送、Andon異常報警控制)、裝配檢測線自動控制系統。這些系統有效的支撐了企業的生產經營活動，提高了車間的智能化管理水平。
智能制造項目詳細情況介紹
1.項目背景及目標介紹
南都動力鋰電智能車間工廠物聯網項目將公司的SAP 系統和底層的自動化系統集成在一起，主要用于對鋰電車間的生產、質量、設備等方面進行詳細作業計劃、實時信息反饋和數據分析。該項目通過MES系統實現對生產制造過程信息的實時采集、管理和反饋，進行批次跟蹤，實現質量追溯，提高企業的生產效率，改進產品質量，對物料進行管理，對關鍵設備進行有效監控，并實現生產過程與管理決策的高效集成;為企業領導經營決策提供及時、準確的科學依據，有效地支撐了企業生產管理。
技術解決方案：
1)網絡基礎提升：在現有基礎上進一步完善網絡架構、保障網絡安全，完成多個極片車間、干電芯車間、電芯車間、裝配車間等多個車間的網絡設備改造，優化數據鏈路。
2)云平臺搭建：采用VMWARE技術，搭建南都的企業私有云。
3)數據采集系統及設備改造項目：對現有的重要工序購進和改裝傳感終端，采集工藝數據，實現工藝數據和產品數據的自動采集、自動上傳。包括混料、涂布設備、激光焊接、測厚儀、注液設備、化成分容等設備的數據采集。
4)移動MES管控平臺項目：通過PDA采集現場的生產情況，實現現場工單的開工、數據采集、完工報工等。
5)MES系統項目：為工廠現場各項生產信息收集整合的系統，連接SAP系統和生產、倉庫現場作業之間，提供實時且準確的實際生產數據來源。通過計算機、智能終端、條碼等設備結合網絡通訊、軟件和數據庫技術，即時收集現場資料，提供即時且準確的實際生產狀況，整合現場各單位(物料、生管、制造、品管、庫管)的各項資料，通過控制包括人員、設備、物料、生產流程和作業程序等在內的所有工廠資源來提高制造競爭力，從而大幅度提高生產品質和生產效率。收集生產現場各種信息，并自動進行數據整理與分析，為管理者提供正確、實時的資訊，協助管理者進行正確的管理決策。
2.實施與應用情況詳細介紹
2.1 IT基礎建設
1)對極片車間、干電芯車間、電芯車間、裝配車間等多個車間的關鍵生產設備進行改造，加裝通訊模塊，并將設備接入內部局域網。所有的關鍵生產設備，北車間177臺，南車間359臺設備連成一個大局域網,并將設備網與辦公網隔離，防止辦公網病毒影響生產設備的運行，保障網絡安全。
圖2 網絡系統架構
2)該項目為保障PDA和無線掃描槍的正常運行，全廠共布置無線AP 77個，并用無線控制器進行管理，保證無線網絡的穩定、安全。
2.2 云平臺建設項目
利用業界可靠的服務器整合軟件套件VMware vSphere來整合服務器硬件，計劃實現：
a)將現有硬件利用率從5-15%提高到80%;
b)將硬件需求減少到原來的十分之一或更少。
2.3 數據采集系統及設備改造項目
數據采集系統主要實現工廠設備的智能互聯，側重于末端信息采集。整個系統建設主要分為以下兩部分：
1)設備的硬體改造
主要是設備的狀態信息，如電流、電壓、功率、功率因數、溫度、濕度、壓力、轉速等，通過改造實現標準以太網接口的輸出功能。如果設備本身帶有輸出接口，則進行協議轉換。公司現有需要進行數據采集的設備共有536臺，硬件接口主要分為串口232、485、422、網口。
工廠將536臺設備中部分設備進行改造，加裝通訊模塊，使之接入企業內部局域網，并將數據上傳至采集電腦，將數據上傳到MES服務器和數據存儲服務器。
2)數據采集監控平臺建設
主要實現用戶管理、采集設備通道、頻率，報警信息等參數設置。監控終端支持現場和遠程監控，通過授權的IP地址及用戶，可通過瀏覽器實現實時監控。
a) 設備數據采集項列表
表1 設備數據采集項列表
b)采集軟件界面
在每臺的采集電腦端安裝采集軟件，并設置設置采集參數、采集頻率和采集別名。
c)MES系統采集設置界面
MES系統采集參數設置，設置采集設備或工序、采集項名稱、采集項別名和采集項單位，設置完后，采集上來的參數將自動傳入MES系統。
2.4 移動MES管控平臺項目
利用物聯網技術，將設備接入企業內部局域網，實現設備與MES系統間的數據交換。每臺設備生產過程中自動收集生產數據，判斷合格與否，生產數據、工藝數據實時傳送到MES管理系統。開發應用生產管理APP模塊，隨時查看各道工序的生產情況和質量情況。也可對工序進行完工回報。
1)MES系統移動APP平臺實時顯示各車間生產情況、產品合格率、預警信息，領導和管理人員可以實時查看生產報表，實時了解生產信息，消除信息孤島，提高生產管理決策效率。
圖3 車間不良類型和排名
2) 實現PDA移動作業
工廠工作人員使用PDA對部分過站產品進行掃描，實現現場移動作業。
圖4 作業現場
圖5 過站現場
2.5 MES系統項目
在集團中整合底層采集數據，實施集團MES系統。為工廠現場各項生產信息收集整合的系統，連接SAP系統和生產、倉庫現場作業之間，提供實時且準確的實際生產數據來源。通過計算機、智能終端、條碼等設備結合網絡通訊、軟件和數據庫技術，即時收集現場資料，提供即時且準確的實際生產狀況，整合現場各單位(物料、生管、制造、品管、庫管)的各項資料，通過控制包括人員、設備、物料、生產流程和作業程序等在內的所有工廠資源來提高制造競爭力，從而大幅度提高生產品質和生產效率。收集生產現場各種信息，并自動進行數據整理與分析，為管理者提供正確、實時的資訊，協助管理者進行正確的管理決策。
1)需求設計及出發點
a)靈活可配置工藝流程。工藝流程中靈活定義生產過程參數、投料信息、品質參數流程工藝中靈活定義。
b)強大的數據采集功能。生產現場信息采集涵蓋人(操作者)、機(機器設備)、料(原材料)、法(工藝、方法)等信息，適用性強，可擴展。
c)雙向追溯、4M追溯體系。正反實現對人(操作者)、機(機器設備)、料(原材料)、法(工藝、方法)、品質的追溯。
d)打破管理黑箱，信息及時、透明。透過SPC、預警平臺、實時看板、綜合報表等管理工具，實時呈現生產運營成效和及時批露生產、品質異常。
e)輔助SAP完善成本計算。逐步完善工單產量和工時報工機制。
2)MES系統藍圖設計
圖6 MES系統藍圖
3)功能模塊
a)工藝管理
工藝建模是在生產環境下實現流程工藝的信息化管理，將工序、流程、工作中心、物料、產品類型等生產要素相結合，用結構圖的形式直觀的將工序串接形成流程，合理有效的配置產品工藝路線，防止工序跳站、漏站、工藝用錯等作業發生。
MES實施前：SAP中有維護工藝信息，多個同類型的機種可共用一個工藝;SAP中的工藝無法細分到工藝中的管控工位，無法采集各工位的生產信息，以及對在制品的生產流程管控。
MES實施后：對工藝的生產管理，細化到各個工序點，通過MES系統有效的管控生產制程;在MES系統中，通過工藝上的數據采集點，采集生產數據，管控生產制程，形成完善的產品追溯體系。
b)工單管理
MES工單管理流程適用于優化和改善當前由PC執行的生產計劃下達、變更以及有車間執行的時段產量/WIP統計過程，相對原有SAP粗放式的管理模式，在以下幾方面有顯著提升：
●生產數據統計的實時性、真實性;
●保證工單主數據的完整性;
●減少工單變更時由于數據不一致導致的部門協同沖突;
●實現與SAP工單的協同管理：
●SAP工單自動同步給MES;
●同時同步更新工單BOM;
●工單計劃變更時，只在SAP中執行關于BOM物料、數量等信息的修改，再同步到MES。
c)設備管理
相對于原有的手工作業模式，設備管理流程可在以下方面取得改善：
●按設備ID建立設備電子履歷，包括領用、保養/維修、點檢記錄。
●提供設備保養到期提示。
●可按設備ID追溯查詢對應的生產制令單和產品SN。
MES實施前：設備按手工帳目管理，同時產生大量的紙質表單;設備保養(計劃性保養和非計劃性保養、維修)無法提前提醒;線體、車間設備經常更換而未保留記錄，無法按照設備來查詢追溯相應的生產產品記錄。
MES實施后：
●設備按唯一SN建立電子履歷。
●形成設備電子臺帳，并且可以提示保養到期的設備。
●設備的保養和維護能夠形成電子化記錄。
●設備開線前點檢形成電子化記錄。
●設備領用、更換等在系統中形成精確時間記錄，從而能夠按照設備來查詢追溯相應的生產產品記錄。
●能夠按月提供備件損耗清單。
●產品需要能追溯到設備。
d)生產管理
MES實施前：生產制程管理主要以紙張手工記錄或EXCEL文檔作信息記錄與共享。隨著電池業務需求的不斷增長，目前的業務管理流程及模式就無法滿足小批量多品種、多配方、生產制造過程管理等復雜業務需求。
MES實施后：通過對生產過程中的數據采集，系統能夠形成產品完整的生產檔案，包含產品序列號、型號、生產日期、關鍵物料批次、生產班次、關鍵工序履歷信息、關鍵加工設備信息、操作人員等，供事后查詢和追溯。
圖7 電池產品追溯結構圖
e)質量管理
MES實施前：倉庫人員在現場清點來料到貨，質檢人員在現場進行來料質檢，這些信息只能在作業完成后，回到辦公室人工錄入EXECL或紙張記錄，實效性低。過程質檢也存在諸多不便，具體表現：工藝流程卡、操作規程、檢驗規程等均是紙質文件，如有變更時，通過人工收回和發放;成品與工位關鍵料沒有關聯，成品與原料批次的追溯通過execl與紙張記錄。
MES實施后：
質量檢測的改善包括來料質檢和過程質檢兩個方面：
●來料質檢：通過與SAP來料信息的對接，MES對來料進行質檢, 生成檢驗報告，自動判斷允收或拒收。
●過程質檢：通過與多條裝配線自動控制系統的對接，獲取過程質檢數據，將產品生產過程中的質檢數據、工藝數據自動實時上傳，并自動判定產品品質，保證數據的實時性、準確性。
●遵循PDCA原則，在企業內部建立完善的質量體系，基于準確實時的數據采集和數理統計技術實現質量管理目標。
f)預警管理
預警管理模塊可以對生產過程中的相關指標，如直通率、工序良率、KPI等，設置相應的預警方案，并實時監控生產過程上產生的數據是否達到預警方案的條件。在發生預警時，系統會以消息機制(如郵件、看板、微信消息等)通知給相關人員，進行現場處理與判定，防止問題一再發生。
g) 生產看板
生產車間共安裝22塊生產看板，實時顯示生產工單完成比例、各工序完成比例、良率、計劃達成率以及24小時產量趨勢。
3.效益分析
1)項目實施前后相關指標對比分析
●提升生產和經營效率30%以上;
●將服務器的利用率從10-15% 提高到高達60%以上;
●基礎數據的準確率提升到95%以上;
●產品合格率從96%提升到99%，產品一次合格率從85%提升到93%;
●配料準確率有原來的92%達到100%;
●生產統計時間由原來的半天縮短為30分鐘;
2)經濟效益和社會效益分析
通過集團級MES管控平臺實施：
●基礎數據的準確率提升到98%;
●半成品周轉率提高15%;
●訂單的履約率提升到98%以上;
●產品制作周期縮短18%;
●生產成本降低15%;
●產品一次合格率(次產品合格率)達到93%。
通過移動MES：
●減少專職報工人員4人;
●減少檢驗人員7人;
●縮短生產實績的采集時間達95%;
●縮短了關鍵件的數據采集錄入時間90%。
