智能制造，澎湃產業新動能

圖為長城汽車重慶永川生產基地焊裝車間，智能化焊接機器人在進行作業。新華社記者 黃 偉攝

 

習近平總書記在參加十四屆全國人大一次會議江蘇代表團審議時指出：“要堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，深入推進新型工業化，強化產業基礎再造和重大技術裝備攻關，推動制造業高端化、智能化、綠色化發展”。今天起，本版推出“深入推進新型工業化”系列報道，實地走訪大江南北的工廠車間，展現制造業高端化、智能化、綠色化發展的積極進展和成效。

 

當前，新一代信息技術與先進制造技術融合發展，已成為新一輪產業變革的鮮明特色，正在驅動全球產業鏈、價值鏈發生深刻變化。黨的十八大以來，我國智能制造應用規模和發展水平大幅躍升，制造業智能化發展成效明顯。目前，我國已建成2100多個高水平的數字化車間和智能工廠。其中，209家示范標桿工廠開展智能化改造后，產品研發周期縮短20.7%，生產效率提升34.8%，不良品率降低27.4%，碳排放減少21.2%。本期報道，記者帶您走進三家不同行業的智能工廠，感受智能制造給產業一線帶來的可喜變化。

 

——編 者

 

寧德時代新能源科技股份有限公司

 

極限制造，將不良品率降至“近零”

 

制造業通常用PPM（百萬分之一），即每百萬個產品中不良品數量來標示產品可靠性。在汽車行業，世界級制造水平下的PPM通常在100上下，然而，在全球最大動力電池生產企業寧德時代新能源科技股份有限公司，這卻遠遠不夠。

 

“去年公司全球動力電池使用192Gwh（吉瓦時），相當于約3億個電芯。如果不良品率只達到PPM級別，就相當于市場上有成百上千個存在隱患的電芯，這是我們難以承受的。”寧德時代工程制造及研發體系聯席總裁倪軍說，極限制造的首要目標就是要將不良品率進一步降低至十億分之一（PPB）級別。

 

如此極致的電芯品質，寧德時代是如何做到的？穿戴好防塵服、口罩、防護帽和鞋套，穿過新風除塵通道，記者走進了寧德時代總部Z基地的陽極攪拌車間。兩層樓高的廠房里，巨大的攪拌桶完全由系統自動控制。干混、預攪拌、慢攪拌、攪拌等多道生產流程，分別對應不同的工作溫度和不同的攪拌速度。自動裝填的陽極活性物質在攪拌機里要克服重力和慣性力的干擾，形成穩定的懸浮狀態，進而變成性狀完全一致的漿狀物。

 

“制漿是關乎動力電池安全一致性的重要工序，也是極限制造要攻克的第一道難題。”寧德時代智能工廠推進負責人馮安民解釋說，多道流程、多種不同溫度和電流強度，獨特的漿葉片設計，蘊含著寧德時代對流體物理學的深刻理解、對虛擬仿真技術以及核心算法的熟練運用。“MES（生產執行系統）承接了這些智慧，下發指令讓機器自動完成復雜的攪拌工作，而眾多傳感器采集的數據，則確保了指令得以精確執行。”馮安民說。

 

極限制造要攻克的第二道難題是涂布。“通俗理解，涂布有點像攤煎餅，或者像在面包上涂上窄窄的幾道黃油，追求的都是薄和均勻。”寧德時代制造基地支持部高級經理劉玉青說，不同的是，Z基地的涂布工序，要將攪拌好的活性材料，以每分鐘80米的速度均勻涂覆到4000米長、4.5微米厚的銅箔上下兩面，“這厚度相當于一根頭發絲直徑的1/10。”

 

完成這一看似不可能任務的，是一臺長80多米的國產涂布設備。“看到這排電機控制器了嗎？”劉玉青指著涂布設備最核心的狹縫擠壓頭告訴記者，工人通過手持的平板電腦，依托5G傳輸技術以微米級的精度控制擠壓頭，確保流出的漿料高速、均勻地在鋁箔表面涂覆出3條細細的“絲帶”。記者湊近看去，薄如蟬翼的鋁箔仿佛平靜的黑色湖水，只有轉換角度，才能看到背輥轉動帶來的細微流動波紋。而在唇口部位，1.2米寬的鋁箔連同涂覆的漿料依然宛如鏡面。

 

“為了確保產品良率，我們為涂布工序安裝了強大的‘鷹眼’系統。”馮安民說，8K高清攝像機，通過超低時延的5G網絡，將涂布過程實時傳輸到機器視覺系統，任何微小缺陷都會被“鷹眼”系統識別。陽極攪拌和涂布，只是Z基地七大車間中的前兩個。在其他五大車間里，一個合格的電芯還要經過輥壓、模切、卷繞、裝配等20多個工序，才會走下生產線。其間，烘干、激光預分切、卷繞、極耳焊接、電芯頂蓋激光焊接等復雜工藝環節，寧德時代的產品良率都做到了行業最高水平。

 

自2020年底上線智能制造系統以來，寧德時代總部智能制造示范工廠在實現十億分之一缺陷率的前提下，每組電芯的生產節拍降至1.7秒，勞動生產率提高了75%，每年的能源消耗也降低了10%。

 

如今，100多臺自動化設備和6800個核心質量控制點，讓Z基地距離無需停產也可實時糾錯的目標越來越近。這不僅可以進一步降低不良率，提升產品品質和一致性，更可帶來生產效率的進一步優化。作為全球市場占有率達37%的動力電池龍頭企業，寧德時代在全國有47個生產工廠。讓人驚嘆的是，2021年開始，寧德時代47家工廠在半年內先后完成了“5G+智慧工廠”的建設。

 

3月12日，最長續航里程1000公里的麒麟電池在寧德時代總部全新基地下線。“采用智能制造2.0系統的新基地，生產效率又將有顯著提升，而生產成本和能耗則可大幅下降。”倪軍向記者發出邀請：“等產能完成爬坡，歡迎來感受極限制造的又一次蛻變。”

 

浙江極氪智能科技有限公司

 

智慧工廠，百萬種個性化配置隨意組合

 

“這輛是雙電機版本，紅色車漆，淺色內飾、普通輪轂”“這輛是單電機版本，黑白套色車身，深色內飾，21寸低風阻輪轂”……在極氪智慧工廠總裝車間最后一道工序，一輛輛不同車身和內飾顏色、不同輪轂、不同動力配置的新車緩緩駛過U形終檢線。

 

“車在生產前已經有了主人。”極氪智能科技副總裁趙春林告訴記者，極氪的車型完全由消費者在APP上自主定制，比如極氪001，配置就多達150萬種。以輪轂為例，用戶可選擇低風阻輪轂，也可選擇普通款，僅車輪就有20多個組合。

 

如此多的配置選擇，生產中會不會出差錯？駛入終檢線前，基于人工智能視覺技術的“整車外觀視覺檢查系統”有效解決了這一難題。一臺臺高清攝像機，像一雙雙明亮的眼睛，將頂蓋、擾流板、左右側頂蓋飾板、左右后視鏡、左右窗框條、前后左右嵌板、門把手等九大類關鍵配置“記錄在案”，并與后臺MES系統里由訂單生成的配置表實時比對，杜絕裝配差錯。

 

實施大規模個性化定制，會不會影響生產效率？“傳統車企也能實現多車型混線生產，但配置都是提前設定好的，算上車身和內飾顏色，最多也就百種左右。”極氪智慧工廠制造總監楊輝說，要將選擇權開放給用戶，有能力實現150萬種配置組合，又確保生產高效，就需要研、產、銷全流程個性化定制智能解決方案。

 

作為工信部2022年度智能制造示范工廠，2021年三季度投產的極氪智慧工廠全面導入了智能化、數字化技術，以“5G+工業互聯網”為載體，以數字孿生驅動產品綠色研發，以智能化生產牢控產品質量，以工業互聯網平臺實現高效協作，形成“透明、敏捷、智能”的智能制造體系。以物料配給為例，在極氪智慧工廠總裝車間，每一臺新車的配件，都由AGV（自動導引運輸車）牽引的專屬物料車全程跟隨，裝配前更要掃描“身份標識”，杜絕差錯。

 

在輪胎安裝環節，普通整車工廠是由工人借助吊具、扭力擰緊槍在車身靜止狀態下手工安裝，極氪則與設備供應商聯合開發了智能化安裝方案，借助視覺檢測系統與兩臺機器人的完美合作，不僅有效避免不同規格的輪胎與車身匹配出現差錯，更減少了等待時間，節約了工位占用空間。

 

高效敏捷完成大規模個性化定制，只是極氪智慧工廠要解決的諸多課題中的一個。通過生產過程中的數據采集、智能診斷，確保工藝質量與產品品質，更是極氪贏得消費者認可的競爭利器。

 

走進極氪智慧工廠焊接車間，幾乎看不到工人。與傳統汽車工廠的焊接車間不同，這里沒有刺鼻的金屬味道，飛濺的焊花也少了很多。703臺全自動焊接機器人、近兩百臺AGV機器人自動運轉，焊接自動化率達到100%。

 

“焊花飛濺看上去很壯觀，但焊花大并不代表焊接質量好，相反，可能是沒有控制好電流電壓，產生了過燒現象。”趙春林說，焊接的過程細分開來比較復雜，剛開始要用小電流將材料軟化，然后逐步加大電流，讓材料真正融化，“一下子給非常大的電流，又可能會造成爆燃、過燒等異常，影響焊接質量。”

 

趙春林指著正在混線生產的極氪009白車身告訴記者，這款MPV焊點有4800多個，每一個焊點的焊接過程只有一秒多，極氪卻將這一秒多的時長，分割成了很多毫秒，進而由焊接電流電壓生成數值曲線。“焊接過程中，點焊機器人不僅通過數值曲線進行毫秒級的管控，還可以采集電流電壓的精準數據，并在后臺進行大數據分析，完成質量追溯。”焊裝車間資深經理張旭業說。

 

類似的數據采集、分析和質量追溯系統，還用在底盤合裝工位。在這里，46個螺栓自動擰緊，將底盤與車身緊緊裝配在一起。工位一旁的鋼架上，數十個家用電表大小的小盒子排成兩行。“這是螺栓控制器，每個螺栓的扭力數據，都通過它記錄下來，實時反饋到系統中。”總裝車間資深經理李凱說，扭力數據生成力矩曲線，與系統設定的曲線進行智能比對，如果超出閾值，意味著螺栓擰緊過程出現異常，下個工位的顯示大屏就會亮起紅燈，車身則被從流水線上“扣”下來，確保線上車輛裝備品質萬無一失。

 

“我們的目標是實現智慧工廠的不斷進化，面向未來探索人工智能平臺，賦能數字化、智能化，敏捷高效、高品質地實現三大平臺、6款車型同時全柔性化生產。”趙春林說。

 

中國寶武寶鋼股份冷軋車間

 

智慧大腦，助生產效率提升三成

 

“怎么車間一片漆黑？”

 

“這里的生產線足夠智能，不用開燈就能自動運行，名副其實的‘黑燈工廠’。”走進中國寶武寶鋼股份冷軋廠熱鍍鋅智能車間，四冷軋分廠廠長沈青福自豪地說。

 

一開燈，記者才發現車間上方的行車正抓著直徑約2米的冷軋鋼卷來回穿梭。“行車通常需要工人操作，通過智慧賦能，無人化行車自身就知道怎么根據生產計劃從庫區尋找所需鋼卷，再運到指定位置。”沈青福告訴記者，2017年至2019年，寶鋼對這座冷軋車間實施了整體智能化改造，兩臺熱鍍鋅機組由此實現智慧升級。

 

沿產線向前，32項技改項目一一映入眼簾。

 

先看拆捆機器人。過去，鋼卷在不同工序之間挪移，需要人工打捆、人工拆捆。特別在拆捆時，工人需用大力鉗剪開鋼滾帶，既費時費力，也有安全風險：一人多高、25噸左右重的鋼卷在彈開的一瞬間容易傷人。經過改造，這一工作交給機器人，高效安全。

 

鋼卷拆捆之后進入機組，開卷、自動焊接、清洗，隨后進入連續退火爐高溫退火，退火后的帶鋼快速冷卻后進入鋅鍋，即實現了熱鍍鋅的加工。長則3000多米、短則1000多米的鋼卷，便如同染坊里的布匹似的鋪展開來，在7層樓高的退火爐內部上下纏繞、滾動向前。

 

“場面壯觀，工作量也大。”沈青福告訴記者，鋼卷在運轉過程中纏繞在不計其數的輥子上，以前為了發現輥子異常，每個班次的工人都得從一樓走到七樓巡檢，一趟就得花2到3小時，“現在，巡檢機器人每4小時就能自動巡檢一遍，遇到異常再提示工人檢查維修。作業效率提升，勞動負荷也降低了。”

 

再往前，還有全球首套鋅鍋電磁撇渣系統。在鍍鋅環節，液態鋅跟空氣接觸后會形成氧化鋅雜質。要保證汽車板等成品質量，就得對氧化鋅進行抑渣、驅渣、撈渣。“過去，工人要穿著隔熱服，用長柄大勺一勺勺地撈出雜質。改造后，依靠電磁撇渣技術，氧化鋅被聚攏在一塊，再由撈渣機器人撈出，實現了無人化。”沈青福說。

 

爐子閉環、堿液回收、能環智能在線、鋅層閉環、增濕抑渣、邊部測厚儀、取樣機器人……一項項智能應用，讓產線用工大為減少。每條線一個班次僅需的4位操作員，在車間中部的集控室里集中操控，對著電腦和大屏幕監控全線各種生產參數，工作量大為減輕。除此之外，智能制造還帶來降本增效、節能降耗等利好。據介紹，這座數字化車間改造以來，綜合污染物噸鋼下降30%，生產效率提升30%，產能提升20%，噸鋼能耗下降15%，加工成本下降10%。

 

“寶鋼股份對鋼廠進行智能化改造，最主要有兩方面：一是給原來的設備加裝了大量傳感器、攝像頭、探測裝置，讓設備和設備、設備和系統實現連接；二是借助‘智慧大腦’對設備進行控制。”寶鋼股份大數據與智慧化部高級經理沈立明告訴記者，同時滿足鋼鐵生產大規模、定制化兩項需求，“智慧大腦”至關重要，“從煉鋼環節開始，鋼水就要按照不同訂單的需求進行定制，熱軋、冷軋等環節同樣如此。為此，我們將生產機理、‘老師傅’經驗輸入系統，再輔以人工智能，讓系統作出科學高效的決策。未來，隨著數據積累、經驗沉淀、算法升級，‘大腦’會越來越智能，生產也會更加高效。”

 

在中國寶武，智能制造的總體目標被歸納為“四個一律”。沈立明介紹：一是“操作室一律集中”，即將原來相對分散的操作室進行遠程集中改造，至少實現“一條產線、一個操作室”或更高的集中度，進而大幅提高工作效率；二是“操作崗位一律機器人”，特別是臟污、危險、重復性高的崗位，優先采用機器代人，降低勞動強度和安全風險；三是“運維一律遠程”，即將一些通用設備接入設備智慧運維平臺，通過實時監控、提前預警、遠程診斷提升運行效率；四是“服務環節一律上線”，是指鋼鐵外部供應鏈服務的所有流程業務都在平臺上完成。

 

目前，寶鋼股份寶山基地約80條主產線均不同程度實現了智能制造。“除了生產制造環節，設備管理、能源環境、物流運輸、安全生產等也都搭乘了數字化的翅膀。”據沈立明介紹，過去5年，寶鋼股份投入了50多億元進行智能化改造，助力人均生產鋼產量年均增長8%左右，“今后，隨著5G、工業互聯網、人工智能、數字孿生等技術持續落地，鋼鐵生產將更加智能。”

 

來源：人民日報

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