經過過去十年的發展，中國電池制造業，特別是動力電池制造業從拼湊階段(手工，半自動化制造)進入到了自動化階段(流程化作業，自動倉庫，機器人和自動物流)，電池制造的速度越來越高，單工廠的產能也越來越高，在這個基礎上，我們國家整體電池制造產能已經突破了100GWh，占據了世界第一的位置。與此同時，電池行業的發展需求也出現了顯著的變化，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，都為電池行業帶來了巨大的挑戰，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《汽車動力電池行業規范條件(2017)》中也明確提出了需要對于生產過程進行全管控，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能的大規模制造階段轉向優質制造的階段。

優質制造是電池企業匹配新能源汽車高端市場必然要求，而對于汽車制造業，由于受到TS16949以及國家強制性標準的規范，需要對于制生產過程中的計劃、生產、質量、庫存、出貨、售后等過程進行全流程管控，因此，實施MES也就成了優秀企業必不可少的一部分，同時也是制造企業實現智能化制造的必經之路。

要實現優質制造，就需要是需要收集生產過程中相關要素的關鍵指標數據，通過對于采集到的數據進行有效統計和特征性分析，建立生產分析和評估體系，并在此基礎上進行判斷，得出生產改善和優化的對策，這就是優質制造的基本雛形^[1]。

在此背景下為動力電池生產線建立MES系統，將生產線從自動化產線升級到數字化產線，成為了行業內的基本共識。

1 研究現狀及趨勢

目前動力電池生產企業雖然生產自動化水平有顯著提高，但生產信息化水平不高，生產過程的管理水平還相對落后，如動力電池生產周期相對較長，生產設備較多，而且不同生產段設備能力估算復雜，生產的不均衡、生產動態信息的不共享給現場管理帶來巨大困難，企業迫切需要采取詳細準確的計劃排產、作業調度、生產跟蹤、現場半成品庫存管理、物料管理等措施。因此，加強各個生產段的現場管理勢在必行，只有提升各個生產段的現場管理水平，才能早日實現動力電池質量和性能的提升。將制造執行系統(MES) 技術引入到電池生產企業的生產過程的管理中，解決其實際生產中存在的問題，將會極大提高電池生產企業生產水平^[2]。

目前鋰電池生產企業由于生產產品的尺寸、材料等行業內尚未有統一的標準造成生產自動化面臨極大的挑戰，產品生產過程中由于數據量大、缺乏精密測量手段等原因造成生產過程精密質量數據獲取困難，為使鋰電池生產過程管理透明、質量可控、產品可追溯，引入MES系統可以實現“可視化管理”。MES在整個企業信息集成系統中承上啟下，是生產活動與管理活動信息溝通的橋梁。

2 制造執行系統(MES)設計

系統的建設應統一數據標準、統一軟件、統一硬件，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:選用的網絡技術要具有先進性，但也要注意實用、成熟和安全可靠。網絡結構、網絡硬件平臺、軟件平臺、開發工具、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：選擇的網絡技術要具有開放性，能適應不同的使用環境，并具有良好的可擴展性。盡量選用符合國際、國家規范和標準的技術和設備。

系統化、結構化、模塊化：保證整個系統的完整性、統一性、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：要能充分利用現有資源、設備及系統，并在技術上考慮將來應用發展需要。充分體現數據共享、資源共享，充分滿足領導層、管理層、業務層及不同業務部門的需求。

拓展性：系統應滿足企業/工廠在技術變更或規模擴張時，能夠針對需求進行功能擴展。

建立一個全面的、集成的、先進的和穩定的生產控制系統，以滿足生產管理、設備管理、系統管理等功能需求。針對生產過程，建設企業的數據管理平臺，優化并建立一套標準管理模式和業務流程，提升控制能力和工作效率，并可快速進行推廣應用。

2.1　基礎數據采集

采用簡單、有效、可靠和安全的設備數據采集以及條碼標簽識別技術，在生產現場設置數據采集點，通過設備或人工簡單、快速的采集生產信息，對產品計劃執行情況的整個制造過程進行跟蹤，將生產活動的進行狀態處于監控之內^[3]。

基礎數據信息的采集包括:原材料信息、在制品信息、成品信息；生產過程信息、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現場設置數據采集點如設備、人工、機臺等進行自動、半自動和人工方式采集信息。MES收集生產過程參數，但不參與生產過程的自動控制，從原材料、零部件入廠到成品出廠所有環節的信息進行收集，信息采集主要包括倉儲信息、生產過程信息、產品質量信息三大部分。包含報警信息、I/O狀態、工藝狀態信息、實時工藝數據、產量信息、合格率信息、設備狀態信息、其它與工藝和診斷相關的信息。

2.2　生產現場監控

管理人員可以監控生產情況，包括物料配送情況以及生產線上設備問題。將生產信息以數字化、圖形化的方式實時、準確地反饋給各級生產管理人員；

通過實時看板模塊的利用可以將現場網絡與設備、其他系統之間對接，實時顯示屏顯示生產線的各種信息，如生產狀態、物料狀態、質量信息、設備狀態等，便于生產管理人員及時了解生產現場的情況，從而可對大規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、內容、數據源、公告事項等配置功能^[4]。

看板類型包括：

生產看板，用于實時顯示產量信息，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控的生產時間，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。可用于展現車間/計劃生產狀況實時顯示，包括各產品生產類型、投入數、產出數、計劃產能、時段產能、直通率。

質量看板，質量看板用于及時顯示車間產線不良信息并進行報警提示，可展現不良類型統計、生產數量、不良數量、不良率、及不良率超限時進行超限標識，從生產源頭上有效地防止了不良品的產生及流到下一道工序，確保了質量目標的實現。

2.3　生產過程管理

一切生產過程可根據車間反饋實時數據進行靈活作業及調度，保證生產作業的效率及可實現性。

物料管理，包含物料采購、倉儲、運輸、生產計劃、庫存控制和質量控制。保證物料規格標準化，適時供應生產現場所需物料，有效率的收發物料；對原料及成品進行精細化存儲，并根據生產現場進行物料拉動，滿足精確和靈活的庫內作業管理功能。

生產計劃管理，進行科學的生產計劃、排產、調度，工序與工序質檢的精密關聯度，要求生產管理系統必須充分利用系統工具，在生產層面制定精細且優化的生產計劃，并能靈活的根據產線生產的實際狀況迅速合理的調配資源。一旦生產某一個環節出現問題，調度機制馬上啟動確保生產的穩定性。

流程工藝管理，為產品建立生產模型，包含生產流程、生產規范、原料規格料號等相關屬性設定。工藝流程對象與工作中心、生產工序、產品型號屬性關聯，配置產品工藝流程，定義產品生產路線，并進行生產制程管控。如果在生產過程中出現未按工藝流程作業，出現跳站、漏站的情況，系統將實現防呆^[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；通過監控關鍵設備的運行狀態、運行性能、實時能耗，對生產現場設備異常進行及時提醒及處理。實時監控生產設備的運行狀態；將所有設備的實時狀態，在B/S端上進行展現，便于相關人員清晰明了的掌握現場設備狀態，及時進行處理。

質量管理，系統應能夠對從供應商、原料到售后服務的整個產品的生產和生命周期進行質量記錄和分析，并在生產過程控制的基礎上對生產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

結合生產數據收集進行過程數據記錄及追溯實現生產再現，實現物料、在制品及完成產品的監控追溯。

從原材料、部件入廠到成品出廠所有環節的信息查詢，通過單一條件或復合條件可追溯設備信息、質量信息、生產計劃信息、工藝信息、產品信息、物料信息、生產環境信息等。

主要包括物料來源、產品履歷、產品標識與追溯、制程標識與追溯、通過產品跟蹤和清單管理功能的使用，信息系統能監視產品在任意時刻的位置和狀態，收集和記錄產品或物料加工工序、加工結果的數據，形成每個物料或產品可追溯性記錄。

追溯產品SN的物料信息、生產信息、輔料信息、質量信息，通過該功能直觀的展現生產過程情況，完整追蹤產品的生產履歷，并可正向或反向追溯產品生產信息。

通過產品SN，追溯產品所使用的物料信息、操作信息、設備參數、質量檢驗信息及工藝流程等；并可查詢該產品所屬批次，追溯同批次其他產品及所用的物料、設備、人員、工序等信息。系統判斷產品使用物料是否為外購或自制。

2.5　與其他系統對接

為實現MES系統，需要通過MES系統將企業中目前已有的IT系統進行串接，實現流程的順暢進行。系統集成是在系統工程科學方法的指導下，根據用戶需求，優選各種技術和產品，將各個分離的子系統連接成為一個完整可靠經濟和有效的整體，并使之能彼此協調工作，發揮整體效益，達到整體性能最優^[6]。

數據交互基本分為兩個方式，一種是其他系統的數據導入到MES系統，另外一種是MES系統提供數據給其他系統。數據接口的交互采用訪問第三方文件、調用數據接口（例如WebServices）、訪問中間數據庫等方式來實現第三方系統接口統一。MES應可以支持多種形態的接口方式，開發能滿足各種設備/系統的接口模塊。

接口要求：

1)  環境設備資料收集接口：需整合工廠環控監控系統取得實時環境信息。

2)  PLC與OPC接口：支持自行定義PLC監測端點，當有該監測點設備點位事件上報時，生產數據自動儲存于系統數據庫。

3)  設備數據庫接口：支持工藝設備與數據庫進行數據交互、數據上傳等。

3 結論

實施基于鋰電行業的制造執行系統，實現鋰電池生產現場數據實時采集及可靠傳輸、生產質量實時檢測與控制及產品制造過程信息的全面集成與融合等功能，實現制造過程的可視化和可控化，為數字化企業奠定堅實的數據與信息基礎，實現產品制造數據的雙向追溯能力，為精益、敏捷生產提供保障，進而為鋰離子動力電池產業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

1、凌翔，白小波.鋰電池生產全流程物料跟蹤追溯系統研究[J].電源技術。2017，1:34－37.

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設計與實現[J].電源技術，2009，10:906－909.

3、胡友民，杜潤生，楊叔子.制造系統數據采集技術研究[J].制造自動化，2008，（3）:23～27.

4、孫宇，陳杰，李東波，等.略論制造執行系統研究[J].高技術通訊，2009，（10）:60～62.

5、張書亭，楊建軍，鄒學禮.面向敏捷制造車間的制造執行系統[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].制造業自動化，2007，08:4－6.

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