世界滾動:先進制造業(yè)企業(yè)究竟先進在哪里丨“極限制造”點亮“燈塔工廠”
【先進制造業(yè)企業(yè)究竟先進在哪里】
原標(biāo)題：平均每1.7秒可生產(chǎn)一個電芯，缺陷率僅十億分之一
(資料圖)
“極限制造”點亮“燈塔工廠”
工人日報-中工網(wǎng)記者 陳曦
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受益于新能源汽車產(chǎn)銷兩旺的良好態(tài)勢，動力電池市場需求“水漲船高”。為了應(yīng)對日益復(fù)雜的制造工藝和滿足高質(zhì)量的產(chǎn)品需求，寧德時代提出了“極限制造”理念，在不斷突破電池性能極限的同時，積極擁抱智能制造。
走進寧德時代新能源科技股份有限公司湖東工廠涂布車間，繁忙的產(chǎn)線上，攪拌均勻的漿料正以每分鐘80米的速度被均勻涂覆在6微米薄如蟬翼的銅箔上。涂布是鋰電池生產(chǎn)的核心工序，完成這項操作的，正是該企業(yè)自主研發(fā)的全球第一臺6微米涂布機。
這是寧德時代“極限制造”落地生根的一個生動注腳。作為新能源汽車的“心臟”，動力電池的重要性不言而喻。成立11年來，以智能制造技術(shù)為依托，憑借“毫厘必爭”的迭代創(chuàng)新和“點滴必較”的質(zhì)量把控，寧德時代已連續(xù)5年蟬聯(lián)全球動力電池銷量冠軍，全球每三輛電動車中就有一輛裝載其生產(chǎn)的電池，旗下寧德工廠更是被世界經(jīng)濟論壇評選為電池行業(yè)首家“燈塔工廠”。
1微米的戰(zhàn)役
長久以來，“續(xù)航里程”一直是制約電動車發(fā)展的最大痛點，寧德時代決定啃下這塊“硬骨頭”。
過去10年，研發(fā)團隊持續(xù)開展高性能電池技術(shù)開發(fā)、不斷探索化學(xué)材料升級，將續(xù)航里程從不到200公里提升到超過700公里。
在寧德時代動力電池工程師王升威看來，研發(fā)團隊還可以在電池包空間利用率上“做文章”：“普通電池包由模組構(gòu)成，每個模組包含約10個電芯。如果取消模組結(jié)構(gòu)，直接把電芯集成到電池包，同樣的空間就可以容納更多電芯，能量密度能夠再提升20%?！?/p>
然而，結(jié)構(gòu)的重塑對電芯一致性要求極高。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)看，承載著電芯正負(fù)極材料的糊狀漿料在自動負(fù)壓罐中充分混合攪拌后，經(jīng)涂布工序被均勻涂到銅箔上形成極片，再由高速卷繞機將極片與絕緣膜卷繞在一起形成電芯，其厚度達(dá)60毫米。在電池內(nèi)，每排電芯的數(shù)量約20～30個，經(jīng)測算，只有將平均厚度偏差控制在0.1毫米之內(nèi)，才能實現(xiàn)直接組裝。每個電芯內(nèi)部有超過100層極片，每層之間允許的厚度差僅有1微米。
王升威團隊經(jīng)過反復(fù)測驗發(fā)現(xiàn)，控制電芯一致性的“通關(guān)秘籍”在于漿料：漿料必須流動性能好、黏度穩(wěn)定、不易發(fā)生固體沉降。
他和團隊耗時一年反復(fù)嘗試，最終得到了理想的配方：石墨、黏合劑、導(dǎo)電劑和水的特定比例混合。由此，電池的能量密度提高到220Wh/kg以上，電動汽車的續(xù)航里程提升至1000公里以上。
“近十年，動力電池能量密度的增長帶來續(xù)航里程6～7倍的提升?！睂幍聲r代董事長曾毓群說。
值得一提的是，今年6月，企業(yè)發(fā)布新產(chǎn)品“麒麟電池”，該電池系統(tǒng)集成度創(chuàng)全球新高，體積利用率突破72%，能量密度可達(dá)255Wh/kg，整車?yán)m(xù)航里程可達(dá)1000公里。
“智變”引“質(zhì)變”
近年來，受益于新能源汽車產(chǎn)銷兩旺的良好態(tài)勢，動力電池市場需求“水漲船高”。為了應(yīng)對日益復(fù)雜的制造工藝和滿足高質(zhì)量的產(chǎn)品需求，寧德時代提出了“極限制造”理念，即在不斷突破電池性能極限的同時，積極擁抱智能制造，打破速度、良品率、勞動生產(chǎn)率和能耗領(lǐng)域的4大“極限”。
“涂布曾經(jīng)是電芯生產(chǎn)過程中品質(zhì)管控最難、人工操作最復(fù)雜的工藝流程，如今只需一臺平板電腦就可以進行實時精準(zhǔn)控制。”寧德時代湖東工廠智能工廠負(fù)責(zé)人馮安民向記者介紹，中央智慧工藝感知控制系統(tǒng)將車間內(nèi)所有與涂布機相關(guān)的設(shè)備連接在一起，依托5G技術(shù)高帶寬、低時延的特性，涂布過程實現(xiàn)了8K高清視頻采集，產(chǎn)品一致性大幅提升。
“我們運用人工智能、數(shù)字孿生、邊緣計算等7大智能制造技術(shù)，建立了‘極限制造’體系架構(gòu)，打造了多平臺、多系統(tǒng)深度交互的工業(yè)化和信息化深度融合的生態(tài)?！瘪T安民說。
在“極限制造”的加持下，湖東工廠變得越來越“聰明”：增強現(xiàn)實專家系統(tǒng)仿若“千里眼”，技術(shù)人員佩戴AR/VR眼鏡“身臨”生產(chǎn)現(xiàn)場；200多臺自動導(dǎo)引運輸車“閑庭信步”，有序完成電芯上線、物料循環(huán)配送等任務(wù)；超高速運動全量視頻流AI質(zhì)量檢測“嚴(yán)陣以待”，無延遲采集傳輸并反饋結(jié)果，有效識別微小缺陷……
世界經(jīng)濟論壇在認(rèn)定寧德工廠為“燈塔工廠”的評語中這樣說：寧德時代三年內(nèi)實現(xiàn)了在生產(chǎn)每個電芯耗時1.7秒的速度下僅有十億分之一的缺陷率，同時將勞動生產(chǎn)率提高了75%，將每年的能源消耗降低了10%。
紀(jì)錄正不斷被刷新。眼下，企業(yè)“四川時代”生產(chǎn)基地通過進一步應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、柔性自動化等技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)線速度17%的提升，于今年10月再度獲評“燈塔工廠”。
科技創(chuàng)新步履不停
“隨著動力電池邁向TWh（太瓦時）時代，唯有創(chuàng)新可以贏萬變。”在曾毓群看來，技術(shù)創(chuàng)新能力是寧德時代的核心競爭力，也為企業(yè)贏來了客戶的廣泛認(rèn)可。
除了破解鋰電池的續(xù)航痛點，曾毓群表示，針對電池的低溫痛點，寧德時代優(yōu)化了熱管理系統(tǒng)，兼顧到加熱過程中的無損、安全和高效；針對安全痛點，實現(xiàn)了無熱擴散的最高安全要求；在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，研發(fā)團隊突破了單一材料體系性能邊界，提出并實現(xiàn)了在單個電池包中布置AB兩種不同電芯的設(shè)計方案，形成優(yōu)勢互補。
值得一提的是，寧德時代已經(jīng)構(gòu)建了以5G為基礎(chǔ)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，通過5G技術(shù)與“極限制造”碰撞融合，探索出了22個具有高價值的業(yè)務(wù)場景，目前已落地9種5G融合應(yīng)用，朝著5G工廠的目標(biāo)加速邁進。
強大創(chuàng)新能力的背后，是一支“硬核”的人才隊伍。記者了解到，寧德時代在寧德、江蘇溧陽、上海、廈門以及德國慕尼黑設(shè)立了五大研發(fā)中心，研發(fā)人員超過1.4萬人，其中21C創(chuàng)新實驗室已成為全球能源存儲轉(zhuǎn)化前沿技術(shù)的研發(fā)高地。企業(yè)還擁有電化學(xué)儲能技術(shù)國家工程研究中心、福建省鋰離子電池企業(yè)重點實驗室、中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）認(rèn)證的測試驗證中心，設(shè)立了“博士后科研工作站”“福建省院士專家工作站”等。
數(shù)據(jù)顯示，2022年前三季度，寧德時代研發(fā)投入達(dá)106億元，同比增長130%。擁有及正在申請的國內(nèi)外專利合計14040項，主導(dǎo)或參與制修訂超過80項國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。
如今，寧德時代已擁有世界最全面的電池技術(shù)路線布局，以及從技術(shù)到產(chǎn)品再到商品的最快轉(zhuǎn)化鏈條。展望未來，曾毓群說：“新能源的大時代已經(jīng)到來，我們將以持續(xù)領(lǐng)先的產(chǎn)品和服務(wù)，支撐引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)和全球電動化貢獻(xiàn)更多智慧和力量。”
