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智能制造,澎湃產(chǎn)業(yè)新動(dòng)能(深度觀察·深入推進(jìn)新型工業(yè)化①)

發(fā)布時(shí)間:2023-03-23 16:02:00來(lái)源: 人民日?qǐng)?bào)

  習(xí)近平總書記在參加十四屆全國(guó)人大一次會(huì)議江蘇代表團(tuán)審議時(shí)指出:“要堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上,深入推進(jìn)新型工業(yè)化,強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和重大技術(shù)裝備攻關(guān),推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”。今天起,本版推出“深入推進(jìn)新型工業(yè)化”系列報(bào)道,實(shí)地走訪大江南北的工廠車間,展現(xiàn)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展的積極進(jìn)展和成效。

  當(dāng)前,新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)融合發(fā)展,已成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的鮮明特色,正在驅(qū)動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈發(fā)生深刻變化。黨的十八大以來(lái),我國(guó)智能制造應(yīng)用規(guī)模和發(fā)展水平大幅躍升,制造業(yè)智能化發(fā)展成效明顯。目前,我國(guó)已建成2100多個(gè)高水平的數(shù)字化車間和智能工廠。其中,209家示范標(biāo)桿工廠開(kāi)展智能化改造后,產(chǎn)品研發(fā)周期縮短20.7%,生產(chǎn)效率提升34.8%,不良品率降低27.4%,碳排放減少21.2%。本期報(bào)道,記者帶您走進(jìn)三家不同行業(yè)的智能工廠,感受智能制造給產(chǎn)業(yè)一線帶來(lái)的可喜變化。

  ——編者

  寧德時(shí)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(yè)通常用PPM(百萬(wàn)分之一),即每百萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品中不良品數(shù)量來(lái)標(biāo)示產(chǎn)品可靠性。在汽車行業(yè),世界級(jí)制造水平下的PPM通常在100上下,然而,在全球最大動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司,這卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

  “去年公司全球動(dòng)力電池使用192Gwh(吉瓦時(shí)),相當(dāng)于約3億個(gè)電芯。如果不良品率只達(dá)到PPM級(jí)別,就相當(dāng)于市場(chǎng)上有成百上千個(gè)存在隱患的電芯,這是我們難以承受的?!睂幍聲r(shí)代工程制造及研發(fā)體系聯(lián)席總裁倪軍說(shuō),極限制造的首要目標(biāo)就是要將不良品率進(jìn)一步降低至十億分之一(PPB)級(jí)別。

  如此極致的電芯品質(zhì),寧德時(shí)代是如何做到的?穿戴好防塵服、口罩、防護(hù)帽和鞋套,穿過(guò)新風(fēng)除塵通道,記者走進(jìn)了寧德時(shí)代總部Z基地的陽(yáng)極攪拌車間。兩層樓高的廠房里,巨大的攪拌桶完全由系統(tǒng)自動(dòng)控制。干混、預(yù)攪拌、慢攪拌、攪拌等多道生產(chǎn)流程,分別對(duì)應(yīng)不同的工作溫度和不同的攪拌速度。自動(dòng)裝填的陽(yáng)極活性物質(zhì)在攪拌機(jī)里要克服重力和慣性力的干擾,形成穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),進(jìn)而變成性狀完全一致的漿狀物。

  “制漿是關(guān)乎動(dòng)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?!睂幍聲r(shí)代智能工廠推進(jìn)負(fù)責(zé)人馮安民解釋說(shuō),多道流程、多種不同溫度和電流強(qiáng)度,獨(dú)特的漿葉片設(shè)計(jì),蘊(yùn)含著寧德時(shí)代對(duì)流體物理學(xué)的深刻理解、對(duì)虛擬仿真技術(shù)以及核心算法的熟練運(yùn)用?!癕ES(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng))承接了這些智慧,下發(fā)指令讓機(jī)器自動(dòng)完成復(fù)雜的攪拌工作,而眾多傳感器采集的數(shù)據(jù),則確保了指令得以精確執(zhí)行?!瘪T安民說(shuō)。

  極限制造要攻克的第二道難題是涂布?!巴ㄋ桌斫猓坎加悬c(diǎn)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?!睂幍聲r(shí)代制造基地支持部高級(jí)經(jīng)理劉玉青說(shuō),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(zhǎng)、4.5微米厚的銅箔上下兩面,“這厚度相當(dāng)于一根頭發(fā)絲直徑的1/10?!?/p>

  完成這一看似不可能任務(wù)的,是一臺(tái)長(zhǎng)80多米的國(guó)產(chǎn)涂布設(shè)備。“看到這排電機(jī)控制器了嗎?”劉玉青指著涂布設(shè)備最核心的狹縫擠壓頭告訴記者,工人通過(guò)手持的平板電腦,依托5G傳輸技術(shù)以微米級(jí)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(xì)細(xì)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(zhuǎn)換角度,才能看到背輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的細(xì)微流動(dòng)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(chǎn)品良率,我們?yōu)橥坎脊ば虬惭b了強(qiáng)大的‘鷹眼’系統(tǒng)。”馮安民說(shuō),8K高清攝像機(jī),通過(guò)超低時(shí)延的5G網(wǎng)絡(luò),將涂布過(guò)程實(shí)時(shí)傳輸?shù)綑C(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),任何微小缺陷都會(huì)被“鷹眼”系統(tǒng)識(shí)別。陽(yáng)極攪拌和涂布,只是Z基地七大車間中的前兩個(gè)。在其他五大車間里,一個(gè)合格的電芯還要經(jīng)過(guò)輥壓、模切、卷繞、裝配等20多個(gè)工序,才會(huì)走下生產(chǎn)線。其間,烘干、激光預(yù)分切、卷繞、極耳焊接、電芯頂蓋激光焊接等復(fù)雜工藝環(huán)節(jié),寧德時(shí)代的產(chǎn)品良率都做到了行業(yè)最高水平。

  自2020年底上線智能制造系統(tǒng)以來(lái),寧德時(shí)代總部智能制造示范工廠在實(shí)現(xiàn)十億分之一缺陷率的前提下,每組電芯的生產(chǎn)節(jié)拍降至1.7秒,勞動(dòng)生產(chǎn)率提高了75%,每年的能源消耗也降低了10%。

  如今,100多臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備和6800個(gè)核心質(zhì)量控制點(diǎn),讓Z基地距離無(wú)需停產(chǎn)也可實(shí)時(shí)糾錯(cuò)的目標(biāo)越來(lái)越近。這不僅可以進(jìn)一步降低不良率,提升產(chǎn)品品質(zhì)和一致性,更可帶來(lái)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步優(yōu)化。作為全球市場(chǎng)占有率達(dá)37%的動(dòng)力電池龍頭企業(yè),寧德時(shí)代在全國(guó)有47個(gè)生產(chǎn)工廠。讓人驚嘆的是,2021年開(kāi)始,寧德時(shí)代47家工廠在半年內(nèi)先后完成了“5G+智慧工廠”的建設(shè)。

  3月12日,最長(zhǎng)續(xù)航里程1000公里的麒麟電池在寧德時(shí)代總部全新基地下線?!安捎弥悄苤圃?.0系統(tǒng)的新基地,生產(chǎn)效率又將有顯著提升,而生產(chǎn)成本和能耗則可大幅下降。”倪軍向記者發(fā)出邀請(qǐng):“等產(chǎn)能完成爬坡,歡迎來(lái)感受極限制造的又一次蛻變?!?/p>

  浙江極氪智能科技有限公司

  智慧工廠,百萬(wàn)種個(gè)性化配置隨意組合

  “這輛是雙電機(jī)版本,紅色車漆,淺色內(nèi)飾、普通輪轂”“這輛是單電機(jī)版本,黑白套色車身,深色內(nèi)飾,21寸低風(fēng)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(nèi)飾顏色、不同輪轂、不同動(dòng)力配置的新車緩緩駛過(guò)U形終檢線。

  “車在生產(chǎn)前已經(jīng)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(fèi)者在APP上自主定制,比如極氪001,配置就多達(dá)150萬(wàn)種。以輪轂為例,用戶可選擇低風(fēng)阻輪轂,也可選擇普通款,僅車輪就有20多個(gè)組合。

  如此多的配置選擇,生產(chǎn)中會(huì)不會(huì)出差錯(cuò)?駛?cè)虢K檢線前,基于人工智能視覺(jué)技術(shù)的“整車外觀視覺(jué)檢查系統(tǒng)”有效解決了這一難題。一臺(tái)臺(tái)高清攝像機(jī),像一雙雙明亮的眼睛,將頂蓋、擾流板、左右側(cè)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(guān)鍵配置“記錄在案”,并與后臺(tái)MES系統(tǒng)里由訂單生成的配置表實(shí)時(shí)比對(duì),杜絕裝配差錯(cuò)。

  實(shí)施大規(guī)模個(gè)性化定制,會(huì)不會(huì)影響生產(chǎn)效率?“傳統(tǒng)車企也能實(shí)現(xiàn)多車型混線生產(chǎn),但配置都是提前設(shè)定好的,算上車身和內(nèi)飾顏色,最多也就百種左右?!睒O氪智慧工廠制造總監(jiān)楊輝說(shuō),要將選擇權(quán)開(kāi)放給用戶,有能力實(shí)現(xiàn)150萬(wàn)種配置組合,又確保生產(chǎn)高效,就需要研、產(chǎn)、銷全流程個(gè)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(chǎn)的極氪智慧工廠全面導(dǎo)入了智能化、數(shù)字化技術(shù),以“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”為載體,以數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品綠色研發(fā),以智能化生產(chǎn)牢控產(chǎn)品質(zhì)量,以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高效協(xié)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(tái)新車的配件,都由AGV(自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)牽引的專屬物料車全程跟隨,裝配前更要掃描“身份標(biāo)識(shí)”,杜絕差錯(cuò)。

  在輪胎安裝環(huán)節(jié),普通整車工廠是由工人借助吊具、扭力擰緊槍在車身靜止?fàn)顟B(tài)下手工安裝,極氪則與設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合開(kāi)發(fā)了智能化安裝方案,借助視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)與兩臺(tái)機(jī)器人的完美合作,不僅有效避免不同規(guī)格的輪胎與車身匹配出現(xiàn)差錯(cuò),更減少了等待時(shí)間,節(jié)約了工位占用空間。

  高效敏捷完成大規(guī)模個(gè)性化定制,只是極氪智慧工廠要解決的諸多課題中的一個(gè)。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、智能診斷,確保工藝質(zhì)量與產(chǎn)品品質(zhì),更是極氪贏得消費(fèi)者認(rèn)可的競(jìng)爭(zhēng)利器。

  走進(jìn)極氪智慧工廠焊接車間,幾乎看不到工人。與傳統(tǒng)汽車工廠的焊接車間不同,這里沒(méi)有刺鼻的金屬味道,飛濺的焊花也少了很多。703臺(tái)全自動(dòng)焊接機(jī)器人、近兩百臺(tái)AGV機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn),焊接自動(dòng)化率達(dá)到100%。

  “焊花飛濺看上去很壯觀,但焊花大并不代表焊接質(zhì)量好,相反,可能是沒(méi)有控制好電流電壓,產(chǎn)生了過(guò)燒現(xiàn)象?!壁w春林說(shuō),焊接的過(guò)程細(xì)分開(kāi)來(lái)比較復(fù)雜,剛開(kāi)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(huì)造成爆燃、過(guò)燒等異常,影響焊接質(zhì)量。”

  趙春林指著正在混線生產(chǎn)的極氪009白車身告訴記者,這款MPV焊點(diǎn)有4800多個(gè),每一個(gè)焊點(diǎn)的焊接過(guò)程只有一秒多,極氪卻將這一秒多的時(shí)長(zhǎng),分割成了很多毫秒,進(jìn)而由焊接電流電壓生成數(shù)值曲線?!昂附舆^(guò)程中,點(diǎn)焊機(jī)器人不僅通過(guò)數(shù)值曲線進(jìn)行毫秒級(jí)的管控,還可以采集電流電壓的精準(zhǔn)數(shù)據(jù),并在后臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,完成質(zhì)量追溯?!焙秆b車間資深經(jīng)理張旭業(yè)說(shuō)。

  類似的數(shù)據(jù)采集、分析和質(zhì)量追溯系統(tǒng),還用在底盤合裝工位。在這里,46個(gè)螺栓自動(dòng)擰緊,將底盤與車身緊緊裝配在一起。工位一旁的鋼架上,數(shù)十個(gè)家用電表大小的小盒子排成兩行?!斑@是螺栓控制器,每個(gè)螺栓的扭力數(shù)據(jù),都通過(guò)它記錄下來(lái),實(shí)時(shí)反饋到系統(tǒng)中?!笨傃b車間資深經(jīng)理李凱說(shuō),扭力數(shù)據(jù)生成力矩曲線,與系統(tǒng)設(shè)定的曲線進(jìn)行智能比對(duì),如果超出閾值,意味著螺栓擰緊過(guò)程出現(xiàn)異常,下個(gè)工位的顯示大屏就會(huì)亮起紅燈,車身則被從流水線上“扣”下來(lái),確保線上車輛裝備品質(zhì)萬(wàn)無(wú)一失。

  “我們的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智慧工廠的不斷進(jìn)化,面向未來(lái)探索人工智能平臺(tái),賦能數(shù)字化、智能化,敏捷高效、高品質(zhì)地實(shí)現(xiàn)三大平臺(tái)、6款車型同時(shí)全柔性化生產(chǎn)?!壁w春林說(shuō)。

  中國(guó)寶武寶鋼股份冷軋車間

  智慧大腦,助生產(chǎn)效率提升三成

  “怎么車間一片漆黑?”

  “這里的生產(chǎn)線足夠智能,不用開(kāi)燈就能自動(dòng)運(yùn)行,名副其實(shí)的‘黑燈工廠’?!弊哌M(jìn)中國(guó)寶武寶鋼股份冷軋廠熱鍍鋅智能車間,四冷軋分廠廠長(zhǎng)沈青福自豪地說(shuō)。

  一開(kāi)燈,記者才發(fā)現(xiàn)車間上方的行車正抓著直徑約2米的冷軋鋼卷來(lái)回穿梭?!靶熊囃ǔP枰と瞬僮鳎ㄟ^(guò)智慧賦能,無(wú)人化行車自身就知道怎么根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃從庫(kù)區(qū)尋找所需鋼卷,再運(yùn)到指定位置。”沈青福告訴記者,2017年至2019年,寶鋼對(duì)這座冷軋車間實(shí)施了整體智能化改造,兩臺(tái)熱鍍鋅機(jī)組由此實(shí)現(xiàn)智慧升級(jí)。

  沿產(chǎn)線向前,32項(xiàng)技改項(xiàng)目一一映入眼簾。

  先看拆捆機(jī)器人。過(guò)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(shí),工人需用大力鉗剪開(kāi)鋼滾帶,既費(fèi)時(shí)費(fèi)力,也有安全風(fēng)險(xiǎn):一人多高、25噸左右重的鋼卷在彈開(kāi)的一瞬間容易傷人。經(jīng)過(guò)改造,這一工作交給機(jī)器人,高效安全。

  鋼卷拆捆之后進(jìn)入機(jī)組,開(kāi)卷、自動(dòng)焊接、清洗,隨后進(jìn)入連續(xù)退火爐高溫退火,退火后的帶鋼快速冷卻后進(jìn)入鋅鍋,即實(shí)現(xiàn)了熱鍍鋅的加工。長(zhǎng)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(kāi)來(lái),在7層樓高的退火爐內(nèi)部上下纏繞、滾動(dòng)向前。

  “場(chǎng)面壯觀,工作量也大。”沈青福告訴記者,鋼卷在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中纏繞在不計(jì)其數(shù)的輥?zhàn)由希郧盀榱税l(fā)現(xiàn)輥?zhàn)赢惓?,每個(gè)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(shí),“現(xiàn)在,巡檢機(jī)器人每4小時(shí)就能自動(dòng)巡檢一遍,遇到異常再提示工人檢查維修。作業(yè)效率提升,勞動(dòng)負(fù)荷也降低了?!?/p>

  再往前,還有全球首套鋅鍋電磁撇渣系統(tǒng)。在鍍鋅環(huán)節(jié),液態(tài)鋅跟空氣接觸后會(huì)形成氧化鋅雜質(zhì)。要保證汽車板等成品質(zhì)量,就得對(duì)氧化鋅進(jìn)行抑渣、驅(qū)渣、撈渣?!斑^(guò)去,工人要穿著隔熱服,用長(zhǎng)柄大勺一勺勺地?fù)瞥鲭s質(zhì)。改造后,依靠電磁撇渣技術(shù),氧化鋅被聚攏在一塊,再由撈渣機(jī)器人撈出,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化。”沈青福說(shuō)。

  爐子閉環(huán)、堿液回收、能環(huán)智能在線、鋅層閉環(huán)、增濕抑渣、邊部測(cè)厚儀、取樣機(jī)器人……一項(xiàng)項(xiàng)智能應(yīng)用,讓產(chǎn)線用工大為減少。每條線一個(gè)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(duì)著電腦和大屏幕監(jiān)控全線各種生產(chǎn)參數(shù),工作量大為減輕。除此之外,智能制造還帶來(lái)降本增效、節(jié)能降耗等利好。據(jù)介紹,這座數(shù)字化車間改造以來(lái),綜合污染物噸鋼下降30%,生產(chǎn)效率提升30%,產(chǎn)能提升20%,噸鋼能耗下降15%,加工成本下降10%。

  “寶鋼股份對(duì)鋼廠進(jìn)行智能化改造,最主要有兩方面:一是給原來(lái)的設(shè)備加裝了大量傳感器、攝像頭、探測(cè)裝置,讓設(shè)備和設(shè)備、設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接;二是借助‘智慧大腦’對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制?!睂氫摴煞荽髷?shù)據(jù)與智慧化部高級(jí)經(jīng)理沈立明告訴記者,同時(shí)滿足鋼鐵生產(chǎn)大規(guī)模、定制化兩項(xiàng)需求,“智慧大腦”至關(guān)重要,“從煉鋼環(huán)節(jié)開(kāi)始,鋼水就要按照不同訂單的需求進(jìn)行定制,熱軋、冷軋等環(huán)節(jié)同樣如此。為此,我們將生產(chǎn)機(jī)理、‘老師傅’經(jīng)驗(yàn)輸入系統(tǒng),再輔以人工智能,讓系統(tǒng)作出科學(xué)高效的決策。未來(lái),隨著數(shù)據(jù)積累、經(jīng)驗(yàn)沉淀、算法升級(jí),‘大腦’會(huì)越來(lái)越智能,生產(chǎn)也會(huì)更加高效。”

  在中國(guó)寶武,智能制造的總體目標(biāo)被歸納為“四個(gè)一律”。沈立明介紹:一是“操作室一律集中”,即將原來(lái)相對(duì)分散的操作室進(jìn)行遠(yuǎn)程集中改造,至少實(shí)現(xiàn)“一條產(chǎn)線、一個(gè)操作室”或更高的集中度,進(jìn)而大幅提高工作效率;二是“操作崗位一律機(jī)器人”,特別是臟污、危險(xiǎn)、重復(fù)性高的崗位,優(yōu)先采用機(jī)器代人,降低勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn);三是“運(yùn)維一律遠(yuǎn)程”,即將一些通用設(shè)備接入設(shè)備智慧運(yùn)維平臺(tái),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、提前預(yù)警、遠(yuǎn)程診斷提升運(yùn)行效率;四是“服務(wù)環(huán)節(jié)一律上線”,是指鋼鐵外部供應(yīng)鏈服務(wù)的所有流程業(yè)務(wù)都在平臺(tái)上完成。

  目前,寶鋼股份寶山基地約80條主產(chǎn)線均不同程度實(shí)現(xiàn)了智能制造?!俺松a(chǎn)制造環(huán)節(jié),設(shè)備管理、能源環(huán)境、物流運(yùn)輸、安全生產(chǎn)等也都搭乘了數(shù)字化的翅膀?!睋?jù)沈立明介紹,過(guò)去5年,寶鋼股份投入了50多億元進(jìn)行智能化改造,助力人均生產(chǎn)鋼產(chǎn)量年均增長(zhǎng)8%左右,“今后,隨著5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)持續(xù)落地,鋼鐵生產(chǎn)將更加智能?!?/p>

(責(zé)編:李文治)

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