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智能制造,澎湃產(chǎn)業(yè)新動能(深度觀察·深入推進新型工業(yè)化①)
2023年03月22日 09:04 來源:人民日報 關(guān)燈

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

習(xí)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(fā)展經(jīng)濟的著力點放在實體經(jīng)濟上,深入推進新型工業(yè)化,強化產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造和重大技術(shù)裝備攻關(guān),推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”。今天起,本版推出“深入推進新型工業(yè)化”系列報道,實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)展的積極進展和成效。

當(dāng)前,新一代信息技術(shù)與先進制造技術(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)動全球產(chǎn)業(yè)鏈、價值鏈發(fā)生深刻變化。黨的十八大以來,我國智能制造應(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,我國已建成2100多個高水平的數(shù)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(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%。本期報道,記者帶您走進三家不同行業(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(yè)通常用PPM(百萬分之一),即每百萬個產(chǎn)品中不良品數(shù)量來標示產(chǎn)品可靠性。在汽車行業(yè),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(chǎn)企業(yè)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(dāng)于約3億個電芯。如果不良品率只達到PPM級別,就相當(dāng)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?!睂幍聲r代工程制造及研發(fā)體系聯(lián)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(zhì),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(fēng)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(tǒng)自動控制。干混、預(yù)攪拌、慢攪拌、攪拌等多道生產(chǎn)流程,分別對應(yīng)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(zhì)在攪拌機里要克服重力和慣性力的干擾,形成穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),進而變成性狀完全一致的漿狀物。

“制漿是關(guān)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?!睂幍聲r代智能工廠推進負責(zé)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(shè)計,蘊含著寧德時代對流體物理學(xué)的深刻理解、對虛擬仿真技術(shù)以及核心算法的熟練運用?!癕ES(生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng))承接了這些智慧,下發(fā)指令讓機器自動完成復(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。

極限制造要攻克的第二道難題是涂布?!巴ㄋ桌斫?,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?!睂幍聲r代制造基地支持部高級經(jīng)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(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,是一臺長80多米的國產(chǎn)涂布設(shè)備?!翱吹竭@排電機控制器了嗎?”劉玉青指著涂布設(shè)備最核心的狹縫擠壓頭告訴記者,工人通過手持的平板電腦,依托5G傳輸技術(shù)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(zhuǎn)換角度,才能看到背輥轉(zhuǎn)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(chǎn)品良率,我們?yōu)橥坎脊ば虬惭b了強大的‘鷹眼’系統(tǒng)?!瘪T安民說,8K高清攝像機,通過超低時延的5G網(wǎng)絡(luò),將涂布過程實時傳輸?shù)綑C器視覺系統(tǒng),任何微小缺陷都會被“鷹眼”系統(tǒng)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(jīng)過輥壓、模切、卷繞、裝配等20多個工序,才會走下生產(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,寧德時代總部智能制造示范工廠在實現(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多臺自動化設(shè)備和6800個核心質(zhì)量控制點,讓Z基地距離無需停產(chǎn)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(chǎn)品品質(zhì)和一致性,更可帶來生產(chǎn)效率的進一步優(yōu)化。作為全球市場占有率達37%的動力電池龍頭企業(yè),寧德時代在全國有47個生產(chǎn)工廠。讓人驚嘆的是,2021年開始,寧德時代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,最長續(xù)航里程1000公里的麒麟電池在寧德時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?!蹦哕娤蛴浾甙l(fā)出邀請:“等產(chǎn)能完成爬坡,歡迎來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(nèi)飾、普通輪轂”“這輛是單電機版本,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、不同動力配置的新車緩緩駛過U形終檢線。

“車在生產(chǎn)前已經(jīng)有了主人?!睒O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(fēng)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(chǎn)中會不會出差錯?駛?cè)虢K檢線前,基于人工智能視覺技術(shù)的“整車外觀視覺檢查系統(tǒng)”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(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MES系統(tǒng)里由訂單生成的配置表實時比對,杜絕裝配差錯。

實施大規(guī)模個性化定制,會不會影響生產(chǎn)效率?“傳統(tǒng)車企也能實現(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,要將選擇權(quán)開放給用戶,有能力實現(xiàn)150萬種配置組合,又確保生產(chǎn)高效,就需要研、產(chǎn)、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(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)平臺實現(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,每一臺新車的配件,都由AGV(自動導(dǎo)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(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狀態(tài)下手工安裝,極氪則與設(shè)備供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)了智能化安裝方案,借助視覺檢測系統(tǒng)與兩臺機器人的完美合作,不僅有效避免不同規(guī)格的輪胎與車身匹配出現(xiàn)差錯,更減少了等待時間,節(jié)約了工位占用空間。

高效敏捷完成大規(guī)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(chǎn)過程中的數(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(tǒng)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(zhuǎn),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(zhì)量好,相反,可能是沒有控制好電流電壓,產(chǎn)生了過燒現(xiàn)象?!壁w春林說,焊接的過程細分開來比較復(fù)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(zhì)量?!?/p>

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(shù)值曲線?!昂附舆^程中,點焊機器人不僅通過數(shù)值曲線進行毫秒級的管控,還可以采集電流電壓的精準數(shù)據(jù),并在后臺進行大數(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。

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(shù)十個家用電表大小的小盒子排成兩行?!斑@是螺栓控制器,每個螺栓的扭力數(shù)據(jù),都通過它記錄下來,實時反饋到系統(tǒng)中。”總裝車間資深經(jīng)理李凱說,扭力數(shù)據(jù)生成力矩曲線,與系統(tǒng)設(shè)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(xiàn)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(zhì)萬無一失。

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

中國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,不用開燈就能自動運行,名副其實的‘黑燈工廠’?!弊哌M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(fā)現(xiàn)車間上方的行車正抓著直徑約2米的冷軋鋼卷來回穿梭?!靶熊囃ǔP枰と瞬僮?,通過智慧賦能,無人化行車自身就知道怎么根據(jù)生產(chǎn)計劃從庫區(qū)尋找所需鋼卷,再運到指定位置?!鄙蚯喔8嬖V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(xiàn)智慧升級。

沿產(chǎn)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(fēng)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(jīng)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(xù)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(xiàn)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(nèi)部上下纏繞、滾動向前。

“場面壯觀,工作量也大?!鄙蚯喔8嬖V記者,鋼卷在運轉(zhuǎn)過程中纏繞在不計其數(shù)的輥子上,以前為了發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(yè)效率提升,勞動負荷也降低了?!?/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)鋅跟空氣接觸后會形成氧化鋅雜質(zhì)。要保證汽車板等成品質(zhì)量,就得對氧化鋅進行抑渣、驅(qū)渣、撈渣?!斑^去,工人要穿著隔熱服,用長柄大勺一勺勺地撈出雜質(zhì)。改造后,依靠電磁撇渣技術(shù),氧化鋅被聚攏在一塊,再由撈渣機器人撈出,實現(xiàn)了無人化?!鄙蚯喔Uf。

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、邊部測厚儀、取樣機器人……一項項智能應(yīng)用,讓產(chǎn)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(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,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%。

“寶鋼股份對鋼廠進行智能化改造,最主要有兩方面:一是給原來的設(shè)備加裝了大量傳感器、攝像頭、探測裝置,讓設(shè)備和設(shè)備、設(shè)備和系統(tǒng)實現(xiàn)連接;二是借助‘智慧大腦’對設(shè)備進行控制?!睂氫摴煞荽髷?shù)據(jù)與智慧化部高級經(jīng)理沈立明告訴記者,同時滿足鋼鐵生產(chǎn)大規(guī)模、定制化兩項需求,“智慧大腦”至關(guān)重要,“從煉鋼環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)同樣如此。為此,我們將生產(chǎn)機理、‘老師傅’經(jīng)驗輸入系統(tǒng),再輔以人工智能,讓系統(tǒng)作出科學(xué)高效的決策。未來,隨著數(shù)據(jù)積累、經(jīng)驗沉淀、算法升級,‘大腦’會越來越智能,生產(chǎn)也會更加高效?!?/p>

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(xiàn)“一條產(chǎn)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(fù)性高的崗位,優(yōu)先采用機器代人,降低勞動強度和安全風(fēng)險;三是“運維一律遠程”,即將一些通用設(shè)備接入設(shè)備智慧運維平臺,通過實時監(jiān)控、提前預(yù)警、遠程診斷提升運行效率;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(chǎn)鋼產(chǎn)量年均增長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>

《 人民日報 》( 2023年03月22日 18 版)

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編輯:方琳
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