2016年我國新能源汽車產(chǎn)銷51.7萬輛和50.7萬輛，連續(xù)兩年產(chǎn)銷量居世界第一。中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2017年上半年，我國新能源汽車產(chǎn)銷21.2萬輛和19.5萬輛，同比增長19.7％和14.4％。

自2014年起，我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)增長率分別為368％、324％、78.6％，在整個(gè)“十三五”期間動(dòng)力鋰電池行業(yè)將繼續(xù)保持爆發(fā)式增長的態(tài)勢(shì)。

動(dòng)力鋰電池行業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)的設(shè)備、材料及工藝等均處在向高速度、高精度、自動(dòng)化及智能化的快速迭代過程中。但隨著行業(yè)整體規(guī)模的爆炸式擴(kuò)展，行業(yè)中大部分的企業(yè)生產(chǎn)過程管理還仍然停留在人工方式記錄生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、物料批次數(shù)據(jù)和局部信息共享階段^[1]。由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)均屬于人工記錄，或單獨(dú)的保存在個(gè)別獨(dú)立的設(shè)備/系統(tǒng)中，在發(fā)生質(zhì)量問題或其它異常時(shí)，無法在第一時(shí)間充分利用已有的數(shù)據(jù)與記錄進(jìn)行正確、合理的處理，也不能及時(shí)的追溯到具體的物料信息、工藝參數(shù)及責(zé)任人員^[2]。

2016年三星Note 7手機(jī)因鋰電池問題頻繁發(fā)生爆炸、自燃，最終造成306萬部手機(jī)的召回，得益于手機(jī)產(chǎn)業(yè)追溯系統(tǒng)的完善，龐大數(shù)量的問題收集才能夠被召回。如果同樣的問題發(fā)生在某款車用的動(dòng)力鋰離子電池上，事故后續(xù)召回、處理工作的難度、人員、資金及時(shí)間的投入將不可估量。同時(shí)隨著動(dòng)力鋰電池的爆發(fā)式增長，如不能夠建立完善的電池追溯系統(tǒng)，動(dòng)力鋰離子電池生命周期末端的回收及梯級(jí)利用工作將難以開展。

1  研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

目前國內(nèi)外在化工、制藥、食品、汽車及3C數(shù)碼等成熟產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)信息追溯系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用和普及，行業(yè)和國家也出臺(tái)了明確的規(guī)范與法規(guī)制度。但是在動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)，國家僅頒布了GB/T 34014-2017《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》^[3]，該國標(biāo)于2018年2月1日開始實(shí)施，同時(shí)在2015年出臺(tái)的《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》等行業(yè)準(zhǔn)入制度中，也僅是要求企業(yè)應(yīng)建立從原材料、部件到成品出廠完整的檢驗(yàn)和可追溯體系，實(shí)施計(jì)算機(jī)信息化生產(chǎn)管理，建立生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫。

目前電池行業(yè)管理系統(tǒng)主要目標(biāo)是電池檢測(cè)和分析,都是針對(duì)采集、通訊、電量估側(cè)、監(jiān)控診斷和分析等方面信息處理；針對(duì)電源模塊、系統(tǒng)Pack方面已經(jīng)有較為完善的追溯管理方案；還沒有一個(gè)針對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)流程中物料的管理到電池歷史數(shù)據(jù)追溯的綜合管理平臺(tái)[4-6]。

2　追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1　生產(chǎn)工藝流程

鋰離子電池是典型的離散型和流程型相結(jié)合的生產(chǎn)過程，整個(gè)制造過程主要包括合漿、涂布、輥壓、分切、制片、疊片（卷繞）、裝配、干燥、注液、化成分選。合漿工序，在制品以漿料形式存在，涂布/輥壓/分切/制片工序的在制品以極卷形式存在，疊片（卷繞）的在制品以裸電芯形式存在，裝配/干燥/注液/化成分選工序的在制品以最終電池的的形式存在。由于各個(gè)工序的在制品形態(tài)不一，且有變化，因此目前僅在注液、化成分選等個(gè)別工序內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息采集及查詢，其它工序的數(shù)據(jù)基本都通過人工方式記錄生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)未錄入電腦，出現(xiàn)異常、客訴等情況時(shí)，各部門根據(jù)工單號(hào)、生產(chǎn)批號(hào)或電池的紙質(zhì)條碼查詢數(shù)據(jù)，花費(fèi)大量人力及時(shí)間，而且當(dāng)生產(chǎn)發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，不能及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。

2.2　追溯載體

由于鋰離子電池前工序?qū)匐x散型生產(chǎn)、后工序?qū)倭鞒绦蜕a(chǎn)，且在制品分別以液態(tài)漿料、極卷、裸電芯及電池四種狀態(tài)存在，因此需要根據(jù)各工序的實(shí)際情況確定合適的追溯載體，確定追溯的最小單元，以便于記錄、區(qū)分不同工序的在制品，各工序間通過追溯載體的逐級(jí)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的追溯。

表1　各工序追溯載體

Table1　The tracing carrier of each process

合漿工序在制品漿料為液態(tài)，需采用漿料條碼進(jìn)行追溯，條碼可通過合漿設(shè)備直接發(fā)送至涂布設(shè)備，也可由合漿設(shè)備打印漿料條碼粘貼在周轉(zhuǎn)桶上。

涂布/輥壓/分切/制片工序在制品為極卷，由設(shè)備打印在制品標(biāo)簽并粘貼在極卷上跟隨極卷進(jìn)行流轉(zhuǎn)。

疊片（卷繞）工序在制品為裸電芯，由于電芯的特殊性，需要在電芯上粘貼預(yù)先印有條碼的膠帶進(jìn)行追溯。

裝配/干燥/注液/化成分選工序在制品形態(tài)為電池可直接采用電池殼體上的二維碼進(jìn)行追溯（塑殼、金屬殼電池為激光刻印二維碼，軟包電池為噴墨打印二維碼）。

2.3　編碼規(guī)則設(shè)計(jì)

編碼規(guī)則是追溯系統(tǒng)的核心，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的底層邏輯，編碼規(guī)則包括原材料編碼、在制品編碼、電池編碼三部分。

（1）原材料編碼

原材料編碼能夠識(shí)別物料及相應(yīng)批次信息即可，由于不同物料供應(yīng)商采用的批次編碼規(guī)則不一致，因此應(yīng)對(duì)原材料編碼進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。

原材料編碼采用“ERP料號(hào)+供應(yīng)商代碼+生成日期+批次流水號(hào)”，采用這種編碼方式通過編碼即可直接識(shí)別物料料號(hào)、供應(yīng)商、生成日期即批次，在掃碼時(shí)直接通過編碼即可進(jìn)行BOM校驗(yàn)，判別物料是否在保質(zhì)期內(nèi)，而且解決了部分物料料號(hào)相同但供應(yīng)商不同的實(shí)際問題。

（2）在制品編碼

在制品編碼包含漿料編碼、極卷編碼規(guī)則、電芯條碼規(guī)則，考慮通用性漿料編碼與極卷編碼共用一套編碼規(guī)則，電芯條碼單獨(dú)制定一套編碼規(guī)則。

a）漿料/極卷在制品編碼規(guī)則

為便于追溯在制品，漿料/極卷在制品編碼規(guī)則為“設(shè)備號(hào)+特殊代碼+型號(hào)+生產(chǎn)日期+流水”，在每個(gè)工序，工藝設(shè)備都會(huì)根據(jù)此規(guī)則重新生成在制品編碼，其中設(shè)備號(hào)為產(chǎn)出該在制品的工藝設(shè)備編號(hào)，特殊代號(hào)是用于對(duì)在制品做特殊標(biāo)記，型號(hào)為漿料對(duì)應(yīng)的配方號(hào)或極卷對(duì)應(yīng)的電池型號(hào)。

b）電芯條碼編碼規(guī)則

由于電芯的特殊性，需要在電芯上粘貼帶有電芯條碼的膠帶，考慮便于生產(chǎn)管理及操作，電芯條碼的編碼規(guī)則為“打碼機(jī)臺(tái)號(hào)+打碼日期+膠帶卷號(hào)流水+編號(hào)流水”，在電芯條碼中不體現(xiàn)任何電池信息，體現(xiàn)的為膠帶相關(guān)信息，通過唯一的編號(hào)來標(biāo)識(shí)電芯，生產(chǎn)過程中需先掃碼，后進(jìn)行疊片/卷繞操作。

（3）電池編碼

國標(biāo)GB/T 34014-2017《汽車動(dòng)力蓄電池編碼規(guī)則》中規(guī)定了電池變化，并規(guī)定于2018年2月1日開始實(shí)施，但是目前動(dòng)力鋰離子電池企業(yè)內(nèi)部普遍有另外一套自行規(guī)定的編碼規(guī)則，由于已有的工藝設(shè)備/系統(tǒng)改造成本高、難度大，因此可以預(yù)見未來必定會(huì)出現(xiàn)國標(biāo)編碼與內(nèi)部編碼通用的情況，需要在追溯系統(tǒng)中做必要的關(guān)聯(lián)。

目前電池廠商內(nèi)部的編碼規(guī)則一般為“型號(hào)代碼+生產(chǎn)日期+工廠代碼+產(chǎn)線代碼+流水號(hào)”。

2.4　數(shù)據(jù)信息流設(shè)計(jì)

追溯系統(tǒng)需要從原材料入廠檢驗(yàn)開始記錄相關(guān)信息，根據(jù)生產(chǎn)工藝流程記錄各工序物料信息、工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)及人員信息等數(shù)據(jù)，依照工藝流程，通過各工序投入物料的編碼及產(chǎn)出物料的編碼層層關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)從原材料檢驗(yàn)入庫到最終成品入庫的全過程信息追溯。

圖1 追溯數(shù)據(jù)信息流

Fig1 Tracing flow of production information

如圖1所示的追溯數(shù)據(jù)信息流所示，整個(gè)追溯系統(tǒng)核心是各個(gè)原材料批次號(hào)、在制品編號(hào)及成品編號(hào)的層層關(guān)聯(lián)關(guān)系，其關(guān)聯(lián)的路徑依賴于預(yù)設(shè)的工藝流程，每個(gè)編號(hào)關(guān)聯(lián)了上一層的編號(hào)也關(guān)聯(lián)了下一層的編號(hào)，同時(shí)在本層級(jí)又關(guān)聯(lián)了相關(guān)的工單信息、設(shè)備信息、人員信息、工藝參數(shù)、環(huán)境信息、檢驗(yàn)信息等數(shù)據(jù)，也即通俗意義上所說的人機(jī)料法環(huán)測(cè)信息。

通過在制品編號(hào)與上下游工序產(chǎn)出的在制品編號(hào)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了前后工序的關(guān)聯(lián)記錄，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)從原材料入廠到成品入庫整個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)的信息記錄與追溯。

在原材料入廠檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，質(zhì)檢員依原材料批次號(hào)進(jìn)行檢驗(yàn)，將檢驗(yàn)過程、結(jié)果數(shù)據(jù)記錄在質(zhì)量管理系統(tǒng)中；在合漿工序，進(jìn)行投料時(shí)一方面通過掃描批次編號(hào)記錄投料信息，另一方面追溯系統(tǒng)也可根據(jù)原材料批次號(hào)調(diào)取質(zhì)量系統(tǒng)檢驗(yàn)結(jié)果、生產(chǎn)日期等信息，對(duì)原材料質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)能夠根據(jù)原材料批次號(hào)對(duì)該原材料是否投入正確的設(shè)備進(jìn)行必要的判斷和校驗(yàn)。

合漿工序生產(chǎn)時(shí)，追溯系統(tǒng)記錄投入的物料信息、產(chǎn)出的漿料編號(hào)，設(shè)備參數(shù)、工藝參數(shù)、質(zhì)檢信息及操作人員信息等，這些信息一方面通過與工藝設(shè)備做對(duì)接，直接從設(shè)備中采集，另一方面由人工在系統(tǒng)中直接錄入和記錄，如每釜漿料人工檢測(cè)的粘度、固含量信息。

其它工序的信息采集方式及作業(yè)模式與上述合漿工序類似，投料時(shí)通過掃描原材料批次號(hào)/在制品編號(hào)，記錄投料信息，同時(shí)通過與質(zhì)量管理系統(tǒng)對(duì)接、BOM及工藝流程比對(duì)，判定是否存在錯(cuò)誤。生產(chǎn)過程中通過直接與設(shè)備對(duì)接獲取，及人工錄入兩種方式相結(jié)合實(shí)現(xiàn)該工序的“人機(jī)料法環(huán)測(cè)”信息采集與記錄。

因此除圖1展示的追溯數(shù)據(jù)信息流以外，在系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中需要維護(hù)和完善產(chǎn)品BOM、工藝流程及各工序參數(shù)信息，供追溯系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行必要的邏輯判斷及對(duì)比，同時(shí)工藝流程的維護(hù)也需要具備足夠的靈活性，以便滿足產(chǎn)品換型工藝優(yōu)化調(diào)整的需求。同時(shí)由于工藝流程的可維護(hù)及可配置性，在完成與工藝設(shè)備對(duì)接及界面調(diào)整后，圖1所示的追溯數(shù)據(jù)信息流可采用相同的思路繼續(xù)向更下游的模塊組裝及Pack組裝進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)從原材料到電池、電池到模塊、模塊到Pack，以至于Pack到新能源汽車的完整追溯。

3　追溯系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

從第2節(jié)所述的追溯信息流程可知，追溯系統(tǒng)必須具備的四大功能模塊為：追溯模塊（記錄、存儲(chǔ)及展示追溯信息）、質(zhì)量模塊（進(jìn)行質(zhì)量管理或與已有的質(zhì)量系統(tǒng)對(duì)接）、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊（維護(hù)、完善BOM、工藝流程等基礎(chǔ)信息）、計(jì)劃管理模塊（與ERP對(duì)接生產(chǎn)計(jì)劃，進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)，將計(jì)劃與產(chǎn)品編號(hào)關(guān)聯(lián)追溯產(chǎn)品最終去向）。因此追溯系統(tǒng)從功能模塊上與MES系統(tǒng)在功能上有相當(dāng)大比例的重合，目前電池行業(yè)實(shí)施的追溯系統(tǒng)一般也即MES系統(tǒng)，其功能模塊涵蓋了生產(chǎn)計(jì)劃、信息追溯、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、看板展示、工藝管理及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等功能模塊。

在追溯系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中MES系統(tǒng)（追溯系統(tǒng)）與ERP對(duì)接，獲取訂單計(jì)劃信息，將訂單對(duì)應(yīng)的大計(jì)劃分解為詳細(xì)日計(jì)劃，并根據(jù)日計(jì)劃在ERP中生成相應(yīng)的領(lǐng)料單據(jù)，領(lǐng)取物料進(jìn)行生產(chǎn)，MES系統(tǒng)記錄生產(chǎn)過程相關(guān)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)完成后根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在ERP上進(jìn)行自動(dòng)報(bào)工，其主要分為以下幾個(gè)步驟：

1）原材料到廠后依原材料批次號(hào)進(jìn)行來料檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格才能在ERP入賬，方可出庫到車間進(jìn)行生產(chǎn)。

2）MES系統(tǒng)根據(jù)ERP系統(tǒng)下發(fā)的大計(jì)劃細(xì)分出詳細(xì)日計(jì)劃，并依計(jì)劃及消耗定額生成領(lǐng)料單，供車間生產(chǎn)領(lǐng)料。

3）具體工序在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，先通過掃描槍掃描原材料批次號(hào)/在制品編號(hào)，由設(shè)備將相應(yīng)信息提交MES系統(tǒng)驗(yàn)證，MES系統(tǒng)依據(jù)質(zhì)檢信息、產(chǎn)品BOM、工藝流程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷能否能投入設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，確認(rèn)可以生產(chǎn)后設(shè)備生成新的在制品編號(hào)或沿用已有的電池編號(hào)，如生成新的在制品編號(hào)，在生產(chǎn)結(jié)束下料時(shí)需要人工在設(shè)備上打印在制品標(biāo)簽并粘貼在在制品上進(jìn)行流轉(zhuǎn)。

4）生產(chǎn)過程中MES系統(tǒng)通過與設(shè)備對(duì)接，獲取生產(chǎn)過程中的設(shè)備信息、工藝信息、操作人員信息、環(huán)境信息及計(jì)劃信息等，檢驗(yàn)信息一般由操作人員直接將相關(guān)信息錄入系統(tǒng)中去。

5）生產(chǎn)結(jié)束以后MES系統(tǒng)將各工序的生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)信息匯總，生成報(bào)表并在ERP系統(tǒng)中報(bào)工。

以上步驟與一般的動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)過程類似，僅在在投料時(shí)掃描原材料批次號(hào)/在制品編號(hào)，下料時(shí)人工打印粘貼帶有在制品編號(hào)的在制品標(biāo)簽外，不增加額外的操作，同時(shí)能夠準(zhǔn)確、高效的采集到動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)過程中的人機(jī)料法環(huán)測(cè)信息，快速、精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鋰離子電池生產(chǎn)全過程的追溯。

4　結(jié)論

針對(duì)動(dòng)力鋰離子生產(chǎn)過程的復(fù)雜工藝和流程，設(shè)計(jì)了電池信息追溯系統(tǒng)中最為核心的追溯載體、編碼規(guī)則及數(shù)據(jù)信息流轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)過程，結(jié)合動(dòng)力鋰離子電池的生產(chǎn)過程，進(jìn)一步對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中來料檢驗(yàn)、計(jì)劃管理、信息采集等關(guān)鍵過程操作進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中每個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)信息的采集、記錄及追溯，能夠通過原材料編號(hào)/在制品編號(hào)/電池編號(hào)等進(jìn)行正向反向的追溯。

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作者簡介：

張凌寒，男，1988年11月，機(jī)械工程碩士，工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)樯a(chǎn)信息化系統(tǒng)及智能制造在鋰電池生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用及實(shí)施。