MEB動力電池工廠數字化工藝規劃設計及智能裝備應用

摘要：隨著全球動力電池市場的需求持續增長，動力電池結構不斷一體化、智能化，其特點也向高能量密度、高可靠性和長壽命等方向發展。對此，MEB電池工廠按照數字化原生工廠建設思路，在裝備層強化智能裝備應用，在物聯層打造數據標準體系，在業務IT層建設數字化管控系統群。

關鍵詞：動力電池；數字化；智能裝備

工藝、裝備技術要求及難點

MEB電池工廠按照數字化原生工廠建設思路，在裝備層強化智能裝備應用，在物聯層打造數據標準體系，在業務IT層建設數字化管控系統群。通過工業機器人在焊接、搬運、組裝、擰緊和涂膠等場景的大規模應用，實現不同品種電池產品的零換線時間切換。運用虛擬現實技術進行可制造性分析和員工技能培訓，縮短調試周期，降低成本。采用人工智能技術實現智能工藝優化、智能排產和物流調度、智能質量分析和設備預測性維修，打造一汽-大眾動力科技華南基地智能制造的示范工廠。

在確保安全性的前提下，為了進一步提升能量密度，MEB動力電池殼體選用全鋁材料，并采用前沿的鋁MIG焊接技術。這種焊接技術對零件的精度要求高，熱量敏感性強，焊接過程復雜。因此MEB電池工廠特地采用專用工裝，并通過產線系統對焊接尺寸變形數據進行采集，同時結合數字化工具，進行大數據分析，為生產提供智能化輔助決策。

針對高溫高濕存儲、腐蝕循環、溫度沖擊以及高海拔等嚴苛測試項目，對電池對應工藝參數進行嚴格控制。針對電氣部件的擰緊組裝、電池包的充放電測試及密封性測試等關鍵工藝，完整記錄生產過程的控制參數及檢測值，確保產品過程質量的可追溯性和安全可靠性。

新能源電池產品市場發展迅速，產品換代快，基于此背景下，在電池模組和電池整包的工藝設計上，要求產線功能具備高度的柔性化、生產組織敏捷化，實現多種電池產品的零換線時間切換，以最優的狀態投入到生產中。

MEB電池工廠推進采用先進的能耗管理技術和全業務鏈管控措施，聚焦于從零件上線至產品下線的全生產過程，顆粒度細化至每個工位，對生產過程中的能源消耗進行實時監控和智能分析，以發現潛在的節能空間并采取相應的改進措施。通過優化生產流程、更新節能設備，降低生產過程中的能耗和排放，使工藝過程更加節能環保。

綜上所述，面對電池工廠質量精細、安全可靠、柔性敏捷、節能環保運營的現實需求，僅僅依靠傳統的工藝規劃設計等手段已經難以有所突破，只有通過數字化的創新手段，才能滿足電池工廠的需求。MEB電池工廠采用產線數采系統、工廠MES系統，實現了產品全過程工藝生產數據的采集及追溯。在此基礎上，自主開發MEB擰緊質量管理系統、殼體尺寸趨勢分析系統、焊縫返修系統、數字化SFM系統等一系列質量管理系統群，解決業務痛點問題，實現數智化輔助決策，提升工作效率，增強市場競爭力。

MEB電池工廠解決方案及技術應用

MEB電池工廠秉承“綠色智能工廠”的建設理念，遵循高自動化、高數智化、高精益化原則，采用最高精尖技術提高生產工藝和制造裝備水平，為同行業提供可復制推廣、高效能的示范工廠案例。

MEB焊裝線自動化率高達85%，整個線體全面引用行業中的高精尖新技術，在一汽-大眾內首次引用高速沖鉚技術，結合在線監控的Perceptron和Smartray技術實現電池殼體的腔體密封性。生產傳輸過程中通過視覺識別技術精確引導機器人進行軌跡校正，精度高達0.01mm，確保了生產的精確性和穩定性。采用德國最先進的佛羅里西氣密測試系統，對電池殼體的密封性進行100%的全面檢測，以確保產品的質量及安全。

MEB裝配線自動化率達到81%，首次大規模引入視覺識別技術，使得零件定位更為精確，有效提升了生產效率。同時，MEB裝配線采納了行業內最前沿的紅外成像技術，對電池溫度進行全方位、實時的監控與預警，旨在確保生產過程的安全、精準與穩定。全線廣泛采用先進生產工藝，包括FDS熱熔鉆技術、德國佛羅里西氣密測試系統以及致茂電測試系統等，為未來的可持續發展奠定了堅實基礎。

下面對MEB電池工廠數字化工藝規劃與智能裝備技術進行解析。

1.3D工廠仿真技術

數字化工廠規劃階段，工藝規劃部門從產品PDM系統獲取三維產品數據，同步于產品開發進行工裝產線的設計，運用虛擬裝配技術進行可制造性分析，優化建議回饋到產品開發部門，減少了批量投產后的更改工作。在數字化工廠建設過程中，通過工裝設備三維設計、廠房BIM設計管理及產線動態虛擬仿真，提前在設備安裝前期發現干涉錯誤，及時變更設計內容，減少現場變更的需求，同時縮短了項目調試周期（見圖1）。通過應用離線編程及虛擬調試技術，減少了現場機器人及PLC的調試工作量，提高項目調試過程的安全性、高效性。

2.VR虛實交互技術

鑒于新能源動力電池作為前沿科技產品的特殊性，其安全性備受矚目，其產品制造過程對員工技能也提出較高的要求。在確保安全的前提下，加速員工對崗位技能的掌握，在數字化工廠建設過程中，運用沉浸式VR虛擬現實技術（見圖2）為員工提供了虛擬電池結構、虛擬高壓電路信息流、高壓電池虛擬裝配、虛擬消防安全以及工業機器人虛擬拆裝等多方面的培訓，使員工更快地適應工作環境，掌握崗位技能，提高生產效率和安全性。

3.機器人應用

機器人是建設柔性化產線的基礎裝備，MEB電池工廠在電池產線上投入了200多臺工業機器人，廣泛用于焊接、搬運、組裝、擰緊和涂膠等關鍵工藝環節，極大地提升了產線的自動化水平，提高了生產的靈活性和高效性，實現了對多種電池產品的零換線時間切換。通過精細化的管理和操作，工業機器人能夠實現高精度、高速度的生產作業，確保產品的一致性和穩定性。

4.AGV巡航運輸應用

自動導航運輸（AGV）設備是柔性配送運輸的基礎裝備，廣泛用于零件上線、總成線內運輸及總成發運等關鍵環節。通過結合射頻識別（RFID）與超寬帶（UWB）通訊技術，AGV實現精準的定位導航及在運輸過程中實現高效的數據傳遞，該技術提升了物流運輸的自動化水平，增強了生產過程的透明度和可追溯性，確保生產物料的高效性和準確配送性。

5.焊縫Smartray智能檢測技術

針對電池鋁殼體積大、焊接變形等問題，基于焊縫質量控制的需要，MEB電池工廠引入Smartray系統，結合視覺算法與焊縫人工智能測算，全方位覆蓋焊縫長度、高度、寬度、填充及喉深等關鍵參數的智能檢測，并通過AMS系統實現全部數據采集，實時傳遞到Master PC系統進行指導工藝優化等，進一步提升焊縫質量的控制精度。

6.視覺引導及熱成像技術

近年機器視覺技術在電池產線得到廣泛應用，利用雙目視覺系統精確引導機器人自動抓取模組、殼體等零件，實現零件的自動上下料，提高了生產效率和自動化水平。通過部署熱成像視覺攝像系統，實時監控生產和物流區域內總成器具和模組等零件的溫度變化，確保生產過程的穩定性和安全性。在重點工位部署視頻監控系統，實現設備異常提醒、人員進入權限確認及勞保用品穿戴智能檢查等功能，增強生產過程的全面監控和管理能力。

7.人工智能技術

MEB電池工廠積極探索并實施了多項人工智能技術，實現了工廠的智能化升級。

（1）智能質量分析 通過深度學習和數據分析技術，實現基于擰緊曲線的擰緊異常智能判斷，精準識別生產過程中的擰緊質量問題，及時發出預警，確保產品質量。

（2）智能工藝優化 結合來料參數和環境參數，運用機器學習算法對焊接和涂膠工藝參數進行優化，提高了生產效率和工藝穩定性，降低了產品報廢率及生產成本。

（3）預防性維修 通過對機器人運行狀態數據的實時監控和分析，預測并判斷潛在的故障風險，該預防性維修策略有效減少了設備故障對生產的影響，延長了設備的使用壽命。

（4）智能排產和物流調度 基于訂單數據和設備狀態信息，開發智能排產系統，同時引入運力分配算法，實現車輛的智能調度，提高了物流效率和準確性。

研究結論與展望

MEB電池工廠規劃各階段廣泛應用數字化模擬仿真技術，通過工藝數據標準化和業務在線化，實現了數字業務化、管理決策智能化，帶來了顯著的優勢與創新效果。

主要實現以下幾點創新效果：

（1）效率提升 通過3D工廠仿真技術、機器人應用、AGV巡航運輸等數字化手段，提前發現工廠設計缺陷，并解決工藝瓶頸，顯著提高了生產效率和物流效率，縮短了項目調試周期。

（2）成本降低 運用3D工廠仿真技術、工藝智能建模及沉浸式VR虛擬培訓方式，節省工廠實物的投資投入及建站成本，實現工藝參數快速優化選擇，減少大量工藝試驗消耗，并以安全、線上體驗的方式使員工快速掌握工作技能，節省員工培訓成本。

（3）柔性化生產 機器人應用、數字化排產與物流調度等手段，使MEB電池工廠具備高度柔性化生產能力，能快速響應市場變化和產品升級，增強了工廠對市場變化的快速響應能力。

（4）質量保障 采用數字化技術如焊縫Smartray智能檢測技術、智能質量分析等，通過參數預判、智能質檢有效保障了產品質量，提高了產品合格率，降低了不良品率。

（5）安全增強 通過視覺引導、熱成像技術及視頻監控系統等手段，及時識別和糾正潛在的安全隱患，預防火災等安全事故的發生，顯著增強生產安全，降低事故發生率。

結語

未來MEB電池工廠將繼續致力于持續導入工業4.0技術應用，深化數字化和智能化的轉型進程。MEB電池工廠將聚焦于工位成本監控大模型的研發與應用，通過精細化的成本控制，進一步優化資源配置；建設工藝一體化平臺，整合生產過程中的各個環節，實現工藝數據的集中管理和共享；探索AR運維平臺的應用，對設備進行遠程監控和故障預測，提高設備的維護效率和可靠性。MEB電池工廠將引領行業的技術創新和發展方向，在全球市場的競爭中提供有力支持，成為大眾集團動力電池領域的標桿。