智能制造，澎湃产业新动能

习近平总书记在参加十四届全国人大一次会议江苏代表团审议时指出：“要坚持把发展经济的着力点放在实体经济上，深入推进新型工业化，强化产业基础再造和重大技术装备攻关，推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”。今天起，本版推出“深入推进新型工业化”系列报道，实地走访大江南北的工厂车间，展现制造业高端化、智能化、绿色化发展的积极进展和成效。当前，新一代信息技术与先进制造技术融合发展，已成为新一轮产业变革的鲜明特色，正在驱动全球产业链、价值链发生深刻变化。党的十八大以来，我国智能制造应用规模和发展水平大幅跃升，制造业智能化发展成效明显。目前，我国已建成2100多个高水平的数字化车间和智能工厂。其中，209家示范标杆工厂开展智能化改造后，产品研发周期缩短20.7%，生产效率提升34.8%，不良品率降低27.4%，碳排放减少21.2%。本期报道，记者带您走进三家不同行业的智能工厂，感受智能制造给产业一线带来的可喜变化。——编者宁德时代新能源科技股份有限公司极限制造，将不良品率降至“近零”制造业通常用PPM（百万分之一），即每百万个产品中不良品数量来标示产品可靠性。在汽车行业，世界级制造水平下的PPM通常在100上下，然而，在全球最大动力电池生产企业宁德时代新能源科技股份有限公司，这却远远不够。“去年公司全球动力电池使用192Gwh（吉瓦时），相当于约3亿个电芯。如果不良品率只达到PPM级别，就相当于市场上有成百上千个存在隐患的电芯，这是我们难以承受的。”宁德时代工程制造及研发体系联席总裁倪军说，极限制造的首要目标就是要将不良品率进一步降低至十亿分之一（PPB）级别。如此极致的电芯品质，宁德时代是如何做到的？穿戴好防尘服、口罩、防护帽和鞋套，穿过新风除尘通道，记者走进了宁德时代总部Z基地的阳极搅拌车间。两层楼高的厂房里，巨大的搅拌桶完全由系统自动控制。干混、预搅拌、慢搅拌、搅拌等多道生产流程，分别对应不同的工作温度和不同的搅拌速度。自动装填的阳极活性物质在搅拌机里要克服重力和惯性力的干扰，形成稳定的悬浮状态，进而变成性状完全一致的浆状物。“制浆是关乎动力电池安全一致性的重要工序，也是极限制造要攻克的第一道难题。”宁德时代智能工厂推进负责人冯安民解释说，多道流程、多种不同温度和电流强度，独特的浆叶片设计，蕴含着宁德时代对流体物理学的深刻理解、对虚拟仿真技术以及核心算法的熟练运用。“MES（生产执行系统）承接了这些智慧，下发指令让机器自动完成复杂的搅拌工作，而众多传感器采集的数据，则确保了指令得以精确执行。”冯安民说。极限制造要攻克的第二道难题是涂布。“通俗理解，涂布有点像摊煎饼，或者像在面包上涂上窄窄的几道黄油，追求的都是薄和均匀。”宁德时代制造基地支持部高级经理刘玉青说，不同的是，Z基地的涂布工序，要将搅拌好的活性材料，以每分钟80米的速度均匀涂覆到4000米长、4.5微米厚的铜箔上下两面，“这厚度相当于一根头发丝直径的1/10。”完成这一看似不可能任务的，是一台长80多米的国产涂布设备。“看到这排电机控制器了吗？”刘玉青指着涂布设备最核心的狭缝挤压头告诉记者，工人通过手持的平板电脑，依托5G传输技术以微米级的精度控制挤压头，确保流出的浆料高速、均匀地在铝箔表面涂覆出3条细细的“丝带”。记者凑近看去，薄如蝉翼的铝箔仿佛平静的黑色湖水，只有转换角度，才能看到背辊转动带来的细微流动波纹。而在唇口部位，1.2米宽的铝箔连同涂覆的浆料依然宛如镜面。“为了确保产品良率，我们为涂布工序安装了强大的‘鹰眼’系统。”冯安民说，8K高清摄像机，通过超低时延的5G网络，将涂布过程实时传输到机器视觉系统，任何微小缺陷都会被“鹰眼”系统识别。阳极搅拌和涂布，只是Z基地七大车间中的前两个。在其他五大车间里，一个合格的电芯还要经过辊压、模切、卷绕、装配等20多个工序，才会走下生产线。其间，烘干、激光预分切、卷绕、极耳焊接、电芯顶盖激光焊接等复杂工艺环节，宁德时代的产品良率都做到了行业最高水平。自2020年底上线智能制造系统以来，宁德时代总部智能制造示范工厂在实现十亿分之一缺陷率的前提下，每组电芯的生产节拍降至1.7秒，劳动生产率提高了75%，每年的能源消耗也降低了10%。如今，100多台自动化设备和6800个核心质量控制点，让Z基地距离无需停产也可实时纠错的目标越来越近。这不仅可以进一步降低不良率，提升产品品质和一致性，更可带来生产效率的进一步优化。作为全球市场占有率达37%的动力电池龙头企业，宁德时代在全国有47个生产工厂。让人惊叹的是，2021年开始，宁德时代47家工厂在半年内先后完成了“5G+智慧工厂”的建设。3月12日，最长续航里程1000公里的麒麟电池在宁德时代总部全新基地下线。“采用智能制造2.0系统的新基地，生产效率又将有显著提升，而生产成本和能耗则可大幅下降。”倪军向记者发出邀请：“等产能完成爬坡，欢迎来感受极限制造的又一次蜕变。”浙江极氪智能科技有限公司智慧工厂，百万种个性化配置随意组合“这辆是双电机版本，红色车漆，浅色内饰、普通轮毂”“这辆是单电机版本，黑白套色车身，深色内饰，21寸低风阻轮毂”……在极氪智慧工厂总装车间最后一道工序，一辆辆不同车身和内饰颜色、不同轮毂、不同动力配置的新车缓缓驶过U形终检线。“车在生产前已经有了主人。”极氪智能科技副总裁赵春林告诉记者，极氪的车型完全由消费者在APP上自主定制，比如极氪001，配置就多达150万种。以轮毂为例，用户可选择低风阻轮毂，也可选择普通款，仅车轮就有20多个组合。如此多的配置选择，生产中会不会出差错？驶入终检线前，基于人工智能视觉技术的“整车外观视觉检查系统”有效解决了这一难题。一台台高清摄像机，像一双双明亮的眼睛，将顶盖、扰流板、左右侧顶盖饰板、左右后视镜、左右窗框条、前后左右嵌板、门把手等九大类关键配置“记录在案”，并与后台MES系统里由订单生成的配置表实时比对，杜绝装配差错。实施大规模个性化定制，会不会影响生产效率？“传统车企也能实现多车型混线生产，但配置都是提前设定好的，算上车身和内饰颜色，最多也就百种左右。”极氪智慧工厂制造总监杨辉说，要将选择权开放给用户，有能力实现150万种配置组合，又确保生产高效，就需要研、产、销全流程个性化定制智能解决方案。作为工信部2022年度智能制造示范工厂，2021年三季度投产的极氪智慧工厂全面导入了智能化、数字化技术，以“5G+工业互联网”为载体，以数字孪生驱动产品绿色研发，以智能化生产牢控产品质量，以工业互联网平台实现高效协作，形成“透明、敏捷、智能”的智能制造体系。以物料配给为例，在极氪智慧工厂总装车间，每一台新车的配件，都由AGV（自动导引运输车）牵引的专属物料车全程跟随，装配前更要扫描“身份标识”，杜绝差错。在轮胎安装环节，普通整车工厂是由工人借助吊具、扭力拧紧枪在车身静止状态下手工安装，极氪则与设备供应商联合开发了智能化安装方案，借助视觉检测系统与两台机器人的完美合作，不仅有效避免不同规格的轮胎与车身匹配出现差错，更减少了等待时间，节约了工位占用空间。高效敏捷完成大规模个性化定制，只是极氪智慧工厂要解决的诸多课题中的一个。通过生产过程中的数据采集、智能诊断，确保工艺质量与产品品质，更是极氪赢得消费者认可的竞争利器。走进极氪智慧工厂焊接车间，几乎看不到工人。与传统汽车工厂的焊接车间不同，这里没有刺鼻的金属味道，飞溅的焊花也少了很多。703台全自动焊接机器人、近两百台AGV机器人自动运转，焊接自动化率达到100%。“焊花飞溅看上去很壮观，但焊花大并不代表焊接质量好，相反，可能是没有控制好电流电压，产生了过烧现象。”赵春林说，焊接的过程细分开来比较复杂，刚开始要用小电流将材料软化，然后逐步加大电流，让材料真正融化，“一下子给非常大的电流，又可能会造成爆燃、过烧等异常，影响焊接质量。”赵春林指着正在混线生产的极氪009白车身告诉记者，这款MPV焊点有4800多个，每一个焊点的焊接过程只有一秒多，极氪却将这一秒多的时长，分割成了很多毫秒，进而由焊接电流电压生成数值曲线。“焊接过程中，点焊机器人不仅通过数值曲线进行毫秒级的管控，还可以采集电流电压的精准数据，并在后台进行大数据分析，完成质量追溯。”焊装车间资深经理张旭业说。类似的数据采集、分析和质量追溯系统，还用在底盘合装工位。在这里，46个螺栓自动拧紧，将底盘与车身紧紧装配在一起。工位一旁的钢架上，数十个家用电表大小的小盒子排成两行。“这是螺栓控制器，每个螺栓的扭力数据，都通过它记录下来，实时反馈到系统中。”总装车间资深经理李凯说，扭力数据生成力矩曲线，与系统设定的曲线进行智能比对，如果超出阈值，意味着螺栓拧紧过程出现异常，下个工位的显示大屏就会亮起红灯，车身则被从流水线上“扣”下来，确保线上车辆装备品质万无一失。“我们的目标是实现智慧工厂的不断进化，面向未来探索人工智能平台，赋能数字化、智能化，敏捷高效、高品质地实现三大平台、6款车型同时全柔性化生产。”赵春林说。中国宝武宝钢股份冷轧车间智慧大脑，助生产效率提升三成“怎么车间一片漆黑？”“这里的生产线足够智能，不用开灯就能自动运行，名副其实的‘黑灯工厂’。”走进中国宝武宝钢股份冷轧厂热镀锌智能车间，四冷轧分厂厂长沈青福自豪地说。一开灯，记者才发现车间上方的行车正抓着直径约2米的冷轧钢卷来回穿梭。“行车通常需要工人操作，通过智慧赋能，无人化行车自身就知道怎么根据生产计划从库区寻找所需钢卷，再运到指定位置。”沈青福告诉记者，2017年至2019年，宝钢对这座冷轧车间实施了整体智能化改造，两台热镀锌机组由此实现智慧升级。沿产线向前，32项技改项目一一映入眼帘。先看拆捆机器人。过去，钢卷在不同工序之间挪移，需要人工打捆、人工拆捆。特别在拆捆时，工人需用大力钳剪开钢滚带，既费时费力，也有安全风险：一人多高、25吨左右重的钢卷在弹开的一瞬间容易伤人。经过改造，这一工作交给机器人，高效安全。钢卷拆捆之后进入机组，开卷、自动焊接、清洗，随后进入连续退火炉高温退火，退火后的带钢快速冷却后进入锌锅，即实现了热镀锌的加工。长则3000多米、短则1000多米的钢卷，便如同染坊里的布匹似的铺展开来，在7层楼高的退火炉内部上下缠绕、滚动向前。“场面壮观，工作量也大。”沈青福告诉记者，钢卷在运转过程中缠绕在不计其数的辊子上，以前为了发现辊子异常，每个班次的工人都得从一楼走到七楼巡检，一趟就得花2到3小时，“现在，巡检机器人每4小时就能自动巡检一遍，遇到异常再提示工人检查维修。作业效率提升，劳动负荷也降低了。”再往前，还有全球首套锌锅电磁撇渣系统。在镀锌环节，液态锌跟空气接触后会形成氧化锌杂质。要保证汽车板等成品质量，就得对氧化锌进行抑渣、驱渣、捞渣。“过去，工人要穿着隔热服，用长柄大勺一勺勺地捞出杂质。改造后，依靠电磁撇渣技术，氧化锌被聚拢在一块，再由捞渣机器人捞出，实现了无人化。”沈青福说。炉子闭环、碱液回收、能环智能在线、锌层闭环、增湿抑渣、边部测厚仪、取样机器人……一项项智能应用，让产线用工大为减少。每条线一个班次仅需的4位操作员，在车间中部的集控室里集中操控，对着电脑和大屏幕监控全线各种生产参数，工作量大为减轻。除此之外，智能制造还带来降本增效、节能降耗等利好。据介绍，这座数字化车间改造以来，综合污染物吨钢下降30%，生产效率提升30%，产能提升20%，吨钢能耗下降15%，加工成本下降10%。“宝钢股份对钢厂进行智能化改造，最主要有两方面：一是给原来的设备加装了大量传感器、摄像头、探测装置，让设备和设备、设备和系统实现连接；二是借助‘智慧大脑’对设备进行控制。”宝钢股份大数据与智慧化部高级经理沈立明告诉记者，同时满足钢铁生产大规模、定制化两项需求，“智慧大脑”至关重要，“从炼钢环节开始，钢水就要按照不同订单的需求进行定制，热轧、冷轧等环节同样如此。为此，我们将生产机理、‘老师傅’经验输入系统，再辅以人工智能，让系统作出科学高效的决策。未来，随着数据积累、经验沉淀、算法升级，‘大脑’会越来越智能，生产也会更加高效。”在中国宝武，智能制造的总体目标被归纳为“四个一律”。沈立明介绍：一是“操作室一律集中”，即将原来相对分散的操作室进行远程集中改造，至少实现“一条产线、一个操作室”或更高的集中度，进而大幅提高工作效率；二是“操作岗位一律机器人”，特别是脏污、危险、重复性高的岗位，优先采用机器代人，降低劳动强度和安全风险；三是“运维一律远程”，即将一些通用设备接入设备智慧运维平台，通过实时监控、提前预警、远程诊断提升运行效率；四是“服务环节一律上线”，是指钢铁外部供应链服务的所有流程业务都在平台上完成。目前，宝钢股份宝山基地约80条主产线均不同程度实现了智能制造。“除了生产制造环节，设备管理、能源环境、物流运输、安全生产等也都搭乘了数字化的翅膀。”据沈立明介绍，过去5年，宝钢股份投入了50多亿元进行智能化改造，助力人均生产钢产量年均增长8%左右，“今后，随着5G、工业互联网、人工智能、数字孪生等技术持续落地，钢铁生产将更加智能。”《人民日报》（2023年03月22日第18版） 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