寧德時代：燈塔工廠“從1到n” 應對極限制造新挑戰
http://www.debgrams.com 2023-02-03 10:53 來源：證券時報
電池產業近兩年發展突飛猛進，產能高速擴張。制造企業如何鍛造出極限制造的能力，以匹配TWh時代的質量和效率需求？寧德時代點亮兩座燈塔工廠，為產業鏈引領能力提供方向。
全球燈塔網絡項目由世界經濟論壇發起，旨在篩選出善于采用并整合第四次工業革命各項先進技術的世界領導者，構建起一個學習分享的社區平臺。目前全球燈塔工廠數量已經達到132座，中國是燈塔工廠最多的國家，達50座。
燈塔工廠能夠大規模利用人工智能、大數據、3D打印等技術，提升效率和競爭力，轉變商業模式和推動經濟增長，同時增強勞動力能力和保護環境，并推動各地區、各行業的制造商參與學習。
在全球鋰電行業，只有兩家入選燈塔工廠，均來自寧德時代。寧德時代的燈塔工廠中，數字化技術應用帶來了顯著的降本效果，增強了交付能力，還重塑著勞動力與生產的關系。寧德時代不僅跨越了“試點陷阱”，讓燈塔工廠的技術經驗在內部復制和流動，還借助燈塔網絡汲取更多養分，并積極推動上下游產業鏈的數字化轉型。
是什么打造出了燈塔工廠，燈塔工廠又照亮了什么方向？證券時報采訪團近日走進寧德時代，帶你了解一塊電池如何誕生，一座燈塔如何點亮。
邁向TWh
向先進技術要答案
一秒鐘的長度是多少？它基本相當于心臟跳動一次的時間，也是寧德時代一條生產線制造出一個電芯的時間。在如此生產節拍下，寧德時代追求的電芯缺陷率是十億分之一。
這樣的極限制造能力孕育在寧德時代兩座燈塔工廠中，并逐步推廣至全球更多生產基地。
寧德時代總部基地和四川時代宜賓工廠在2021年和2022年先后獲評“燈塔工廠”稱號。世界經濟論壇對此評價稱，寧德時代總部基地實現了在生產每組電池耗時1.7秒的速度下僅有十億分之一的缺陷率，同時將勞動生產率提高75%，將每年的能源消耗降低了10%；而宜賓工廠在此基礎上，實現生產線速度17%提升，優率損失降低17%。
這一串數字是寧德時代面對行業挑戰的回應。電池行業在大規模擴張中邁向TWh時代，要求制造能力走向極限，無論是動力電池還是儲能電池，都需要更安全、更高效、更穩定。制造業通常用PPM(百萬分之一)來表示每百萬個產品中有一到兩個不良品，這已經是汽車、電子產品等領域的世界級制造水平，而動力電池還需要將其進一步降低至PPB(十億分之一)級別。
當前的電池領域群雄逐鹿，競爭愈發激烈。業內預計，按照目前各家規劃的擴張速度，電池產業或將最終走向產能過剩，但這種過剩將體現為結構性產能過剩，優質電池產品仍將供不應求。因此，提升產品質量更加成為電池廠商應對競爭不可或缺的利器。
“把一條2GWh產能的產線擴大到10GWh，甚至更高，如果只是靠壘設備，就不是升級換代。同時，數字化技術也要真正用活，有效且可靠，而不是玩概念。”寧德時代智能制造部的馬林博士告訴證券時報采訪團，在燈塔工廠中，不同工序之間的融合程度更高、拉線標準化更強、生產節拍更快、無人化做得更徹底，而這背后則是看不到的數據模型、系統算法、邊緣計算等能力在支持。
以涂布工藝為例，這道工藝是電池極片制造中的精細活兒，需要將已攪拌好的漿料均勻地涂抹到厚度僅有幾微米的箔材上。傳統的涂布工藝十分依賴人工經驗，調試精確度只能靠“涂布大師”手工操作來應對涂布工藝上的不穩定性。
對此，四川時代宜賓工廠開發了鋰電加工工藝閉環控制算法，對1000多種粉體和流體的各項組合參數進行建模并深度學習，實現箔材涂覆微米級的嫉骺?，處V瞬返囊恢灤浴１熱紓綣諧魷至巳畢藎諳嘸囁毓δ芫突峒笆本?，版y憊さ諞皇奔浞⑾治侍狻�
“我們通過測算發現，燈塔工廠通過技術應用帶來了可觀的降本效果，同時也保障了交付能力，交付速度和品質獲得了很多國際大客戶的認可，這也是一種潛在收益。”馬林表示。
值得一提的是，燈塔工廠也在改變勞動力與生產的關系。證券時報采訪團在寧德時代總部基地看到，燈塔工廠產線上需要的員工數量很少，只有在人工抽檢、設備運維等少數環節仍然需要員工參與。
“我們并不是不需要人，人依然是重要的生產要素。”馬林說，設備的自動化程度提升是為人賦能，把不必要的重復性勞動力解放出來，同時產生更多對復合型人才的需求，“原來我們的IT同事缺乏對制造的理解，而搞制造的同事又不了解軟件算法，為此我們早在2020年就專門成立了智能制造部，針對大數據、人工智能、設備控制等方面提升團隊專業性和復合性”。
跨越試點陷阱
讓技術經驗在內部流動
在制造業的數字化轉型過程中，比“從0到1”更難突破的實際上是“從1到n”的過程。
在世界經濟論壇的調研中，有70%左右的企業難以跨越“試點陷阱”。這些企業雖然在先進技術應用上積極投入，但可能缺乏合理的組織結構，或者沒有讓合適的利益相關者參與進來，以至于無法規?；貞脭底只夹g。最終，大量人力物力的投入并沒有帶來清晰的效果。
寧德時代在全球有超過30座工廠，“雖然公司目前只申報了兩座燈塔工廠，但實際上很多數字化技術已經在其他基地用起來了，甚至用得很好。”馬林表示。
將燈塔工廠的經驗在內部復制，寧德時代依靠的是一支高效的運營團隊。馬林表示，設備建設和技術導入速度都很快，但關鍵是運營團隊需要有較強的執行力、一致性和協同性，“當我們在打造第一座燈塔工廠的時候，其他基地的同事都會來看這座工廠有哪些優勢、怎樣借鑒這些技術，而不是等到燈塔工廠建成了之后其他人再開始同步”。
在規?；\用新技術的過程中，兩座工廠也各自成長出不同的特色。
馬林全程參與了寧德時代總部基地燈塔工廠的建設過程，他認為這座工廠的特色之一在于人效提升，相比于消費類電池，動力電池生產過程速度要求更快、缺陷要求更少，傳統檢測方法準確率較低，因此工廠引入AI技術輔助人工交叉檢測，明顯提升了準確率；先進制造技術的運用還反哺數字化開發，提升材料、工藝和裝備層級的仿真能力，原本需要一周時間的仿真工作現在一兩個小時就能做出來；此外，制造鏈條完成了閉環控制，大量沉積在產線上的數據被喚醒，通過模型分析來改造工藝、提升效率。
在應用先進技術的同時，宜賓工廠則增添了一抹綠色的底色。除了“燈塔工廠”的稱號之外，宜賓工廠還在2022年3月獲得碳中和認證證書，成為全球首家電池零碳工廠。實現零碳一方面是借助當地豐富的水力資源，提升能源結構中綠電的比例；另一方面，數字化技術也幫助工廠“節流”，降低生產過程中的能源消耗。
設備運轉是能源消耗的大戶，面對一條拉線上的數百臺設備，人工點對點操作常常顧此失彼，也無法及時響應。四川時代自主研發了CFMS系統，并在廠區中鋪設了超過4萬個環境探測傳感器，通過窄帶物聯網采集，全域廠房設備被100%在線監控，它們的狀態參數都可以得到實時上傳，數據可以實現快速交互。AI系統通過計算這些數據，進行節能方案的優化，并為每臺設備量身定制最優的運行參數。
此外，在宜賓工廠，數字化技術的應用還外溢到生產以外的場景。馬林介紹，原來AI視覺等技術主要用在產品質量控制方面，而現在已經拓展到整個工廠運營層面。例如在安全管理方面，傳統的巡檢只能依靠人力，易燃區域主要采用現場定時定點抽檢的形式，漏檢風險較大。對此四川時代運用視頻流+AI技術，打破網絡、系統之間的屏障。通過視頻實時成像，系統可自動識別違規操作，例如標志牌混放、通道占用等，并進行智能標注、保存圖像等。
連通網絡打通上下游
賦能數字化轉型
對于制造業企業而言，燈塔工廠不僅僅是一項榮譽，它更象征著一種影響力和引領作用。由全球燈塔工廠組成的網絡實際上成為了一個學習和分享的平臺，同時也帶動更多中小企業開啟數字化轉型。
全球燈塔工廠所屬領域各有不同，寧德時代能夠借助這個網絡增強制造能力。馬林經常去不同的燈塔工廠調研，例如英特爾成都工廠擁有外企基因，員工認可度比較高，馬林會重點學習企業管理的“軟實力”；在博世，更看中它基于數字孿生的應用，以及與之相關的培訓體系；而三一集團是寧德時代的客戶，關注點則集中在生產過程中的協同、自動化裝配以及品質的管控等。
“我們在參觀中注意到一個小的細節，他們產線上的工裝夾具等會放在一個可追溯的托盤中，實時顯示里面零部件的狀態，目的是為了提高裝配操作效率。這個是寧德時代還沒有做到的事，那我們或許也可以在這方面有所啟發和提升。”馬林表示。
延伸出燈塔工廠的網絡，寧德時代作為龍頭企業的技術經驗還有望帶動整條產業鏈。國內鋰電產業鏈近兩年進入快速發展期，下游終端的整車制造環節相對成熟，數字化、智能化的積淀較為豐富，而上游鋰電材料等領域則成為產業鏈上的短板。
“寧德時代除了做好自己的事情，同時也在做賦能上下游的工作。”馬林舉例稱，如果供應商的檢測系統和公司不統一，盡管供貨產品能夠達到要求，但會產生比較多的廢品，對生產成本造成比較大的影響，進而影響公司采購成本，因此公司也有動力幫助供應商建立更高效的檢測能力。
在近期的供應商大會上，寧德時代對供應商提出了三個方面的期待，其一是加大創新投入，提升技術能力；其二是持續的降本增效；其三是統籌規劃，減碳降排。
在下游，技術經驗的傳遞也能增進寧德時代與客戶的黏性。“例如電池模組在裝車時需要尺寸檢測，此前傳統方式是通過‘三坐標+人工檢具’檢測，而現在寧德時代已經采用了全視覺方案，在幫助客戶應用新方案的過程中，客戶除了獲得高品質的產品，還收獲了技術輸出，雙方的合作關系就會更加緊密。”馬林表示。
自2017年起，寧德時代已經穩居全球動力電池首位。據韓國汽車市場研究機構SNEResearch數據，2022年1-11月，寧德時代全球動力電池市占率達37.1%，這意味著全球每三輛電動車中就有一輛配套寧德時代的電池。
龍頭企業享受光環，同時也承擔使命。賦能上下游，引領制造業，是“燈塔”的應有之義，也應和了寧德時代的初心。馬林表示，創新無止境，制造能力的提升也是無止境的，“我們需要對鋰電行業持有敬畏之心，盡管現在可能做出了一些成績，但還應該考慮到下一個5年、下一個10年的方向。因此我們也希望懷著開放的心態，接受更先進的制造理念，進一步提升我們的能力，而燈塔工廠就是實現途徑之一”。
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