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先导智能:数字孪生重塑动力电池全生命周期

2020.04.28

随着数字化技术的新兴迭代,客户对于产品体验的需求日趋多样化,数字孪生作为工业互联网和智能制造发展的一个综合展现,其期望值被抬升至前所未有的高度。数字孪生(Digital Twin)可以全面提升产品的全生命周期管理,时刻感知客户需求,驱动高效、互联、以客户为中心的运营模式,提升产品体验,降本增效,推动增长。

——埃森哲《数字孪生: 打造生力产品,重塑客户体验》

作为全球领先的新能源装备专业服务商,先导智能正将“数字孪生”这一技术,应用于新能源汽车从动力电池制造到汽车总成的全生命周期产品服务,帮助客户更好地创造产品并使用产品,带来效率提升和成本下降。

数字孪生Digital Twin(数字双胞胎),是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

工业制造是数字孪生技术使用的主战场,美国、中国、德国等领先国家,波音、通用、西门子等企业均倾力实践。数字孪生技术已在军事工业、航空制造等领域得到了应用与印证,而汽车领域尤其是新能源汽车领域,则是下一个战场。

在新能源汽车领域,从动力电池电芯生产、模组pack到汽车总成,汽车企业及动力电池企业面临传统企业从未遇到的困难:一是新能源汽车推陈出新相比传统汽车周期大大缩短,产品产线需要尽快验证并最终达到目标完成市场抢入;二是新能源汽车蓝海的出现,传统汽车厂商、新造车势力甚至是跨界而来的地产企业、金融企业,都在追求迅速投产,迅速扩大产能规模,这也要求企业重新审视研发设计与生产制造的关系;三是动态变化中的新能源汽车及环保政策的推动下,生产企业需要迅速变更工艺与产线,以适应不断变化的市场及政策环境,实现市场的提前占领。

针对客户最新提出的更为严格的工艺、设备、产线需求,先导智能以自主研发的先导云系统、人工智能深度学习、数字仿真及大数据分析管理等技术为基础,研发并实践了数字双胞胎工厂概念上的高度协同信息化集成系统,而这一系统,已在先导智能锂电池高端智能装备制造工厂得以实施。

先导智能锂电池高端智能装备制造工厂项目,以自主研发的MES智能制造系统为中心,契合工厂实际运行管理过程及生产业务流程需求,整体分为以下步骤进行实施:

1、根据智能工厂规划目标,建立设计方案的布局仿真模型,以提升数字化车间科学规划水平;

2、根据工艺流程要求,建立生产流程仿真模型,实现资源提前合理匹配;

3、根据现实车间场景,结合全方位的布局仿真模型和生产流程仿真模型,和对于传感器数据监视和上位机数据收集技术的积累,完成对真实车间的数字映射,以PDM、ERP、MES、WMS、SCM、CRM等系统软件进行工厂信息覆盖,完成生产信息数据化和AI大数据分析管理。

4、依托人机工程分析、VC虚拟调试、VR虚拟调试、点云技术等功能模块和技术,对比虚拟模型与真实场景,达到资源合理配置、工艺合理优化的效果。

5、创建全生命周期数字孪生产品的商业服务。在基于生产流程的优化基础之上,运用BI、深度学习等技术,帮助企业实现管理优化,涵盖从原料采购、研发创新、生产制造、质量售后等整个业务体系。

依托于自身在数据孪生技术上的研发创新和经验积累,先导智能在新能源汽车动力电池制造数字孪生应用领域取得了多层技术突破:

强大的数据采集与集成系统

先导智能完成了真实工厂和虚拟工厂的数据信息化无缝衔接。以动力电池电芯制造为例,通过安装在设备产线及车间的多种类型传感器和上位机数据传输,并通过AI大数据分析,完成设备与设备间、设备与系统间、系统与系统间的数据集成分析处理,使得动力电池电芯制造实现了全流程的数据化、可视化。

实时映射的模型构建衍生技术

先导智能从几何、仿真、数据三种维度,产线设计前与产线运行中两种层级进行模型构建,以动力电池单机设备为例,可搭建机器人动作、虚拟装配过程、整机工艺联动、人机工程交互等多种仿真模型,并与真实车间场景完成毫秒级映射完善,实现整体动态协调。

全工厂覆盖的信息化集成软件

先导智能以自主研发的MES智能制造系统为中心,形成了涵盖PLM、MES、ERP、CRM、PDM、WMS、SCM等覆盖主要业务环节系统的信息化管理平台,采用领先的万兆网络、5G技术、图形虚拟化、云等动态监控技术实现了研发生产的协同设计,打造高度集成的智能工厂。

从单机到整线的业务集成能力

先导智能不仅完成动力电池从浆料制备、电芯制造、电芯组装、化成分容到模组PACK的整线设备整合,还可帮助客户在数字化工厂上实现业务整合,从单机到分段、从分段到整线、从生产到物流、从电芯制造到动力总成,我们在产品全生命周期的每一个节点里,都能够为客户提供集成化的解决方案。

目前,先导智能已成功助力新能源汽车行业TOP客户运用数字孪生技术实现了工艺优化和降本增效。

基于新能源动力电池企业、汽车总成企业面临的如产品验证周期短、扩产周期紧迫、工艺技术更新频繁等现实问题,先导智能的数字孪生技术能够帮助客户解决工艺、资源等关键难题,助力客户降本增效,提供产品全生命周期的整体解决方案。

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