嶄新力量，電池市場蓬勃興起

近年來，電動(dòng)汽車和可再生能源的興起引領(lǐng)了電池市場的蓬勃發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年，全球電動(dòng)汽車銷量將以每年25%的速度增長。隨著消費(fèi)者對電池續(xù)航、充電速度、安全性和成本的不斷提升需求，高性能電池技術(shù)的市場需求也日益增加。

2023年被視為多項(xiàng)新技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的元年，這些技術(shù)的推廣提升了電池的安全性和經(jīng)濟(jì)性，也加速了新能源車輛和儲能領(lǐng)域的發(fā)展。全球電池領(lǐng)域的專利申請數(shù)量每年增長約14%，反映了電池行業(yè)的創(chuàng)新活躍度和企業(yè)的研發(fā)實(shí)力。

挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存

原材料成本波動(dòng)、競爭加劇以及技術(shù)革新的不確定性都是需要正視的挑戰(zhàn)。但這些挑戰(zhàn)也帶來了供應(yīng)鏈多元化、技術(shù)創(chuàng)新和模型優(yōu)化等機(jī)遇。

這是一張電池生產(chǎn)的生命周期圖，不難看出從電池原材料，生產(chǎn)，再到回收的全生命周期過程中涉及一系列的數(shù)字化技術(shù)。如果將核心生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)展開來看，從原材料、極片到電芯往往要經(jīng)歷9大過程，需要耗時(shí)3-5周甚至更長的時(shí)間，其中既有合漿、涂布等典型流程制造業(yè)特征，也有批處理、裝配、物料齊套等典型離散制造業(yè)特征，整個(gè)電池制造過程的復(fù)雜性使得電池工廠的規(guī)劃極具挑戰(zhàn)性。

因此，在綿陽創(chuàng)明新建電池工廠之際，就迫切尋求數(shù)字孿生技術(shù)等先進(jìn)手段的助力，以確保設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率的最大化，助力產(chǎn)品品質(zhì)提升。

綿陽創(chuàng)明運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)助力工廠規(guī)劃

深圳市創(chuàng)明新能源股份有限公司（以下簡稱“創(chuàng)明”）是中國首批量產(chǎn)圓柱形鋰離子電池的民企，深耕行業(yè)二十余年，現(xiàn)成為國內(nèi)領(lǐng)先的新能源綜合方案供應(yīng)商，公司擁有頂尖研發(fā)團(tuán)隊(duì)，能提供完整的產(chǎn)品解決方案。

創(chuàng)明綿陽圓柱形鋰電池生產(chǎn)基地是西門子賦能的原生數(shù)字化工廠，擁有全國產(chǎn)化的自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化和智能化，為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級樹立了新標(biāo)桿。其產(chǎn)品主要應(yīng)用于小動(dòng)力、輕動(dòng)力、儲能領(lǐng)域。包括電動(dòng)汽車、電動(dòng)兩輪車、家用儲能產(chǎn)品、基站儲能、工商業(yè)儲能等。全部建成滿產(chǎn)后，年產(chǎn)值可超過200億元，將成為大圓柱電池頭部企業(yè)之一。

基于仿真與數(shù)字孿生技術(shù)，能夠幫助搭建工廠規(guī)劃到運(yùn)營的橋梁，通過迭代實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化增強(qiáng)決策，減少風(fēng)險(xiǎn)、降低成本并加速?zèng)Q策過程，助力創(chuàng)明實(shí)現(xiàn)“首次即成功”的電池工廠規(guī)劃。

產(chǎn)能提升8%，硬件設(shè)備投資與生產(chǎn)成本大大減少

在探索原生數(shù)字化工廠的路徑中，創(chuàng)明與西門子中國研究院利用基于仿真與數(shù)字孿生技術(shù)攜手克服了前期運(yùn)作設(shè)計(jì)多項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如在電池裝配后的自動(dòng)化干燥單元的生產(chǎn)流程中，由于涉及多組可選設(shè)備與共用機(jī)械手，這一環(huán)節(jié)的復(fù)雜性使得理論生產(chǎn)能力難以準(zhǔn)確預(yù)測，存在對解決方案可靠性及產(chǎn)能達(dá)標(biāo)的疑慮。利用數(shù)字孿生技術(shù)，雙方共同定位了生產(chǎn)流程的關(guān)鍵瓶頸，并有效地進(jìn)行了優(yōu)化，無需額外增加設(shè)備投入，便實(shí)現(xiàn)了8%的產(chǎn)能提升。此外，通過詳盡的仿真實(shí)驗(yàn)，確保了在滿足產(chǎn)能和物料供給的條件下，優(yōu)化了資源配置，其中僅化成分容工藝短就節(jié)省了50%的疊盤機(jī)以及4臺AGV的投資。通過這一系列優(yōu)化措施，不僅在硬件設(shè)備上的投資大大減少，同時(shí)在整體生產(chǎn)成本方面也顯著降低。

通過假設(shè)分析，進(jìn)一步識別并規(guī)避了未來運(yùn)營中可能遇到的五大潛在風(fēng)險(xiǎn)，如常溫庫容量不足、輥道擁堵、緩存區(qū)數(shù)量不足等問題。這一過程不僅提升了生產(chǎn)效率，也有利于制定針對性的應(yīng)對策略，確保了電池工廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

在項(xiàng)目的執(zhí)行過程中，創(chuàng)明還體驗(yàn)了DT LAB共創(chuàng)工作坊，與西門子中國研究院的專家們一同針對關(guān)鍵問題探討并制定有效的改進(jìn)方案，共同推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，為未來的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

仿真與數(shù)字孿生技術(shù)（Simulation & Digital Twin）作為西門子核心技術(shù)領(lǐng)域中的重要方向，旨在幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)更環(huán)保、更安全、更高效的產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期。如今這一技術(shù)已然成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的利器與核心理念，它將相關(guān)模型和數(shù)據(jù)跨價(jià)值鏈融合，為工廠運(yùn)營管理人員、產(chǎn)線工程師、產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)以及樓宇運(yùn)營管理團(tuán)隊(duì)等提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。數(shù)字孿生技術(shù)不僅能有效規(guī)劃系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測趨勢、提供洞見，還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)優(yōu)化，縮短設(shè)計(jì)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量。

創(chuàng)明綿陽工廠恰好是我參與的第10個(gè)數(shù)字孿生工廠規(guī)劃項(xiàng)目。我和我的團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)了數(shù)字孿生工廠的規(guī)劃部分，包括慧玲和海麗的DT LAB共創(chuàng)工作坊，以及周瑋和劉釗主導(dǎo)的仿真建模與分析。新工廠中融入了許多創(chuàng)新元素，體現(xiàn)了創(chuàng)明領(lǐng)導(dǎo)層的決斷力和遠(yuǎn)見，這讓我印象深刻，也讓項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)受益匪淺。

----項(xiàng)目經(jīng)理 向祉牟