阿特斯:打造高效太阳能电池智能工

发布时间:2020-07-28 来源:e-works

  一、企业简介

  苏州阿特斯阳光电力科技有限公司2006年6月成立于苏州高新区,为归国太阳能专家瞿晓铧博士在中国创立的第四家全资子公司。公司注册资本124155万元。公司是阿特斯集团的主要电池片生产基地,公司目前太阳能电池片年产能达到2250MW,拥有员工1000多人,年营业额约27亿元。

  阿特斯阳光电力集团成立于2001年,2006年在美国纳斯达克股票交易所上市(纳斯达克代码:CSIQ),全球员工总数超13,000人。是专业从事硅锭、硅片、太阳能电池片、太阳能组件和太阳能应用产品的研发、生产和销售,以及太阳能电站系统的设计和安装的光伏一体化企业。

  成立18年来,通过多元化发展战略和市场布局,阿特斯已在全球7个国家和地区成立了16家光伏硅片、电池和组件生产企业,并在20多个国家和地区建立了分支机构,与全球73家国际顶尖银行和金融机构建立了合作伙伴关系,是全球综合实力领先的太阳能公司。

  在全球知名研究机构彭博新能源财经(BNEF)发布的《组件融资价值报告》中,阿特斯凭借稳健的财务表现、可靠的产品质量、良好的企业商誉,位列全球最具融资价值组件品牌榜单第一位。同时,阿特斯也是唯一一家五年上榜"最具融资价值组件品牌"榜单的光伏企业。

  图1苏州阿特斯阳光电力科技有限公司

  二、企业在智能制造方面的现状

  公司于2012年被评为江苏省信息化与工业化融合试点企业,2016年太阳能电池智能生产车间被评为江苏省示范智能车间,2017年被评为工信部、江苏省两化融合管理体系贯标试点企业,江苏省两化深度融合创新(互联网与工业融合创新)试点企业,2019年通过两化融合管理体系贯标。

  通过近年来在智能制造方面的持续投入,公司整个工厂自动化和信息化水平较高,拥有较好的信息基础设施,有标准的企业管理体系,同时拥有良好的设备设施硬件。

  (1)阿特斯的智能工厂的总体设计、工艺流程及布局均已建立数字化模型,实现规划、生产、运营全流程数字化管理;

  (2)阿特斯的智能工厂实现智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备等关键技术装备在生产管控中的互联互通与高度集成;

  (3)阿特斯的智能工厂建立生产过程数据采集和分析系统,充分采集生产进度、现场操作、质量检验、设备状态、物料传送等生产现场数据,并实现可视化管理;

  (4)阿特斯的智能工厂建立工厂制造执行系统(MES),实现计划、调度、质量、设备、生产、能效的全过程闭环管理。建立企业资源计划系统(ERP),实现供应链、物流、成本等企业经营管理的优化;

  (5)阿特斯的智能工厂建立工厂内部互联互通网络架构,实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间,以及与制造执行系统(MES)和企业资源计划系统(ERP)的高效协同与集成,建立全生命周期产品信息统一平台;

  (6)阿特斯的智能工厂建有工业信息安全管理制度和技术防护体系,具备网络防护、应急响应等信息安全保障能力。建有功能安全保护系统,采用全生命周期方法有效避免系统失效。

  三、参评智能制造项目详细情况介绍

  1.项目背景介绍

  随着产品技术和制造工艺的持续进步,光伏制造将更趋近于半导体的精密制造,产品集成化程度更高。未来,高效和可靠性不是衡量光伏产品的唯一指标,智能化、轻量、与建筑结合的要求会使产品更多样化,适用于多种应用和安装条件,实现能源互联网。而光伏制造的自动化、智能化、柔性化以及未来全球虚拟工厂都是目前产业升级的主要趋势。

  阿特斯以国家政策和制造行业集约生产需求为导向,依靠我国企业在太阳能组件方面的技术及产能优势,通过探索建立国内首套光伏行业智能制造应用的新模式,促进光伏行业制造水平极大提升,提升电池片转换效率,有助于实现平价上网,提高企业在光伏行业中的领导地位。

  项目实施的主要内容包括:

  (1)生产制造过程数字化:

  开发适用于太阳能电池制造的MES系统、WMS系统、EMS系统,实现从生产现场实时、准确的反馈制造进度信息、物流仓储、质量信息、设备运行信息、能耗信息、安全生产等生产全过程信息。并通过4G网络实时传送至移动终端,实现制造过程的数字化。

  (2)工业大数据采集分析系统的研发与应用:

  通过生产现场数据、专用实验室数据采集方案的全面部署,构建工业大数据平台,利用工业大数据分析技术建立智能决策平台,结合智能管理手段为公司提供基础运营数据,实现经营、管理和决策的智能分析。

  (3)工业互联网集成与应用:

  采用工业以太网、工业无线网技术,搭建覆盖全公司的OT、IT网络,结合数据中心、ERP、WMS、MES、移动终端等系统的建设,实现工业全系统的互联互通。

  (4)绿色制造集成应用

  新进废水处理工艺,利用熟石灰乳液中和浓氢氟酸废水,F-由原来50000mg/l将至20mg/l,用石灰中和的工艺运行费用更低,能大量节约处理成本。设计应用高效脱氮反应器,专为脱除硝酸盐氮而设计,效率高,容积负荷是传统脱氮方法的5倍以上。

  2.项目实施与应用情况详细介绍

  如图所示,阿特斯智能工厂建设以“化整为零”为原则,从生产控制和生产组织两个维度切入,将智能工厂建设分为智能机构、智能检测、智能控制、智能操作、智能运营、智能决策6层面,分别寻找匹配先进的装备、技术与系统、进行智能化建设。

  图2阿特斯智能工厂建设顶层方案设计

  (1)智能机构层:在合适的生产单元、工序中进行智能化操作改造,最大限度地利用机械臂、码垛机、巡检机器人、无人引导小车车、自动化仓储、定量装车等装备,替代人的体力劳动,提高生产运行的工作效率和质量。

  (2)智能检测层:对生产资源、运行状态的检测进行系统化的设计和建设,包括火灾、消防、视频、电子巡更、一卡通、定位系统、在线监测一等内容,并实现这些系统的互联互通、智能联动,为安全的生产环境提供保障和服务。

  (3)智能控制层:对生产工艺的控制提供系统的解决方案,包括数据监测控制与采集系统、设备的实时监测与数据采集系统等内容,实现生产工艺控制的高度自动化。

  (4)智能操作层:为生产、质量、设备、能源、安全等业务管理提供智能操作系统与平台,包括先进控制(APC)、仿真培训系统(OTS)、制造执行系统(MES)、能源管理系统(EMS)、企业资产管理系统(EAM)、安全评价系统(SES)、质量健康安全环境管理系统(QHSE)等内容,优化生产管控的业务流程,丰富操作优化的指导工具,提升生产操作的业务协同水平。

  (5)智能运营层:为供应商关系管理、客户关系管理、企业资源计划、工程项目管理、科研管理等业务提供智能化服务平台,包括企业资源计划(ERP)、供应链管理系统(SCM)、客户关系管理系统(CRM)等内容。

  (6)智能决策层:构建企业级专家知识库,搭建面向电池片的工业大数据分析决策平台,通过建立拟合不同模型研究不同关系,发现有用信息,用于分析原因解决问题;发现潜在价值,预见可能发生的某种“坏的未来”并且给出相关建议,即预测并提供解决方案。

  各子系统实施与应用情况如下:

  (1)MES系统

  公司在2013年开始导入了MES系统作为生产过程的管理系统。目前已经在阳光电力所有车间完成上线。上线后实现了生产进度、生产达成情况、质量、设备、操作员的可视化管理。同时对于产品售后产生的质量问题,能够提供详细的追溯信息。对于后续提升产能、质量、设备利用率方面起到了关键的作用。

  MES系统实时监控生产状况,主要通过生产计划管理、原材料管理、制程质量控制点管理、在制品管理、设备管理等,实现生产产品全制程监管,减少大量人工数据整理及纸张的使用,可根据质量需求将相关数据整合到SPC系统中,进行实时分析,将异常点上传至系统,再由系统智能识别后将结果发送给各工序负责人员,工程技术人员可根据系统实时数据进行分析,了解异常点变异的全过程,从而实现过程信息化控制。

  MES系统实时监控如图所示。

  图3 MES系统实时监控

  图4 MES系统效率分布表

  MES关键功能如下:

  系统功能、设备管理、工艺管理、工程数据采集、SPC统计过程控制、设备自动化系统、报表系统。

  经过MES上传数据生成各车间KPI达成看板,方便管理人员24h掌控各生产车间KPI达成状况(此系统已经实现与手机APP连接)。通过信息化与自动化结合进行过程控制,降低不良品产生,采用的智能化设备和工序包括AOI检测完成对电池片的颜色分选与外观分选、EL检测完成对电池片进行缺陷检测及生产工艺监控、电池片自动分选机实现电池片高速准确的测试和分选功能。

  (2)ERP系统

  ERP系统主要实现功能包括:

  1)细化生产物料颗粒度。以客户的需求为标准,细化产品颗粒度,增强需求与计划的衔接,优化库存与订单的匹配,实现需求的系统自动化传递以及库存自动化分配;

  2)实现系统MRP运作。建设产供销协同计划平台,实现系统MRP运作,打通系统端到端的计划业务流程,系统MRP计算代替人工EXCEL计算,确保准时供应,提升生产效率和客户满意度。

  3)销售供应链追溯。以发货单,库存批和序列号为主线,可正向逆向追踪物流的流向信息。以发货计划为基础包装,减少后续拆箱情况。并可在条码系统中详细跟踪拣配拆箱,物流发货的详细信息。

  4)报表及数据分析体系设计。建立指标体系,搭建商业智能分析平台,满足报表、分析和辅助决策。ERP实现多维度及自定义的数据报表管理,为操作层提供明细报表,提升执行效率。

  5)SRM系统定位与建设。重新定义现有SRM系统定位及与ERP系统功能界面的划分,升级改造现有SRM,将SRM作为统一建设,覆盖全业务的供应商协同及采购寻源平台,更好的实现供应商管理、供应商协同、采购寻源管理、合同管理等功能。

  6)搭建主数据的管理平台。搭建主数据管理平台,统一数据流程,规范数据标准,保证数据的准确性和完整性,全面提升CSI集团内部的数据管理水平。

  7)客户关系管理。完成现有SFDC系统功能进行改造,支撑支撑现有业务及未来B2B,B2B2C业务变更,并作全球推广。

  8)物流费用的端到端。在条码系统中录入详细的海外段拆单信息及运费信息。便于后续运费结算及全运输链运费分析及追踪。

  9)审批工作流的搭建。与现有OA平台集成,实现线上多级审批,以及多渠道的灵活审批方式。

  在细化产品颗粒度方面,增强需求与计划的衔接,实现库存分配自动化。产品按特性进行细分,同时建立可配置物料,保证客户需求准确传递。将生产过程区分为两步,基本生产过程与分类过程,通过分类工具将产成品归类为具体规格产品;支持以配置物料进行订单下达,通过库存分配工具将与客户需求匹配的库存分配给相应订单;交货通过ATP与批次决定实现库存自动匹配。

  (3)采用APS实现物料需求计划。

  表1 APS物料需求计划

  综合利用MES、WMS、ERP和SRM等实现产品从生产、包装、入库、发货到物流全过程的追踪和管理。根据各客户需求定制符合客户需求的相关产品信息,并在三个系统中实现信息共享,实现客户个性化需求,满足多层级的供应链追溯管理要求:

  1)实现正向追溯:在ERP系统内实现按源库存批及按交货单(交货批)进行追溯,并可通过条码系统可实现按每件序列号追溯;对于海外段业务,可使用条码系统按集装箱和托进行追溯;

  2)实现反向追溯:可在ERP系统内按源库存批及按交货单进行反向追溯,并可在条码系统内按每件序列号进行反向追溯(ERP系统内可通过与条码系统集成实现按单和按件追溯)。

  (4)WMS系统

  WMS提供物流条码管理、库存条码管理、工序条码管理等系统功能,条形码的应用贯穿于企业原材料、成品管理的始终,从原材料入库到生产领用,车间工序跟踪,再到产成品入库、销售出库、盘点等全过程都可通过条形码帮助企业实现快速、准确录单,提高企业工作效率,减少出错几率。条形码报表分析可帮助企业对物料进行跟踪追溯,为管理者决策实时提供真实有效的依据。

  图5 WMS系统

  (5)集成优化建设运行情况

  1)生产过程数据采集情况

  目前各车间的生产有利用MES进行管控,能获取生产批次在生产制造过程中涉及的操作入员、批次分解人员、异常处理人员等信息;能获取部分生产批次在生产过程涉及的设备编号、设备状态等信息;能获取原材料耗用编码、耗用数量、供应商编码、检验情况等信息;能获取生产批次在生产过程中涉及的工艺流程管控、工程调整情况等信息;能获取生产批次在生产制造过程中的环境清洁度、湿度温度等信息。

  制造车间通过MES系统实时监控生产状况,主要通过生产计划管理、原材料管理、制程质量控制点管理、在制品管理、设备管理等,实现生产产品全制程监管,减少大量人工数据整理及纸张的使用,可根据质量需求将相关数据整合到SPC系统中,进行实时分析,将异常点上传至系统,再由系统智能识别后将结果发送给各工序负责人员,工程技术人员可根据系统实时数据进行分析,了解异常点变异的全过程,从而实现过程智能控制。

  经过MES上传数据生成各车间KPI达成看板,方便管理人员24h掌控各生产车间KPI达成状况。

  图6看板系统

  2)工厂生产过程实时调度情况

  目前各车间的生产有利用MES进行管控,对生产工序详细调度能够实现生产作业准备状态的查询和确认,包括原料、辅料工艺标准、设备状况、人员状况等,有的需要人工进行,对车间批次生产作业任务、备料计划、调度指令作业标准、作业参数等相关生产计划发布内容能够进行管理,基本能够实现生产上下游工序实现统一协同调度,无信息断层。

  目前基本能够实现生产指标与生产能力的平衡,生产任务与资源准备能力的平衡,部分产线生产排程及协同调度人工能够提供多种策略,根据实际情况形成最佳方案。

  3.效益分析

  (1)显性效益

  通过项目的实施,阿特斯高效太阳能电池智能工厂生产效率提高4%,运营成本降低10%,产品研制周期缩短10%,产品不良品率降低7.14%。对于后续提升产能、质量、设备利用率方面起到了关键的作用,为企业安全生产、降低能源消耗、提升管理效益也起到了显著作用,从而进一步提升企业的市场竞争力和企业经济效益。

  表2企业提升改善情况

  (2)隐形效益

  通过对太阳能电池智能工厂的建设和持续改进,在工艺设计、装备研制、质量控制、过程控制、成本控制、管理分析等方面创新优化,以实现生产执行、过程控制及企业管理全面信息化、智能化、绿色化,大幅度提高生产效率和能源利用效率、提升质量管控水平、降低生产成本,为光伏行业智能工厂建设与优化提供引领示范,提高我国光伏行业核心竞争力。

责任编辑:刘小瑜