1、锂电池生产工艺数字化的业务架构王晓钰 博士宁德新能源(ATL)智能制造总工数字化转型顾问2023年4月22日Copyright王晓钰2宁德新能源(ATL)的产品4/22/20233西安交通大学本(1997-2001)、硕(2001-2004)、博(2004-2007)数据科学、工业算法专家；复杂系统控制论专家；企业实践者：曾在GE GRC（通用电气全球研发中心）、远景能源、三一重工有15年工业产品研发经验，从零到一搭建研发体系，研发产品从大功率硬件（变频器、风力发电）到智能化系统（智慧风场、智能制造），产值数十亿。理论研究者：著有工业数字化转型：系统方法与敏捷实践，以理工科视角，基于系统控制论

2、，建立数字化转型的方法。洞察智能技术的简单本质，擅长复杂系统的突破创新。立志于帮助中国企业在数字化转型上少走弯路。王晓钰王晓钰宁德新能源宁德新能源(ATL)(ATL)智能制造总工智能制造总工数字化转型顾问数字化转型顾问王晓钰王晓钰Copyright王晓钰4又是chatGPT，又是数字化，对我的公司有什么价值？Copyright王晓钰5创造价值获取价值传递价值大家在说的数字化业务视角:商业的本质Copyright王晓钰6技术革命驱动的数字化技术革命驱动的数字化Copyright王晓钰7数字化，是技术与业务的有机融合Copyright王晓钰8Copyri

3、ght王晓钰9数字化与你的业务之间，跨不过的鸿沟数字化与你的业务之间，跨不过的鸿沟传统行业化工、电池互联网行业人工智能产业将AI嵌入业务活动Copyright王晓钰10通用AI大模型(chatGPT/GPT-4)行业/专业领域大模型企业/业务专属AI模型拼装式AI应用开放平台/API服务拼装式AI应用拼装式AI应用1.数字化怎么创造业务价值？2.怎么设计业务数字化方案？3.锂电池生产工艺数字化的业务架构 业务解构：工艺的本质建模 技术重构：数字化方案设计4.技术实现架构5.结论与展望Copyright王晓钰11提纲提纲1.1.数字化怎么创造业务价值数字化怎么创造业务价值数字化与业务的关系数字化

4、技术如何赋能业务Copyright王晓钰12数字化的价值：更好地应对不确定性 过去的市场：高速增长 需求 供给 市场可预期 规模化大生产“一招鲜”就能赢得竞争 现在的市场：增长放缓 需求 4小时针对一个个问题，比较零散地开发，多数是本机上的程序，没有形成规范化的平台，难以沉淀为组织能力人员技能比较传统：统计学，上位机单机软件开发4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰29实际的统计分布实际的统计分布单因子接近正态分布4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰30 双峰分布 异常

5、的事件和特定的模式工艺数字化：突破统计过程控制的假设工艺数字化：突破统计过程控制的假设现状：统计过程控制，六西格玛，SPC基于简单的统计规则，单工序、单因子基于线性相关性，标准化，强管控时效性不够，4小时针对一个个问题，比较零散地开发，多数是本机上的程序，没有形成规范化的平台，难以沉淀为组织能力人员技能比较传统：统计学，上位机单机软件开发期望：自适应过程控制系统控制论的逻辑，来理解工艺，跨工序、多因子建模灵活的动态调控、智能的算法、机器学习，更有效地探测具体的变异时效性更高，根据扰动的时间尺度，分层控制共识的统一平台，让业务人员很清楚要在哪里部署，形成积淀人员技能升级：系统控制论，轻量级应用，

6、聚焦业务逻辑，低代码开发4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰314321业务数字化的设计方法与模板业务数字化的设计方法与模板突破底层假设，化解核心矛盾突破底层假设，化解核心矛盾现状问题与业务挑战现状问题与业务挑战业务重构与方案创新业务重构与方案创新底层假设与本质洞察底层假设与本质洞察 提升生产合格率，提高材料利用率，减少Rework 工艺过程有很多不确定的干扰 过程一致性控制难以进一步提升 换型的调试时间长 IPQC数量多，过程控制质量成本高 数据流与工艺流的互动，抑制工艺过程的波动 统计过程控制 简单统计规则 单工序 单因子 假

7、设各因子是独立的、统计分布是正态的 动态自适应过程控制 跨工序、多因子控制业务目标与业务战略业务目标与业务战略序号序号关键任务关键任务目标目标责任人责任人时间时间1234324/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰制造工艺的数字化：应对工艺中的不确定性制造工艺的数字化：应对工艺中的不确定性4/22/2023ATL Confidential Information33工艺设计一个电芯工艺执行一批电芯厂家测试用户使用标准来料标准生产工艺标准生产设备标准使用工况来料波动工艺能力波动设备磨损变异标准测试工况厂家个性化测试最终用户使用条件因人而

8、异转量产发货实体生产活动业务人员活动工艺设计工艺管理工艺改善质量管理客户投诉FA分析批量异常工艺纠偏NPI、测试问题优化设计数字空间（数字化）工艺建模与仿真工艺自适应控制质量大数据预警客户投诉FA分析批量异常工艺纠偏NPI、测试问题优化设计升级升级FA分析BOP更新业务数字化的两步法业务数字化的两步法4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰34 业务解构：问题驱动的业务调研业务建模：抽象提炼，挖掘业务的本质深挖假设：挖掘当前方案的底层假设突破点聚焦：找到导致问题的约束点数字重构：创新解决一类问题发散形成新方案：跨行业调研基于CTQ优化

9、设计：各方案对比择优解放思想突破创新3.3.锂电池生产工艺的数字化方锂电池生产工艺的数字化方案设计案设计业务解构：工艺的本质建模技术重构：数字化方案架构Copyright王晓钰35 Mixing搅拌 Coating涂膜冷压真空baking 分条注液化成&PIEF顶侧封高温 baking成型&FEF 目检OCV1卷绕OCVB容量前工序后工序阴极隔离膜阳极成品下仓锂电池的生产工艺锂电池的生产工艺4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰36无法被简化处理的无法被简化处理的“不确定性不确定性”工艺设计的方法与假设：统计过程控制，六西格玛基于简

10、单的统计规则，单工序、单因子基于线性相关性，标准化，强管控37 实际的统计分布与工艺设计有偏离 大量的异常事件，形成特定的模式品质调试追问工艺的本质与根本目标追问工艺的本质与根本目标工艺的本质：将产品目标，充分必要地分解为加工步骤，不多不少。工艺的目标：保证质量不受工序误差而波动4/22/2023ATL Confidential Information38工艺传递函数Factors干扰Input Output人 设备 软件 环境料波动1工艺控制2工艺管理3 工艺的目标：抑制工艺过程的不确定性扰动通过数字化手段，让通过数字化手段，让InputInput更好更快的实现更好更快的实现OutputOu

11、tput和工艺功能。和工艺功能。工艺解构工艺解构单工序的工艺工艺路线4/22/2023ATL Confidential Information39工序报废iyi-1yixidi复检复检返工工艺中的挑战：不确定性工艺中的挑战：不确定性4/22/2023ATL Confidential Information40工艺设计一个电芯工艺执行一批电芯厂家测试用户使用标准来料标准生产工艺标准生产设备标准使用工况来料波动工艺能力波动设备磨损变异标准测试工况厂家个性化测试最终用户使用条件因人而异转量产发货实体生产活动管理活动工艺设计工艺管理工艺改善质量管理客户投诉FA分析升级批量异常工艺纠偏NPI、测试问题优

12、化设计升级FA分析BOP更新IT系统（上位机、MES、数据湖、IoT）数字流：系统性地应对不确定性数字流：系统性地应对不确定性数据的流动比数据更重要，数据流动方式（数据流结构）改变业务价值创造的方式（结构）Copyright王晓钰41前馈信息流(知识完备)反馈信息流(知识不完备)数字化数字化（自动数据流）实体生产价值流信息化信息化（业务流程）数字化的三个要素数字化的三个要素感知：数据化，量化客观认知：智能化，算法决策行动：知行合一，价值落地4/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰42数字化数字化的数据流的数据流4/22/2023Cop

13、yright王晓钰43数字化方案的基本框架数字空间(数据驱动)物理空间(实体业务)实时反馈精准执行设备产线车间数据行动描述性分析发生了什么？人工查询查看调整管理焦点，问题影响范围多大？根因分析为什么发生，原因是什么？人工查询分析怎么彻底解决？预测预警分析将会发生什么？趋势分析怎么预防避免？算法 决策决策分析根据预案，我该怎么做？自动决策辅助决策数字化程度数据数据多因子的工艺数字化方案多因子的工艺数字化方案4/22/2023ATL Confidential Information44第一层：对于可控制的x进行闭环控制，自适应控制，对现场的ME赋能第二层：当控制x仍不可解决问题时，需要调整规格线，

14、使用动态规格线对y进行管控，对部分PRJ赋能第三层：仍不可解决问题时，就对Y进行提前预警，并给予辅助FA分析，提醒人及时管理。Level 1：单工序自动控制工艺数字化整体方案工艺数字化整体方案yN-1搅拌涂布1X-rayFQIN-1Y2y0y1x1d1y2x2d2xN-1dN-1yNNxNdN复检复检返工复检复检返工复检复检返工跨工序工艺控制单工序工艺控制单工序工艺控制单工序工艺控制单工序工艺控制动态规格线大数据异常预警Level 3：精准异常预警Level 2：跨工序控制与优化报废报废报废454/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰

15、跨工序的动态过程控制模型跨工序的动态过程控制模型 方法利用 多变量主模型确认影响相应参数的关键工序：Y=f(y1,y2,y3,)对每一个关键工序，确认关键设备参数:yi=f(yj,xi1,xi2,),where ji4/22/2023ATL Confidential Information46y1y2y3Y跨工序协同模型：多变量跨工序、多变量的预测与控制模型 工序模型工序模型工序模型短期短期长期长期尺寸厚度/长度/宽度表面异常Swelling性能容量/K值Fading高温2+常温2 静置PIEF搅拌涂布冷压分条包装卷绕MIB常温1+高温1 静置FCF高温3+常温3 静置ITM(OCV+X-RA

16、Y+FQI)注液注入电解液DEG保有量ACT容量厚度ORTFading/Swelling厚度PIEF压力1.2MP物理世界张力Lead time数字世界精准异常预警精准异常预警工艺设计前工序后工序ORTYModel文件文件偏差来料波动来料SwellingFading厚度容量膜卷厚度膜卷重量设计厚度设计容量前工序CPK后工序CPK测试异常ORT电芯画像厚度容量预测基于前工序预测厚度容量基于来料IQC预测厚度容量基于设计和历史预测厚度容量预测提前量预测置信度474/22/2023ATL Confidential Information/Copyright王晓钰4.4.技术实现架构技术实现架构Cop

17、yright王晓钰4849电芯画像的系统架构电芯画像的系统架构定时计算任务定时调用(每小时)统计分析时序分析频域分析电芯画像算法预警判断逻辑(多因子投票)风险评分表条件筛选(by机台/浆料等)特征库MES大数据平台设备RedisDMDWD预警平台频谱指纹时序模式统计特征非结构化数据TSDB50电芯画像的计算架构电芯画像的计算架构每天计算任务统计分析时序分析频域分析风险评分表条件筛选(by机台/浆料等)特征库IoT大数据平台上位机RedisDMDWD预警平台频谱指纹时序模式统计特征每小时计算任务实时计算任务MESPLC统计分析时序分析频域分析风险评分表条件筛选(by机台/浆料等)特征库Redis

18、频谱指纹时序模式统计特征IoTPLC51算法框架架构（算法框架架构（1）每组电芯每日数据每个膜卷每个工单微观态更细节宏观态更整体前工序后工序每个产品Model52算法框架架构（算法框架架构（2）统计分析时序分析频谱分析预警判断逻辑风险评分表统计分析时序分析频谱分析风险评分表统计分析时序分析频谱分析风险评分表统计分析时序分析频谱分析风险评分表电芯特征膜卷特征电芯组每日级别膜卷级别工单级别每小时，电芯序列每日Group bins每膜卷Group bins每工单Group bins每个电芯MES实时计算(暂不考虑)1.数字化怎么创造业务价值？2.怎么设计业务数字化方案？3.锂电池生产工艺数字化的业务架构 业务解构：工艺的本质建模 技术重构：数字化方案设计4.技术实现架构5.结论与展望Copyright王晓钰53提纲提纲大尺度看数字化转型的底层规律Copyright王晓钰54奇点奇点大爆炸大爆炸后工业后工业时代时代工业时代工业时代不确定性新挑战必要的数字化第四次工业革命个人智能群体智能数据智能模型智能算法智能AI智能超脑智能生存压力(熵，不确定性)复杂度(多样性)信息量增加社会结构更复杂THANKS这 个 时 代 最 有 梦 想 的 人55王晓钰微信号晓钰说公众号