王春成 王磊 李宗佰

【摘 要】智能化設(shè)備與數(shù)據(jù)化產(chǎn)品在智能化水平較高的光伏組件行業(yè)的應(yīng)用比較廣泛。智能化設(shè)備水平是決定組件行業(yè)未來產(chǎn)業(yè)升級(jí)與發(fā)展的重要因素。光伏組件行業(yè)設(shè)備精密度高、設(shè)備相對(duì)大、能耗高、作業(yè)環(huán)境要求高、組件尺寸大、質(zhì)量大，在光伏組件車間，普遍使用鋁材或鐵質(zhì)流水線，整體自動(dòng)化水平較高。國內(nèi)光伏組件智能化和信息化與其他精密型制造行業(yè)相差較大，需要進(jìn)行智能化和信息化升級(jí)，以滿足未來對(duì)“物聯(lián)網(wǎng)+5G”應(yīng)用的需求。

【關(guān)鍵詞】智能化;數(shù)據(jù)化;物聯(lián)網(wǎng);光伏組件

【中圖分類號(hào)】F276.44;F270.7【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-0688（2021）03-0052-03

0 引言

自2000年由施正榮教授回國創(chuàng)建尚德太陽能電力有限公司開始，中國光伏產(chǎn)業(yè)至今有20年的發(fā)展歷史[1]。光伏產(chǎn)業(yè)從發(fā)展史上來說是朝陽產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展過程正是整個(gè)世界科技發(fā)展最為迅速的20年，自動(dòng)化技術(shù)與信息化的飛速發(fā)展促進(jìn)了光伏產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化水平的顯著提升，自動(dòng)化水平的提升不僅能降低車間生產(chǎn)員工的工作強(qiáng)度，還能夠極大地提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，降低產(chǎn)品的制造成本，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。從2010年至今實(shí)現(xiàn)的光伏組件平價(jià)上網(wǎng)正是自動(dòng)化水平顯著提升帶來的影響。自從2013年德國提出工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)及2015年中國提出“中國制造2025”的實(shí)施方案后，以智能化與數(shù)據(jù)化為典型代表的產(chǎn)業(yè)開始走上迅速發(fā)展道路，區(qū)塊鏈、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)開始在中國蓬勃發(fā)展。作為在朝陽企業(yè)的光伏產(chǎn)業(yè)尤其是光伏組件產(chǎn)業(yè)中自動(dòng)化程度較高的光伏組件企業(yè)，應(yīng)積極探索智能化和信息化在設(shè)備和產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用。下面就技術(shù)發(fā)展與光伏組件企業(yè)未來智能化和信息化應(yīng)用進(jìn)行討論。

1 工業(yè)4.0與“中國制造2025”

1.1 工業(yè)4.0技術(shù)介紹

工業(yè)4.0主要由“產(chǎn)、學(xué)、研”各界協(xié)同制定，主旨在于依靠智能化、應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)提高工業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)力，其核心主要體現(xiàn)為“智能+網(wǎng)絡(luò)化”，即依靠信息物理系統(tǒng)陸續(xù)塑造智能工廠，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能制造的目的[2]。工業(yè)4.0突出生產(chǎn)與市場(chǎng)整合：在生產(chǎn)層面，注重產(chǎn)品生產(chǎn)過程，通過設(shè)計(jì)與開發(fā)、安排生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過程管控、產(chǎn)品售后維護(hù)等不同階段間的信息共享實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字化整合，進(jìn)而在智能工廠內(nèi)借助于聯(lián)網(wǎng)塑造生產(chǎn)的縱向集成;在市場(chǎng)層面，通過領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略和領(lǐng)先的市場(chǎng)戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的橫向集成。領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略主要將注意力集中于生產(chǎn)領(lǐng)域，認(rèn)為裝備制造商應(yīng)嚴(yán)格把先進(jìn)的技術(shù)、健全的解決方案與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而陸續(xù)生產(chǎn)出具有智能特征的生產(chǎn)設(shè)備，最終為制造業(yè)注入新的“血液”及陸續(xù)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的不斷升級(jí)和快速進(jìn)步。領(lǐng)先的市場(chǎng)戰(zhàn)略主要注重對(duì)國內(nèi)的制造業(yè)市場(chǎng)進(jìn)行不斷整合，而塑造涵蓋不同地區(qū)、行業(yè)、企業(yè)的高速互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)此戰(zhàn)略的關(guān)鍵。依靠此網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)完全可迅速分享信息，從而陸續(xù)完成有效的分工合作。以此為基礎(chǔ)，可對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行不斷的細(xì)分，進(jìn)而陸續(xù)實(shí)現(xiàn)較為專業(yè)化的生產(chǎn)，不斷提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率。最后通過工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)形成行業(yè)及全球標(biāo)準(zhǔn)，以此提升德國在世界經(jīng)濟(jì)中的地位。

1.2 “中國制造2025”與江蘇省產(chǎn)業(yè)布局

“中國制造2025”將智能制造作為主攻方向，其本質(zhì)便是依靠互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)不斷協(xié)同，在新一輪產(chǎn)業(yè)革命中緊抓全球制造業(yè)革新的契機(jī)，而“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”亦將逐步引領(lǐng)中國制造業(yè)向智能化方向發(fā)展。為此，“中國制造2025”在借鑒工業(yè)4.0發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從互聯(lián)網(wǎng)和智能制造兩個(gè)方面進(jìn)行深入推進(jìn)。從江蘇省蘇南五市智能制造推進(jìn)路線及主打項(xiàng)目來看，江蘇將以蘇南五市作為智能制造產(chǎn)業(yè)集中的主陣地，通過產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)拉動(dòng)區(qū)域智能制造企業(yè)發(fā)展，通過區(qū)域發(fā)展帶動(dòng)智能制造的持續(xù)進(jìn)步。

2 光伏企業(yè)未來智能化與數(shù)據(jù)化的趨勢(shì)

未來，光伏產(chǎn)業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品部件與系統(tǒng)技術(shù)的創(chuàng)新迭代，將加速可再生能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)全面平價(jià);將在大型能源基地、分布式發(fā)電、零能家庭三大應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行協(xié)同發(fā)展，儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用、制氫等將進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源向更大規(guī)模發(fā)展;部分地區(qū)積極探索全清潔能源供電方式，100%清潔能源供電是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

2.1 大型能源基地的混合能源應(yīng)用

大型能源基地通過光、風(fēng)、儲(chǔ)、氫等多種能源形式進(jìn)行互補(bǔ)，通過智能跟蹤支架控制算法，主動(dòng)規(guī)避早晚反跟蹤階段的陰影遮擋，數(shù)字化融合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí);支持并/離網(wǎng)多模式混合制氫，白天光伏制氫、夜晚谷電制氫。在以光伏為基礎(chǔ)的多能互動(dòng)模式中，“光伏+儲(chǔ)能”是被廣泛看好的能源解決方案;通過在一些光照資源豐富、同時(shí)臨海又有落差的地方，將光伏和抽水蓄能相結(jié)合，形成完全以光伏電力驅(qū)動(dòng)光伏制造的產(chǎn)業(yè)鏈模式。通過光伏、風(fēng)電混合能源進(jìn)行儲(chǔ)能和新能源制氫示范能源的應(yīng)用，形成24 h清潔能源供應(yīng)。

2.2 智能分布式發(fā)電應(yīng)用

分布式發(fā)電在向區(qū)域進(jìn)行集中管理，以園區(qū)為基本點(diǎn)，形成微電網(wǎng)，打造智慧城市，并通過綠色電力交易平臺(tái)進(jìn)行區(qū)域電力銷售及采購;建立分布式綠色電力交易平臺(tái)，園區(qū)多，能源集中管控，統(tǒng)一維護(hù);平臺(tái)化電費(fèi)統(tǒng)計(jì)與結(jié)算，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)綠色電力客戶自主交易和100%消納目標(biāo)。

2.3 零能家庭應(yīng)用

零能家庭在家用建筑中實(shí)現(xiàn)源生地發(fā)電、儲(chǔ)電、用電，產(chǎn)銷一體，減少對(duì)電網(wǎng)依賴。以家庭能源管理、電動(dòng)汽車、家用負(fù)荷、光儲(chǔ)系統(tǒng)、區(qū)域智能電網(wǎng)為5個(gè)閉環(huán)能源系統(tǒng)管理與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)光伏/風(fēng)能發(fā)電、儲(chǔ)能和用電（包含家用及充電）一體化，網(wǎng)絡(luò)智能分析電弧特征，精準(zhǔn)檢測(cè)，不誤報(bào)，確認(rèn)電弧在0.5 s內(nèi)能快速切斷電路，保障系統(tǒng)安全;電動(dòng)汽車的普及對(duì)電力能源的調(diào)節(jié)平衡十分有益，理論層面講僅靠電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能作用就可以調(diào)節(jié)電力平衡。同時(shí)，連接區(qū)域智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電價(jià)管理和精細(xì)化能量管理，幫助家庭用戶獲取安全、高效、智能、低成本的用電體驗(yàn)。

3 光伏組件企業(yè)推行智能化和數(shù)據(jù)化可行性

3.1 光伏組件企業(yè)推行智能化和數(shù)據(jù)化方向

從工業(yè)4.0和中國制造的推進(jìn)方向看光伏組件行業(yè)發(fā)展，光伏組件企業(yè)是以生產(chǎn)光伏組件為核心的制造型企業(yè)，應(yīng)當(dāng)積極推進(jìn)智能化與數(shù)據(jù)化“兩條腿”走路：一方面，采用先進(jìn)的智能機(jī)器代替人工，不斷降低企業(yè)加工成本，提高生產(chǎn)運(yùn)行效率，提高生產(chǎn)過程的全自動(dòng)管控能力;另一方面，加快信息化與數(shù)據(jù)化的全面推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)化與可視化，便于客戶實(shí)時(shí)查看訂單生產(chǎn)情況與產(chǎn)品存在狀態(tài)，形成智能工廠的縱向集成。

3.2 光伏組件集團(tuán)公司的發(fā)展方向

從光伏組件企業(yè)集團(tuán)公司的角度看，通過規(guī)?；a(chǎn)方式，形成區(qū)域閉環(huán)生產(chǎn)，降低物流運(yùn)輸成本，實(shí)現(xiàn)原輔材料的就近生產(chǎn)，降低其單位成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)單位產(chǎn)品制造費(fèi)用與管理費(fèi)用的成本趨于最低化，能夠有效占領(lǐng)國內(nèi)外市場(chǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)組件生產(chǎn)行業(yè)的橫向集成。在不斷提升市場(chǎng)占有率的情況下，制定光伏組件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成具有強(qiáng)制規(guī)范的光伏組件標(biāo)準(zhǔn)，提高準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和降低行業(yè)混亂現(xiàn)狀。同時(shí)，拓寬組件生產(chǎn)上下游，一方面強(qiáng)化集團(tuán)企業(yè)在硅材料領(lǐng)域的市場(chǎng)地位，另一方面提高企業(yè)在組件終端的市場(chǎng)需求能力，促使組件生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)全年滿負(fù)荷作業(yè)，提升企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力和降低項(xiàng)目回收期。

4 光伏組件企業(yè)智能化與數(shù)據(jù)化應(yīng)用措施探討

從未來光伏技術(shù)應(yīng)用的3個(gè)場(chǎng)景來看，結(jié)合數(shù)據(jù)化進(jìn)行的智能化管理會(huì)成為應(yīng)用焦點(diǎn)，同時(shí)由于5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此產(chǎn)業(yè)的設(shè)備智能化應(yīng)用會(huì)更加充分，智能化水平會(huì)更高。本文從以下幾個(gè)角度進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用討論。

4.1 設(shè)備智能化措施

從目前的光伏組件企業(yè)設(shè)備應(yīng)用來看，設(shè)備接口除了本身自有的存儲(chǔ)信息方式，現(xiàn)在主要是連接制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）以滿足現(xiàn)場(chǎng)基本數(shù)據(jù)化的要求，從執(zhí)行端把智能倉儲(chǔ)、AGV自動(dòng)配送、設(shè)備控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、DCS智能控制（Distributed Control System，分散控制系統(tǒng)）結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞。目前，MES系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單傳遞，針對(duì)設(shè)備生產(chǎn)過程的異常處理及異常問題點(diǎn)的搜集反饋缺乏統(tǒng)計(jì)和自我分析，在未來產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展過程中，應(yīng)該結(jié)合5G和智能化管理水平，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備管理的可視化、生產(chǎn)過程的監(jiān)督與實(shí)時(shí)反饋，同時(shí)設(shè)備在大數(shù)據(jù)平臺(tái)下應(yīng)該實(shí)現(xiàn)自動(dòng)問題點(diǎn)搜集與自我改善。

4.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)化管理

光伏組件在原料采購、倉庫存儲(chǔ)、物料運(yùn)輸、制程生產(chǎn)、包裝發(fā)貨等過程中，僅在制程生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)化，并未實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理。員工通過串焊機(jī)或者線邊倉的條碼進(jìn)行管理，把產(chǎn)品變成一個(gè)個(gè)的條碼，條碼中顯示產(chǎn)品從哪個(gè)線體經(jīng)過，是哪個(gè)員工操作完成，什么時(shí)間完成生產(chǎn)，中間的EL測(cè)試數(shù)據(jù)、IV測(cè)試的功率等數(shù)據(jù)均可顯示，但是從前端的原料采購、倉庫庫存、物料運(yùn)輸?shù)桨l(fā)貨過程全部處于無序狀態(tài)，均未能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理。在未來數(shù)據(jù)化管理階段，通過5G技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)原料采購的數(shù)據(jù)化管理，企業(yè)能夠知道物料狀態(tài)，缺料自動(dòng)下單，自動(dòng)倉儲(chǔ)管理等。同時(shí)，通過制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間的標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化管理，避免之前行政命令執(zhí)行的短暫性和不可持續(xù)性[3]，在MES系統(tǒng)上線前，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)主要通過張貼SOP說明書、人員培訓(xùn)、績(jī)效考核、文件命令等方式完成，人員操作可持續(xù)性很差，通過MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，不標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)無法在MES系統(tǒng)形成工站數(shù)據(jù)，通過MES實(shí)現(xiàn)工站與工站、工段與工段的數(shù)據(jù)對(duì)接，車間與車間、工廠與工廠的數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品管理數(shù)字化;通過供應(yīng)商管理系統(tǒng)（SRM）實(shí)現(xiàn)上游物料工廠信息的全覆蓋，可以實(shí)時(shí)查詢物料物流進(jìn)度、物料供應(yīng)需求及信息反饋，能夠明確上料物料工廠供貨能力、工廠信譽(yù)等，實(shí)現(xiàn)物料成本可控、物料存儲(chǔ)需求可查;通過客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）掌握客戶需求數(shù)據(jù)，記錄企業(yè)與客戶發(fā)生的交互關(guān)系，建立客戶信息搜集、管理、分析和利用的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以客戶為中心的管理方式。

5 總結(jié)

在目前智能化和數(shù)據(jù)化的快速發(fā)展環(huán)境下，光伏組件企業(yè)智能化和數(shù)據(jù)化是未來行業(yè)發(fā)展的主要方向。智能化技術(shù)應(yīng)用把人工智能技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)結(jié)合機(jī)械管理，實(shí)現(xiàn)了流水線生產(chǎn)中機(jī)械自動(dòng)管理的智能化制造。同時(shí)，通過大數(shù)據(jù)管理和5G技術(shù)的應(yīng)用，把產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理和應(yīng)用，提升了整個(gè)光伏組件企業(yè)的信息化和數(shù)據(jù)化管理水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化、實(shí)時(shí)性，以及資源配置的有效利用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王成，趙鶴.智能型機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用與發(fā)展分析[J].商品與質(zhì)量，2019（1）：7.

[2]龍錦中，吳堅(jiān)，沈平.汽車生產(chǎn)領(lǐng)域智能制造技術(shù)應(yīng)用研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（11）：92-93，96.

[3]張曉棟.汽車排氣系統(tǒng)智能制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2018.