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【典型案例】從制造到智造:寧德時代的數字化轉型之路

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2022-11-15 來源:清華管理評論
導語
對制造業企業而言,數字化轉型早已不是選擇題,而是實現可持續發展的必修課。作為全球領先的動力電池研發制造公司,寧德時代是如何實現從“制造”到“智造”的呢?本文梳理了寧德時代經歷的“系統升級——萬物互聯——數據賦能——AI助力”四個階段,總結其數字化轉型的模式和路徑,以期為傳統制造業企業向數字化企業的轉型升級提供借鑒。
 
寧德時代成立于2011年12月,總部位于中國福建省寧德市。2021年,在全球市場,寧德時代的動力電池裝機量以32.6%的占有率遙遙領先于LG化學的20.3%。作為動力電池行業的新生力量,寧德時代成立距今僅有短短的11年,卻在動力電池行業賽道上一路飛速發展,從一家初創企業,超越松下電器、LG化學和比亞迪等一眾老牌企業,成長為行業全球第一的絕對領跑者。
 
寧德時代取得如此亮眼的成就,其實施的數字化轉型戰略功不可沒。2021年9月,世界經濟論壇(WEF)發布了第7批全球“燈塔工廠”名單,寧德時代寧德工廠成為了全球首個獲此認可的電池工廠,這確立了寧德時代在電池智能制造領域的標桿地位。
 
如果你去參觀寧德時代的智能工廠,一定會被它的生產場景所震撼:空無一人的生產車間里,中控系統有條不紊地向所有子設備傳送工作指令,一臺臺搭載視覺傳感的機械臂靈活舞動,AGV自動運輸車來回穿梭,高科技機器人自動檢測電池缺陷,寧德時代的智能工廠已經實現了“生產數據可視化”、“生產過程透明化”和“生產現場無人化”。然而,你看不見的是,在高度自動化、數字化、智能化的生產背后,寧德時代構建了以MES為核心的集成制造系統,以及以客戶為中心的集成交付系統,并引入了人工智能、物聯網、機器學習和云計算等技術,在三年內就將勞動生產率提高了75%,將能源消耗降低了10%。
 
從一家初創企業成長為動力電池行業的領跑者,寧德時代的成功與它較早布局數字化戰略密切相關。通過數字化轉型,寧德時代突破了生產經營的困難和外部市場的壓力,實現了從“制造”到“智造”的跨越。
 
轉型背景
 
從內部生產的視角看,數字化轉型是寧德時代優化生產方式的需要。一方面,由于動力電池的生產屬于離散型制造,寧德時代面臨著制造工藝復雜、生產流程冗長、標準化程度低、質量檢測低效等問題。因此,通過引入物聯網、大數據和人工智能等技術,從而實現對工藝的高精度控制、優化生產線、降低產品缺陷率,已經成為寧德時代的迫切需求。另一方面,寧德時代早在2011年就開始引入自動化設備,并嘗試打造產線、物流和倉儲等方面的自動化流程。但是,動力電池制造對生產過程有著極高的質量一致性要求,寧德時代急需建立一個統一的生產制造管理平臺,以協調大量自動化設備之間的交互和兼容。
 
從外部市場的視角看,需求的暴增是寧德時代開啟數字化轉型的重要驅動力。2012年,國務院印發了《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》,大規模財政支持和牌照補貼政策帶動了國內新能源車企的發展,也為動力電池廠商寧德時代帶來了發展契機。2012年底,寧德時代成為了華晨寶馬大中華地區的唯一供應商,隨后國內車廠的合作訂單接踵而來。從2013年開始,宇通客車、吉利、長安、東風等車企相繼選擇寧德時代作為動力電池的供應商。市場需求的暴增是一把雙刃劍,它給寧德時代帶來了大量的訂單和收入,同時也給寧德時代的生產效率和業務管理提出了更高的要求。
 
為了優化生產方式,提高生產效率,滿足市場需求,寧德時代不斷加強與探索數字化建設,建立起了動力電池研發、生產、開發等全流程制造體系,通過數字化轉型,完成了“系統升級——萬物互聯——數據賦能——AI助力”四個階段的升級躍遷,成為了動力電池智能制造領域的標桿企業。
 
系統升級:開啟數字紀元
 
2014年是寧德時代的“SAP應用元年”,也是開啟數字化之路的元年。在此階段,寧德時代開始對管理信息系統進行升級,陸續導入企業管理軟件巨頭思愛普(SAP)的企業資源計劃(ERP)系統、供應商關系管理(SRM)系統和客戶關系管理(CRM)系統,而寧德時代與SAP的合作幾乎貫穿了整個數字化轉型之路。
 
在SAP的幫助下,寧德時代打造了以ERP為核心的管理信息系統,打通了運營前后端整體價值鏈,實現了核心業務層、業務支持層和職能管理層三個層面的系統集成。
 
在這一階段,寧德時代與全球領先的業務流程管理軟件供應商SAP建立合作,通過系統升級,構建了高效的內部協作平臺,實現了全流程的信息化、系統化管理,開啟了寧德時代的數字化轉型之路。
 
萬物互聯:打通信息渠道
 
2015年,寧德時代超過三星和SK,動力電池裝機量居全球第三,確立了其在動力電池行業的領先地位。彼時,德國提出的工業4.0的概念開始在制造業中興起,中國也提出了“中國制造2025”制造強國戰略。在這樣的背景下,寧德時代也設立了其數字化轉型的目標,致力于通過物聯網技術做到生產全過程的可控,并實現對產品生命周期的全流程追溯,從而提升生產效率、降低制造成本。2015年被認為是寧德時代的“物聯網應用元年”,其物聯網體系建設主要包括以下三個層面。
 
在終端控制層面,實現數據采集和傳遞的準確完整。寧德時代從終端設備、數據采集平臺、數據通信標準三個方面,構建了物聯網終端數據采集控制體系。寧德時代建立了龐大的物聯網終端設備體系,打造了物聯網神經末梢,實現對生產信息全面的采集和識別。據寧德時代首席制造官倪軍介紹,目前建成的物聯網系統支撐了上百萬個不同設備,涉及3600多個和質量相關的檢測點實時數據。
 
在制造現場管理層面,實現全生產要素的集成。建立覆蓋全生產要素的制造執行系統(MES系統),是寧德時代搭建物聯網體系的重要舉措。在MES系統的部署上,寧德時代選擇與SAP深入合作,并成為了中國第一個SAP MES on HANA燈塔客戶。寧德時代CIO陳凌表示,“在SAP的幫助下,寧德時代形成了以MES為核心的集成制造系統,內容涵蓋過程管控、環境監控、能源管理等方面,驅動全價值鏈的集成與優化”。
 
在產品生命周期管理層面,實現了產品從研發到售后的一體化生產模式。寧德時代大量的引入產品生命周期管理(PLM)軟件,加強對產品制造全流程的一體化管理。
 
在這一階段,寧德時代通過打造物聯網終端采集平臺、部署MES制造執行系統和引入生命周期管理軟件等方式,構建了物聯網體系,實現了制造過程中人、設備、物聯終端和信息系統的集成與交互,確保了生產過程的安全可控和精益高效。
 
數據賦能:優化生產流程
 
2017年,寧德時代以12GWH(億瓦時)的動力電池裝機量超越了日本松下,奪得行業全球第一。得益于物聯網技術的應用,此時寧德時代已有大量的數據產生。在此背景下,寧德時代成立了專門的大數據管理團隊,進行數據資源的挖掘和應用工作,同時與天翼云和英特爾等企業合作,在大數據平臺和數據應用等方面開展聯合創新。2017年是寧德時代的“大數據應用元年”,很多數據相關的工作已經切入到實際的產線優化中,并在生產過程中發揮了巨大作用。
 
一方面,寧德時代與天翼云共同搭建了物聯網數據分析平臺。寧德時代的信息參數平臺最初托管在異地,不僅有數據信息安全的隱患,同時還存在數據異地傳輸困難和訪問低效的問題,導致大數據難以實現實時分析?;诖?,2017年寧德時代定下了自建電池信息采集與分析平臺的目標。2018年,寧德時代成功攜手天翼云搭建了物聯網數據分析平臺,該平臺通過數據專線有效的打通了異地與本地的數據中心,并對傳輸進行了安全加固。
 
另一方面,寧德時代與英特爾合作,提升MES系統的數據計算和存儲能力。在銷量暴增的情況下,寧德時代又面臨著新的挑戰,即在短時間內將產能提升50%以滿足當下市場需求。2018年,寧德時代攜手英特爾,在超高產能MES方面進行了聯合創新,最終打造了以英特爾至強可擴展處理器為核心,并搭載有英特爾傲騰TM持久內存的可擴展平臺。該平臺不僅具備可大幅提升計算性能的處理器,更搭載了顛覆傳統內存的存儲架構,如同給MES裝上“動力引擎”,在海量的數據處理需求下,幫助MES的性能在計算和存儲兩大領域實現突破性的升級,推動寧德時代在數字化轉型之路上“打怪升級”。
 
在這一階段,寧德時代通過與天翼云和英特爾建立創新合作關系,大幅提升了數據管理、數據計算和數據存儲等方面的能力,并充分挖掘數據的價值,為生產和決策提供了參考和指導。
 
AI助力:邁向智能制造
 
工信部于“2019世界智能制造大會”上發布了全國第一批8家“智能制造標桿企業”,寧德時代作為唯一一家動力電池企業名列其中。工信部經過評選認為,寧德時代通過算法模型的研發應用,為生產制造各環節的智能化決策提供支撐。2019年是寧德時代的“AI應用元年”,寧德時代將AI應用于企業生產運營中,也意味著其在智能制造的道路上更進一步。寧德時代通過與英特爾、第四范式等企業的合作,嘗試在生產線上推廣機器學習、圖像識別、智能物流、視頻流智能監控等技術,將數字化轉型的重點放在了如何基于導入的制造大數據,從而實現智能生產和質量智能管控。
 
在質量管控方面,寧德時代與英特爾深入合作,成功構建了一套橫跨“云-邊-端”,融合計算機視覺(CV)、深度學習(DL)、機器學習(ML)的AI電池缺陷檢測方案,大幅提升質量控制水平。
 
2021年7月,寧德時代與人工智能技術與服務提供商第四范式達成戰略合作,建設人工智能平臺,以推進人工智能技術在生產制造中的全面應用。寧德時代認識到智能化轉型的必要性,前瞻性的提出了以人工智能平臺為核心的人工智能發展戰略。依托第四范式Sage AIOS數據治理、模型學習等AI技術,以及全流程的AI應用與管理能力,寧德時代打造了快速落地的人工智能平臺,將AI技術融入到電池生產線中,實現了對生產制造各個環節的智能化管理。同時,寧德時代保障了AI平臺與現有的MES系統、產品生命周期管理系統等生產系統的對接,實現了數據的實時獲取與分析決策。寧德時代通過人工智能平臺的建立,開啟了AI在生產制造中的全面落地之路,進一步推動了從“制造”向“智造”的轉型。
 
在這一階段,通過與英特爾和第四范式等企業的合作,寧德時代推動了人工智能技術在動力電池生產制造領域的應用,并加速智能制造體系的建設與完善。
 
任重道遠,未來可期
 
2022年4月,中國科學院《互聯網周刊》發布了“2021智能制造50強”排行榜,寧德時代作為電池制造行業的領軍企業在榜中排名第十。經過“系統升級—萬物互聯—數據賦能—AI助力”四階段數字化轉型,寧德時代已建立一套智能制造體系,實現了從“制造”到“智造”的升級躍遷,并穩步成長為全球動力電池行業的領跑者。但是,倪軍認為,為打造世界領先的智能制造企業,寧德時代還需要投入更多的數字技術與智能裝備。在數字化轉型和智能制造上,寧德時代還有很長的路要走。
 
值得注意的是,2021年10月25日,寧德時代以32億元人民幣的注冊資本,全資控股成立了寧德時代潤智軟件科技有限公司,這是寧德時代加速數字化轉型的新舉措。實際上,很多制造業頭部企業投資布局工業軟件和數字技術,如美的、三一重工、TCL等。而在此之前,寧德時代便開始圍繞數字化轉型戰略投資布局數字技術。如2020年7月,寧德時代控股51%成立安脈時代智能制造(寧德)有限公司,致力于工業大數據和人工智能的應用;2021年2月,寧德時代的子公司寧波梅山保稅港區問鼎投資有限公司出資5.48億,投資布局智能制造、智能駕駛等領域;2021年7月,寧德時代出資3億元,擬主要投資智能終端、智能駕駛、AI技術等科技產業領域。
 
寧德時代的這些舉措,一方面是為了滿足自身數字化轉型的需求,助力智能制造體系的建設;另一方面,則是借助自身的示范效應,服務于生態系統內的其他企業,賦能整個行業的發展。
 
作為動力電池行業的領跑者,寧德時代通過數字化轉型,實現了智能制造的實踐與創新。而如今,寧德時代正在嘗試從數字化應用商向數字化賦能者轉變。那么,寧德時代是否能夠通過身份的轉變,推廣數字技術在行業內的應用,從而帶動整個行業的轉型升級?讓我們拭目以待。
 
關于作者 | 王家寶:上海大學管理學院副教授;
蔣銘霽:上海大學管理學院碩士研究生;
盛潔:上海大學外國語學院碩士研究生
責任編輯 | 高菁陽(gaojy@sem.tsinghua.edu.cn)
文章來源 | 本文刊登于《清華管理評論》2022年9月刊,內容有刪減
 

  

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