电池产业近两年发展突飞猛进，产能高速扩张。制造企业如何锻造出极限制造的能力，以匹配TWh时代的质量和效率需求？宁德时代（300750）点亮两座灯塔工厂，为产业链引领能力提供方向。
全球灯塔网络项目由世界经济论坛发起，旨在筛选出善于采用并整合第四次工业革命各项先进技术的世界领导者，构建起一个学习分享的社区平台。目前全球灯塔工厂数量已经达到132座，中国是灯塔工厂最多的国家，达50座。
灯塔工厂能够大规模利用人工智能、大数据、3D打印等技术，提升效率和竞争力，转变商业模式和推动经济增长，同时增强劳动力能力和保护环境，并推动各地区、各行业的制造商参与学习。
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在全球锂电行业，只有两家入选灯塔工厂，均来自宁德时代。宁德时代的灯塔工厂中，数字化技术应用带来了显著的降本效果，增强了交付能力，还重塑着劳动力与生产的关系。宁德时代不仅跨越了“试点陷阱”，让灯塔工厂的技术经验在内部复制和流动，还借助灯塔网络汲取更多养分，并积极推动上下游产业链的数字化转型。
是什么打造出了灯塔工厂，灯塔工厂又照亮了什么方向？证券时报采访团近日走进宁德时代，带你了解一块电池如何诞生，一座灯塔如何点亮。
迈向TWh 向先进技术要答案
一秒钟的长度是多少？它基本相当于心脏跳动一次的时间，也是宁德时代一条生产线制造出一个电芯的时间。在如此生产节拍下，宁德时代追求的电芯缺陷率是十亿分之一。
这样的极限制造能力孕育在宁德时代两座灯塔工厂中，并逐步推广至全球更多生产基地。
宁德时代总部基地和四川时代宜宾工厂在2021年和2022年先后获评“灯塔工厂”称号。世界经济论坛对此评价称，宁德时代总部基地实现了在生产每组电池耗时1.7秒的速度下仅有十亿分之一的缺陷率，同时将劳动生产率提高75%，将每年的能源消耗降低了10%；而宜宾工厂在此基础上，实现生产线速度17%提升，优率损失降低17%。
这一串数字是宁德时代面对行业挑战的回应。电池行业在大规模扩张中迈向TWh时代，要求制造能力走向极限，无论是动力电池还是储能电池，都需要更安全、更高效、更稳定。制造业通常用PPM（百万分之一）来表示每百万个产品中有一到两个不良品，这已经是汽车、电子产品等领域的世界级制造水平，而动力电池还需要将其进一步降低至PPB（十亿分之一）级别。
当前的电池领域群雄逐鹿，竞争愈发激烈。业内预计，按照目前各家规划的扩张速度，电池产业或将最终走向产能过剩，但这种过剩将体现为结构性产能过剩，优质电池产品仍将供不应求。因此，提升产品质量更加成为电池厂商应对竞争不可或缺的利器。
“把一条2GWh产能的产线扩大到10GWh，甚至更高，如果只是靠垒设备，就不是升级换代。同时，数字化技术也要真正用活，有效且可靠，而不是玩概念。”宁德时代智能制造部的马林博士告诉证券时报采访团，在灯塔工厂中，不同工序之间的融合程度更高、拉线标准化更强、生产节拍更快、无人化做得更彻底，而这背后则是看不到的数据模型、系统算法、边缘计算等能力在支持。
以涂布工艺为例，这道工艺是电池极片制造中的精细活儿，需要将已搅拌好的浆料均匀地涂抹到厚度仅有几微米的箔材上。传统的涂布工艺十分依赖人工经验，调试精确度只能靠“涂布大师”手工操作来应对涂布工艺上的不稳定性。
对此，四川时代宜宾工厂开发了锂电加工工艺闭环控制算法，对1000多种粉体和流体的各项组合参数进行建模并深度学习，实现箔材涂覆微米级的精准调控，提升了产品的一致性。比如，如果生产中出现了缺陷，在线监控功能就会及时警报，帮助员工第一时间发现问题。
“我们通过测算发现，灯塔工厂通过技术应用带来了可观的降本效果，同时也保障了交付能力，交付速度和品质获得了很多国际大客户的认可，这也是一种潜在收益。”马林表示。
值得一提的是，灯塔工厂也在改变劳动力与生产的关系。证券时报采访团在宁德时代总部基地看到，灯塔工厂产线上需要的员工数量很少，只有在人工抽检、设备运维等少数环节仍然需要员工参与。
“我们并不是不需要人，人依然是重要的生产要素。”马林说，设备的自动化程度提升是为人赋能，把不必要的重复性劳动力解放出来，同时产生更多对复合型人才的需求，“原来我们的IT同事缺乏对制造的理解，而搞制造的同事又不了解软件算法，为此我们早在2020年就专门成立了智能制造部，针对大数据、人工智能、设备控制等方面提升团队专业性和复合性”。
跨越试点陷阱 让技术经验在内部流动
在制造业的数字化转型过程中，比“从0到1”更难突破的实际上是“从1到n”的过程。
在世界经济论坛的调研中，有70%左右的企业难以跨越“试点陷阱”。这些企业虽然在先进技术应用上积极投入，但可能缺乏合理的组织结构，或者没有让合适的利益相关者参与进来，以至于无法规模化地应用数字化技术。最终，大量人力物力的投入并没有带来清晰的效果。
宁德时代在全球有超过30座工厂，“虽然公司目前只申报了两座灯塔工厂，但实际上很多数字化技术已经在其他基地用起来了，甚至用得很好。”马林表示。
将灯塔工厂的经验在内部复制，宁德时代依靠的是一支高效的运营团队。马林表示，设备建设和技术导入速度都很快，但关键是运营团队需要有较强的执行力、一致性和协同性，“当我们在打造第一座灯塔工厂的时候，其他基地的同事都会来看这座工厂有哪些优势、怎样借鉴这些技术，而不是等到灯塔工厂建成了之后其他人再开始同步”。
在规模化运用新技术的过程中，两座工厂也各自成长出不同的特色。
马林全程参与了宁德时代总部基地灯塔工厂的建设过程，他认为这座工厂的特色之一在于人效提升，相比于消费类电池，动力电池生产过程速度要求更快、缺陷要求更少，传统检测方法准确率较低，因此工厂引入AI技术辅助人工交叉检测，明显提升了准确率；先进制造技术的运用还反哺数字化开发，提升材料、工艺和装备层级的仿真能力，原本需要一周时间的仿真工作现在一两个小时就能做出来；此外，制造链条完成了闭环控制，大量沉积在产线上的数据被唤醒，通过模型分析来改造工艺、提升效率。
在应用先进技术的同时，宜宾工厂则增添了一抹绿色的底色。除了“灯塔工厂”的称号之外，宜宾工厂还在2022年3月获得碳中和认证证书，成为全球首家电池零碳工厂。实现零碳一方面是借助当地丰富的水力资源，提升能源结构中绿电的比例；另一方面，数字化技术也帮助工厂“节流”，降低生产过程中的能源消耗。
设备运转是能源消耗的大户，面对一条拉线上的数百台设备，人工点对点操作常常顾此失彼，也无法及时响应。四川时代自主研发了CFMS系统，并在厂区中铺设了超过4万个环境探测传感器，通过窄带物联网采集，全域厂房设备被100%在线监控，它们的状态参数都可以得到实时上传，数据可以实现快速交互。AI系统通过计算这些数据，进行节能方案的优化，并为每台设备量身定制最优的运行参数。
此外，在宜宾工厂，数字化技术的应用还外溢到生产以外的场景。马林介绍，原来AI视觉等技术主要用在产品质量控制方面，而现在已经拓展到整个工厂运营层面。例如在安全管理方面，传统的巡检只能依靠人力，易燃区域主要采用现场定时定点抽检的形式，漏检风险较大。对此四川时代运用视频流+AI技术，打破网络、系统之间的屏障。通过视频实时成像，系统可自动识别违规操作，例如标志牌混放、通道占用等，并进行智能标注、保存图像等。
连通网络打通上下游 赋能数字化转型
对于制造业企业而言，灯塔工厂不仅仅是一项荣誉，它更象征着一种影响力和引领作用。由全球灯塔工厂组成的网络实际上成为了一个学习和分享的平台，同时也带动更多中小企业开启数字化转型。
全球灯塔工厂所属领域各有不同，宁德时代能够借助这个网络增强制造能力。马林经常去不同的灯塔工厂调研，例如英特尔成都工厂拥有外企基因，员工认可度比较高，马林会重点学习企业管理的“软实力”；在博世，更看中它基于数字孪生的应用，以及与之相关的培训体系；而三一集团是宁德时代的客户，关注点则集中在生产过程中的协同、自动化装配以及品质的管控等。
“我们在参观中注意到一个小的细节，他们产线上的工装夹具等会放在一个可追溯的托盘中，实时显示里面零部件的状态，目的是为了提高装配操作效率。这个是宁德时代还没有做到的事，那我们或许也可以在这方面有所启发和提升。”马林表示。
延伸出灯塔工厂的网络，宁德时代作为龙头企业的技术经验还有望带动整条产业链。国内锂电产业链近两年进入快速发展期，下游终端的整车制造环节相对成熟，数字化、智能化的积淀较为丰富，而上游锂电材料等领域则成为产业链上的短板。
“宁德时代除了做好自己的事情，同时也在做赋能上下游的工作。”马林举例称，如果供应商的检测系统和公司不统一，尽管供货产品能够达到要求，但会产生比较多的废品，对生产成本造成比较大的影响，进而影响公司采购成本，因此公司也有动力帮助供应商建立更高效的检测能力。
在近期的供应商大会上，宁德时代对供应商提出了三个方面的期待，其一是加大创新投入，提升技术能力；其二是持续的降本增效；其三是统筹规划，减碳降排。
在下游，技术经验的传递也能增进宁德时代与客户的黏性。“例如电池模组在装车时需要尺寸检测，此前传统方式是通过‘三坐标+人工检具’检测，而现在宁德时代已经采用了全视觉方案，在帮助客户应用新方案的过程中，客户除了获得高品质的产品，还收获了技术输出，双方的合作关系就会更加紧密。”马林表示。
自2017年起，宁德时代已经稳居全球动力电池首位。据韩国汽车市场研究机构SNE Research数据，2022年1-11月，宁德时代全球动力电池市占率达37.1%，这意味着全球每三辆电动车中就有一辆配套宁德时代的电池。
龙头企业享受光环，同时也承担使命。赋能上下游，引领制造业，是“灯塔”的应有之义，也应和了宁德时代的初心。马林表示，创新无止境，制造能力的提升也是无止境的，“我们需要对锂电行业持有敬畏之心，尽管现在可能做出了一些成绩，但还应该考虑到下一个5年、下一个10年的方向。因此我们也希望怀着开放的心态，接受更先进的制造理念，进一步提升我们的能力，而灯塔工厂就是实现途径之一”。
